1つである硝化脱窒法において、排水中のアンモニアは以下の硝酸イオンを経由する経路で窒素ガスに変換される(NH_3→NO_2^-→NO_3^-→NO_2^-→NO→N_2O→N_2)。この経路は、硝化をNO_2^-で止める操作(部分的硝化)により、下線部を省略した必要曝気量の少ないNO_2^-経由の経路に短縮される。リアクターを実験室で運転し、NO_2^-経由の硝化脱窒を安定的に行うための運転条件について調べた。同リアクター内の硝化細菌(アンモニア酸化細菌および亜硝酸酸化細菌)の活性や遺伝子量を測定し、硝化脱窒の経路との関連について調べた。NO_2^-以降の還元反応(脱窒反応)についても、別途回分式脱窒リアクターを運転し、その脱窒活性や脱窒を担う細菌群集について調べた。膜分離活性汚泥リアクターの運転条件NO_2^-経由の硝化脱窒を行うためには、リアクター内のアンモニア濃度の調整が重要であることを確認した。同濃度の調整により、膜分離活性汚泥リアクターにおいて約50日間の亜硝酸イオン経由の硝化脱窒を行うことに成功した。硝化脱窒の経路の変化は硝化細菌の活性の変化と対応した。経路の変化と硝化細菌の遺伝子量の変化にはほとんど対応がなかった。本研究のリアクターでは、硝化細菌の活性の変化が硝化脱窒の経路の変わる指標であった。脱窒の電子受容体をNO_3^-からNO_2^-に切り替えると、脱窒活性が一時的に低下することがわかった。これは電子受容体がNO_3^-とNO_2^-のときでは、脱窒を担う細菌群集が異なることが一因となっているようであった。