20世纪80年代以来，研究人员发现，在一些没有明显缺氧及厌氧段的活性污泥法工艺中，即存在有氧情况下的反硝化反应、低氧情况下的硝化反应，造成氮的损失。由于在这些生物处理系统中，硝化及反硝化发生在相同的条件下或同一处理空间内，称该现象为同步硝化反硝化（simultaneous nitrification and dinitrification,SND）。

同步硝化反硝化技术，可实现在一个反应器内除碳、硝化及反硝化，具有无需外加碳源，基建投资低，运行费用省等优点。SND技术具有重要的现实意义，受到国内外诸多专家学者的关注。

传统生物脱氮技术利用的是微生物的硝化和反硝化作用。硝化作用即在好氧的条件下，自养型硝化细菌将氨氧化为亚硝酸（盐）和硝酸（盐）；反硝化作用是指亚硝酸（盐）和硝酸（盐）在异氧型反硝化菌的作用下，被还原为氮气的过程。因此，目前大多数的生物脱氮工艺都将好氧区和缺氧区（或厌氧区）分隔开，分别在不同的反应器中运行，或者采用间歇的好氧和厌氧条件来实现。

而同步硝化反硝化是指在低氧条件下，一个反应器同时存在硝化作用和反硝化作用，实现一步污水脱氮。从物理学角度认为，产生该现象是由于在微生物絮体内形成了溶氧（DO）梯度。在微生物絮体外表面溶解氧较高，微生物菌群以好氧菌、硝化菌为主；深入絮体内部，由于氧传递受阻，以及有机物氧化、硝化作用的消耗，形成缺氧区，反硝化菌占优势；正是由于絮体内部存在缺氧环境，导致同步硝化反硝化现象的发生。

影响因素

1. 絮体结构特征

微生物絮体粒径及密实度的大小直接影响了絮体内部好氧区与缺氧区之间比例的大小；同时影响了絮体内部物质的传质效果，进而影响絮体内部微生物对有机底物及营养物质获取的难易程度。较大粒径的絮体可以导致内部较大缺氧区的存在，并有利于反硝化的进行；但粒径过大、絮体过密，也会导致絮体内物质的传递受阻，进而会影响絮体内微生物的代谢活动。

2. 溶解氧（DO）

合适的溶解氧有利于微生物絮体形成浓度梯度。溶解氧浓度过高，一方面，有机物氧化充分，反硝化反应则缺少有机碳源，不利于反硝化反应的进行；另一方面，氧容易穿透微生物絮体，内部的厌氧区不易形成，也不利于反硝化反应的发生。溶解氧浓度过低，微生物絮体外部好氧区的硝化反应受到影响，进而影响絮体内部厌氧区的反硝化反应。 

3. 碳氮比（C/N）

有机碳源在污水的生物脱氮处理中起着重要的作用，它是细菌代谢必需的物质和能量来源。有机碳源是异养好氧菌和反硝化细菌的电子供体提供者。有机碳源越充分，C/N越高，反硝化获得的碳源越充足，SND越明显，TN的去除率也越高。 

4. 水力停留时间（HRT）

较短的水力停留时间下，异养菌大量繁殖，同时消耗大量的氧气，因此在菌胶团和膜内部形成厌氧环境，有利于反硝化的进行，同时由于COD充足，能够提供反硝化进行所需要的电子供体，因此有很好的TN去除率。而当水力停留时间延长时，由于有机碳源的相对减少，溶解氧可以穿透菌胶团内部，难以形成厌氧环境，同时不能提供足够的有机碳源，所以很难得到高的总氮去除率。

5. 氧化还原电位（ORP） 

有研究表明，ORP和DO、pH值有着密切的联系，通过控制ORP可以间接控制溶解氧浓度，进而控制同步硝化反硝化进程。尤其在DO浓度比较低时，DO较小的改变反映在氧化还原电位上变化较大；负的氧化还原电位可测量范围远远大于DO的可测量范围。所以，可以用ORP代替DO控制同步硝化反硝化。

如何利用SND技术

MBBR技术基于生物滤池及流化床发展而来，基本原理是将比重接近于水，可悬浮在水中的悬浮填料（如LEVAPOR填料）投放进生物反应池中，作为微生物的载体。MBBR不仅建设周期短、投资省、运行费用低、管理简单方便和集中与分散处理皆适宜，而且工艺运行稳定可靠，抗冲击负荷能力强，是一种经济高效的污水处理工艺。因此，选用该工艺可充分发挥SND技术的优势。

以LEVAPOR MBBR技术为例，LEVAPOR填料将30%活性碳等粘结在材料上，将活性炭吸附和生物膜技术效结合，使其比表面积最小达到20000 m²/m³。LEVAPOR载体经过表面改性，亲水性大幅增加，在水中两天之内全部润湿，吸水性可达自身重量的2.5倍。

LEVAPOR MBBR技术进行生物脱氮时，需要按15-20%的投配比向反应池中投加LEVAPOR填料，LEVAPOR填料在污水中充分流化，负载20-100g/l的生物膜，在填料内发生同步硝化反硝化反应，对总氮指标进行高效的去除。

由絮体构成看，LEVAPOR填料尺寸（mm）为14*14*7,孔隙率达到90%，挂膜后尺寸变化不大，形成的微生物絮体大小适宜，载体内外传质混合效果好。

由溶解氧（DO）来看，载体从外到内，可形成明显的溶氧梯度，便于硝化反硝化反应的进行，同时由于载体内结合的粉末活性炭存在，可充分利用水中的DO，提高溶氧利用效率，一定程度上风机能耗。

虽然碳氮比越高，SND现象越明显，但是由粉末活性炭（PAC）的存在，可以利用活性炭的吸附性能，将水体中的碳源吸附至载体表面，提高碳源利用率。因此，在低C/N条件下，LEVAPOR载体也能够最大限度利用碳源，实现生物脱氮。

LEVAPOR载体在实际工程应用中可稳定运行的最低HRT为3.8个小时，水力停留时间极低，可充分利用同步硝化反硝化技术，对总氮（TN）去除效率较高。

LEVAPOR载体由表向里，可形成明显ORP梯度，能实现同步硝化反硝化（SND）和短程硝化反硝化，好氧池脱氮效率高达60%,节省碳源。

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