好的，我們終于來到了生物脫氮的“收官之戰(zhàn)”——介紹**反硝化菌種**。如果說硝化菌是負(fù)責(zé)將氨氮“氧化”成硝酸鹽的先鋒，那么反硝化菌就是負(fù)責(zé)將硝酸鹽“還原”成氮氣，并將其徹底從水中“請出去”的**清道夫。

### 一、 反硝化菌是什么？

**反硝化菌**是一類能夠在**缺氧**條件下，以硝酸鹽或亞硝酸鹽作為*終電子受體，將其還原為氮氣的一系列微生物的總稱。這個過程被稱為 **“反硝化作用”** 或 **“脫氮作用”**。

它們的核心特點包括：

*   **異養(yǎng)型為主**：大多數(shù)常見的反硝化菌是**異養(yǎng)菌**，需要利用有機碳源（如甲醇、乙酸、葡萄糖等BOD）作為電子供體和能量來源進(jìn)行生長。這也是反硝化過程需要碳源的原因。

*   **兼性厭氧**：這是它們*關(guān)鍵的特性。它們在**有氧條件下**，會優(yōu)先使用氧氣進(jìn)行有氧呼吸，降解有機物，此時不進(jìn)行反硝化；在**無氧條件下**，它們可以“切換”代謝模式，使用硝酸鹽來代替氧氣進(jìn)行呼吸。

*   **種類廣泛**：反硝化功能并非某些特有菌屬的**，而是廣泛存在于多種常見細(xì)菌中。

### 二、 反硝化作用的過程

反硝化作用是一個逐步還原的過程：

**硝酸鹽 → 亞硝酸鹽 → 一氧化氮 → 一氧化二氮 → 氮氣**

**總反應(yīng)方程式（以甲醇為碳源為例）：**

`NO?? + 1.08 CH?OH + 0.24 H?CO? → 0.056 C?H?O?N（細(xì)菌細(xì)胞） + 0.47 N? + 1.68 H?O + HCO??`

這個過程不僅去除了氮，還**恢復(fù)了系統(tǒng)的堿度**（產(chǎn)生HCO??），部分抵消了硝化過程消耗的堿度。

## 三、 反硝化菌在水處理中的重要性

1.  **徹底脫氮**：將溶解在水中的硝酸鹽轉(zhuǎn)化為不溶于水的氮氣，釋放到大氣中，從而**徹底將氮元素從水體中移除**，防止水體富營養(yǎng)化。

2.  **恢復(fù)堿度**：反硝化過程產(chǎn)生的堿度約為硝化過程消耗堿度的**一半**，有助于穩(wěn)定系統(tǒng)的pH值，降低外加堿度的成本。

3.  **同步去除BOD**：反硝化過程同時消耗了水中的有機碳源，實現(xiàn)了 **“一石二鳥”** ，同步去除了BOD和硝酸鹽氮。

### 四、 常見的反硝化菌種類

反硝化菌種類繁多，許多都是環(huán)境中常見的細(xì)菌。主要包括：

| 菌屬 | 特點 |

| :--- | :--- |

| **假單胞菌屬** | 非常常見的反硝化菌，能利用多種碳源。 |

| **副球菌屬** | 研究廣泛的菌屬，有些菌株可用于污水處理。 |

| **芽孢桿菌屬** | 能形成芽孢，抗逆性強。 |

| **產(chǎn)堿桿菌屬** | 常見于活性污泥中。 |

| **陶厄氏菌屬** |  |

| **色桿菌屬** |  |

**特殊類型：自養(yǎng)反硝化菌**

*   **特點**：它們不依賴有機碳源，而是利用**無機物**（如氫氣、硫化物、硫單質(zhì)、亞鐵離子等）作為電子供體。

*   **應(yīng)用**：適用于**碳源極度缺乏**的廢水深度處理，如飲用水脫氮、污水處理廠尾水提標(biāo)等。但運行控制更為復(fù)雜（例如，使用氫氣作為電子供體存在安全風(fēng)險）。

### 五、 影響反硝化菌活性的關(guān)鍵環(huán)境因素

與“嬌貴”的硝化菌相比，反硝化菌更為“皮實”，生長更快，但也需要合適的條件：

1.  **缺氧條件**：

    *   ****狀態(tài)**：**溶解氧接近于零（<0.2-0.5 mg/L）**。

    *   **原因**：反硝化菌是兼性厭氧菌，當(dāng)存在游離氧時，它們會優(yōu)先使用溶解氧進(jìn)行有氧呼吸，因為這樣產(chǎn)能效率更高。只有在缺氧環(huán)境下，才會“啟動”反硝化酶系統(tǒng)。

2.  **碳源（電子供體）**：

    *   這是反硝化過程的 **“燃料”** 和***關(guān)鍵**的控制因素。

    *   **碳氮比**：理論上，還原1g硝酸鹽氮需要約2.86g BOD?。實際運行中通常要求**BOD?/TKN > 4-5** 以保證充分的反硝化。

    *   **碳源類型**：

        *   **原水碳源**：直接利用進(jìn)水中的有機物，*經(jīng)濟(jì)。

        *   **外加碳源**：當(dāng)原水碳源不足時，需要額外投加，如**甲醇、乙酸、乙醇、葡萄糖**等。甲醇因其成本效益高而*常用。

3.  **溫度**：

    *   適宜范圍較廣，**15-35°C**。溫度降低會減慢反硝化速率，但在較低溫度下（如5-10°C）仍能進(jìn)行，只是需要更長的水力停留時間或更多的碳源。

4.  **pH值**：

    *   **范圍為 **7.0-8.0**。pH過高或過低都會抑制反硝化菌的活性，并可能造成中間產(chǎn)物（如N?O，一種強效溫室氣體）的積累。

5.  **硝酸鹽濃度**：

    *   足夠的硝酸鹽是反應(yīng)的底物，其濃度會影響反應(yīng)速率。

### 六、 反硝化菌在水處理工藝中的應(yīng)用

反硝化是主流脫氮工藝（如A/O, A2/O, SBR, MBR, Bardenpho等）中**缺氧段**的核心反應(yīng)。

*   **A/O（缺氧/好氧）工藝**：

    *   **缺氧池**：回流的好氧混合液（富含NO??）與原水（富含BOD）在此混合。反硝化菌利用原水中的碳源，將硝酸鹽還原為氮氣。

    *   這是*經(jīng)典、*廣泛的應(yīng)用。

*   **后置反硝化（如MLE工藝）**：

    *   好氧池出水進(jìn)入專門的缺氧池，需要**外加碳源**（如甲醇）來驅(qū)動反硝化。

*   **同步硝化反硝化**：

    *   在同一個反應(yīng)器（如曝氣不足的生物膜或絮體內(nèi)部）中，外部好氧區(qū)域發(fā)生硝化，內(nèi)部缺氧區(qū)域發(fā)生反硝化。

### 總結(jié)：硝化菌 vs. 反硝化菌

| 特征 | 硝化菌 | 反硝化菌 |

| :--- | :--- | :--- |

| **類型** | 自養(yǎng)型 | 異養(yǎng)型（為主） |

| **氧氣需求** | 嚴(yán)格好氧 | 兼性厭氧（需要缺氧環(huán)境） |

| **能量來源** | 氧化氨氮/亞硝酸鹽 | 氧化有機碳源（BOD） |

| **主要作用** | 將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽 | 將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮氣 |

| **對堿度影響** | 消耗堿度（產(chǎn)酸） | 恢復(fù)堿度（產(chǎn)堿） |

| **生長速率** | 非常緩慢 | 相對較快 |

| **環(huán)境敏感性** | 非常敏感（pH、溫度、毒素） | 相對較強 |

總而言之，反硝化菌是生物脫氮流程中實現(xiàn)***終目標(biāo)**的關(guān)鍵執(zhí)行者。通過為它們創(chuàng)造合適的**缺氧環(huán)境**并提供充足的**碳源“燃料”**，我們就能**地將硝酸鹽這個*終的水中污染物，轉(zhuǎn)化為無害的氮氣，圓滿地完成水處理的脫氮任務(wù)。