如果能在同一反应器中使同一污泥中的两类不同性质的菌群(硝化菌和反硝化菌)同时工作，形成同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification简称SND)，则活性 污泥法的脱氮工艺将更加简化而效能却大为提高。

此外从工程的角度看，硝化和反硝化在两个反应器中独立进行或在同一个反应器中顺次进行时，反硝化过程的产碱会导致OH-积累而引起PH值升高，将影响上述两阶段反应过程的反应速度，这在高氨氮废水脱氮时表现得更为明显。但对SND工艺而言，反硝化产生的OH-可就地中和硝化产生的H+，减少了PH值的波动，从而使两个生物反应过程同时受益，提高了反应效率。

由于硝化菌的好氧特性，有可能在曝气池中实现SND。实际上，很早以前人们就发现了曝气池中氮的非同化损失(其损失量随控制条件的不同约在10%～20%左右)，对SND的研究也主要围绕着氮的损失途径来进行，希望在不影响硝化效果的情况下提高曝气池的脱氮效率。

①利用某些微生物种群在好氧条件下具有反硝化的特性来实现SND。

研究结果表明，Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp.等微生物在好氧条件下可利用NOX-N进行反硝化。如果将硝化菌和反硝化菌置于同一反应器(曝气池)内混合培养，则可达到单个反应器的同步硝化反硝化。尽管这些微生物的纯培养结果令人满意，但目前普遍认为离实际应用尚有距离，主要原因是实际污泥中这些菌群所占份额太小。

②利用好氧颗粒污泥中的缺氧区来实现SND。

通常曝气池中的DO维持在1～2mg/L，活性污泥大小具有一定的尺度，由于扩散梯度的存在，在污泥颗粒的内部可能存在着一个缺氧区，从而形成有利于反硝化的微环境。以往对曝气池中氮的损失主要以此解释，并被广泛接受。如果污泥颗粒内部厌氧区增大，反硝化效率就相应提高。

大量研究结果表明，活性污泥的SND主要是由颗粒污泥内部缺氧产生。要实现高效率的SND，关键是如何在曝气条件下(不影响硝化效果)增大活性污泥颗粒内部的缺氧区以实现反硝化。要达到这一目的，有两种途径可供选择，即减小曝气池内混合液的DO浓度和提高活性污泥颗粒的尺度。

工艺的运行好坏主要依赖于反应器中形成污泥的质量。最新研究结果表明，在反应器中创造一定条件可培养出高活性的SND颗粒污泥，其颗粒尺度在500μm左右，具有良好的沉淀性能和较高的SND速率。

根据目前普遍接受的污泥絮体理论及在曝气池中通常观测到的污泥颗粒大小(约为100μm )可知，在某些特定条件下污泥颗粒的紧密层可进一步增大，进而形成SND颗粒污泥。另有研究结果表明，在反硝化条件下活性污泥絮体能形成性能优良的颗粒污泥。

在SBR系统中采用缩短沉降时间可截留住那些具有较高沉速的生物颗粒，培养出的颗粒污泥可达3.3 mm(也有仅为0.3～0.5 mm的)，其中几乎不含丝状菌，全部由细菌组成。颗粒化不是由微生物种类决定的，而是与操作条件有关，曝气池中的搅动强度或混合程度及曝气产生的剪切力对颗粒污泥的形成都有较大影响。在SBR反应器中，DO保持在0.7～1.0 mg/L时运行一个月可基本完成颗粒化，且COD、NH3-N、TN去除率高达95%、95%、60%，颗粒中无丝状菌，SVI为80～100 mL/ g，SS为4～4.5 g/L。好氧颗粒污泥在显微镜和曝气状态下都可观察到，其活性即使在DO＜1mg/L时也很高，有机物和氨氮负荷可达1.5kgCOD/(m3•d)和0.18kgNH3-N/(m3•d)。