如果能在同一反應器中使同一污泥中的兩類不同性質的菌群(硝化菌和反硝化菌)同時工作，形成同步硝化反硝化(Simultaneous Nitrification Denitrification簡稱SND)，則活性 污泥法的脫氮工藝將更加簡化而效能卻大為提高。

此外從工程的角度看，硝化和反硝化在兩個反應器中獨立進行或在同一個反應器中順次進行時，反硝化過程的產堿會導致OH-積累而引起PH值升高，將影響上述兩階段反應過程的反應速度，這在高氨氮廢水脫氮時表現得更為明顯。但對SND工藝而言，反硝化產生的OH-可就地中和硝化產生的H+，減少了PH值的波動，從而使兩個生物反應過程同時受益，提高了反應效率。

由于硝化菌的好氧特性，有可能在曝氣池中實現SND。實際上，很早以前人們就發現了曝氣池中氮的非同化損失(其損失量隨控制條件的不同約在10%～20%左右)，對SND的研究也主要圍繞著氮的損失途徑來進行，希望在不影響硝化效果的情況下提高曝氣池的脫氮效率。

①利用某些微生物種群在好氧條件下具有反硝化的特性來實現SND。

研究結果表明，Thiosphaera、Pseadonmonas nautica、Comamonossp.等微生物在好氧條件下可利用NOX-N進行反硝化。如果將硝化菌和反硝化菌置于同一反應器(曝氣池)內混合培養，則可達到單個反應器的同步硝化反硝化。盡管這些微生物的純培養結果令人滿意，但目前普遍認為離實際應用尚有距離，主要原因是實際污泥中這些菌群所占份額太小。

②利用好氧顆粒污泥中的缺氧區來實現SND。

通常曝氣池中的DO維持在1～2mg/L，活性污泥大小具有一定的尺度，由于擴散梯度的存在，在污泥顆粒的內部可能存在著一個缺氧區，從而形成有利于反硝化的微環境。以往對曝氣池中氮的損失主要以此解釋，并被廣泛接受。如果污泥顆粒內部厭氧區增大，反硝化效率就相應提高。

大量研究結果表明，活性污泥的SND主要是由顆粒污泥內部缺氧產生。要實現高效率的SND，關鍵是如何在曝氣條件下(不影響硝化效果)增大活性污泥顆粒內部的缺氧區以實現反硝化。要達到這一目的，有兩種途徑可供選擇，即減小曝氣池內混合液的DO濃度和提高活性污泥顆粒的尺度。

工藝的運行好壞主要依賴于反應器中形成污泥的質量。最新研究結果表明，在反應器中創造一定條件可培養出高活性的SND顆粒污泥，其顆粒尺度在500μm左右，具有良好的沉淀性能和較高的SND速率。

根據目前普遍接受的污泥絮體理論及在曝氣池中通常觀測到的污泥顆粒大小(約為100μm )可知，在某些特定條件下污泥顆粒的緊密層可進一步增大，進而形成SND顆粒污泥。另有研究結果表明，在反硝化條件下活性污泥絮體能形成性能優良的顆粒污泥。

在SBR系統中采用縮短沉降時間可截留住那些具有較高沉速的生物顆粒，培養出的顆粒污泥可達3.3 mm(也有僅為0.3～0.5 mm的)，其中幾乎不含絲狀菌，全部由細菌組成。顆粒化不是由微生物種類決定的，而是與操作條件有關，曝氣池中的攪動強度或混合程度及曝氣產生的剪切力對顆粒污泥的形成都有較大影響。在SBR反應器中，DO保持在0.7～1.0 mg/L時運行一個月可基本完成顆粒化，且COD、NH3-N、TN去除率高達95%、95%、60%，顆粒中無絲狀菌，SVI為80～100 mL/ g，SS為4～4.5 g/L。好氧顆粒污泥在顯微鏡和曝氣狀態下都可觀察到，其活性即使在DO＜1mg/L時也很高，有機物和氨氮負荷可達1.5kgCOD/(m3•d)和0.18kgNH3-N/(m3•d)。