A Surface Growth Competition Model of Microbial
Species in Nitrif ying
Biofilm at Low Dissolved Oxygen

WANG Zhi-ying，PENG Dang-cong，YUAN Li-jiang，LI
Jiu-yi，ZHOU You

(School of Environ.and Munic. Eng.,Xi’an Univ. of
Archi. and Technology,Xi’an 710055,China)

　　Abstract：Based on the principle of active biofilm
expansion, a non-steady s tate analytic mathematical model of
microbial interactions in nitrifying biofilm was developed. The
model can predict biofilm thickness variation and space dist
ribution of microbial species. It can also explain competitions for
space and ox ygen between ammonia-oxidizers and nitrite-oxidize rs
and their evolution in nitrifying
biofilm.
　　Keywords:biofilm;microbial
interactions;competition mo del;surface growth

　　在生物硝化过程中，氨首先由氨氧化菌氧化为亚硝酸盐，然后由亚硝酸氧化菌氧化为硝酸盐，整个硝化反应是两种菌群协同作用的结果。因此，菌群之间的生长和基质转化平衡至关重要，否则将造成中间产物亚硝酸盐的积累。另一方面，通过对硝化反应的两大菌群进行合理的调控，使硝化过程产生持久稳定的亚硝酸盐积累并直接进行反硝化，形成短程硝化—反硝化，则可以达到^{［１、2］}：①在好氧阶段可减少25%的需氧量；②在缺氧阶段可减少40%的有机碳源；③亚硝酸盐的反硝化速率通常比硝酸盐高1.5～2.0倍^［３］。这对大量的高氨氮低碳源废水处理具有十分重要的意义。实现亚硝酸盐积累的方法有游离氨抑制、纯种培养、温度选择等，但它们都只适用于一定的范围。通过控制反应体系
中溶解氧浓度可在生物膜反应器中实现持久稳定的亚硝酸化，其原因是在硝化生物膜中存在着氨氧化菌和亚硝酸氧化菌之间对溶解氧的竞争利用，由此造成生物膜中菌群之间的竞争生长。两种菌群在硝化生物膜中的空间竞争特点，对反应器的设计以及工程操作都有很重要的意义。