污水处理基础术语：什么是反硝化

总的反硝化过程可以用以下方程式表示：

2 NO3 + 10 e + 12 H → N2 + 6 H2O, ΔG = −333 kJ/mol

其中包括以下四个还原反应还原反应：

硝酸盐（NO3）还原为亚硝酸盐（NO2）：2 NO3 + 4 H + 4 e → 2 NO2 + 2 H2O

亚硝酸盐（NO2）还原为一氧化氮（NO）：2 NO2 + 4 H + 2 e → 2 NO + 2 H2O

一氧化氮（NO）还原为一氧化二氮（N2O）：2 NO + 2 H + 2 e → N2O + H2O

一氧化二氮（N2O）还原为氮气（N2）：N2O + 2 H + 2 e → N2 + H2O

以上四个反应均为放热反应，所以在无氧或缺氧条件下，细菌可以将硝酸盐（NO3）作为电子传递链(ETC)的最终电子受体（TEA, terminal electron acceptor），来完成物质能量交换。

对人与自然的意义与影响

反硝化反应在自然界具有重要意义，是氮循环的关键一环，可使土壤中因淋溶而流入河流、海洋中的NO3-减少，消除因硝酸积累对生物的毒害作用。它和厌氧铵氧化（Anammox）一起，组成自然界被固定的氮元素重新回到大气中的途径。

农业生产方面，反硝化作用使硝酸盐还原成氮气，从而降低了土壤中氮素营养的含量，对农业生产不利。农业上常进行中耕松土，以防止反硝化作用。

在环境保护方面，反硝化反应和硝化反应一起可以构成不同工艺流程，是生物除氮的主要方法，在全球范围内的污水处理厂中被广泛应用。污水处理中所利用的反硝化菌为异养菌，其生长速度很快，但是需要外部的有机碳源，在实际运行中，有时会添加少量甲醇等有机物以保证反硝化过程顺利进行。

反硝化菌在自然界以各种形式广泛存在，如：

Paracoccus denitrificans（自养，氧化氢气H2）

Thiobacillus denitrificans（自养，氧化硫化物（S）或者硫代硫酸盐（S2O3））

Pseudomonas stutzeri（异养，氧化有机碳）

反硝化菌主要为原核生物，大量存在于在α-, β- 和γ-变形菌纲中。已知的反硝化菌的属有Achromobacter, Acinetobacter, Agrobacterium, Bacillus, Chromobacterium, Flavobacterium, Spirillum, Vibrio, Halobacterium, Methanomonas, Pseudomonas等。

少数反硝化细菌为自养菌，如脱氮硫杆菌，它们氧化硫或硝酸盐获得能量，同化二氧化碳，以硝酸盐为呼吸作用的最终电子受体。

另一用途是利用NO2-和NO3-为呼吸作用的最终电子受体，把硝酸还原成氮（N2），称为反硝化作用或脱氮作用：NO3-→NO2-→N2↑。能进行反硝化作用的只有少数细菌，这个生理群称为反硝化菌。大部分反硝化细菌是异养菌，例如脱氮小球菌、反硝化假单胞菌等，它们以有机物为氮源和能源，进行无氧呼吸。

微生物吸收利用硝酸盐有两种完全不同的用途，一是利用其中的氮作为氮源，称为同化性硝酸还原作用：NO3-→NH4+→有机态氮。许多细菌、放线菌和霉菌能利用硝酸盐做为氮素营养。