為探討低碳氮比污水廠尾水的深度脫氮技術(shù)，以堿處理玉米芯、零價(jià)鐵和活性炭組成的復(fù)合碳源作為填料，考察反硝化生物脫氮濾柱的運(yùn)行效果，并借助Miseq高通量測序技術(shù)對(duì)濾柱生物膜的微生物群落組成和結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。結(jié)果表明，復(fù)合碳源填料進(jìn)行反硝化脫氮時(shí)，能有效的被微生物利用并獲得較高的TN去除率。在溫度為28℃左右，反硝化濾柱進(jìn)水濃度為20——30mg/L、HRT=7.7h時(shí)，TN去除率可達(dá)到95%以上，出水TOC在15mg/L左右；微生物在屬水平進(jìn)行聚類分析結(jié)果表明，生物膜中與反硝化作用有關(guān)的菌屬和與纖維素降解有關(guān)的菌屬分別占已知菌屬的40.35%和29.04%.因此，污泥中反硝化作用菌屬和纖維素降解有關(guān)的菌屬的大量存在，為復(fù)合碳源填料高效反硝化作用提供了可能。

生物多樣性與分類學(xué)分析：首先將序列按照彼此的相似性歸為操作分類單元（OTU）。按照97%相似性對(duì)非重復(fù)序列（不含單序列）進(jìn)行OTU聚類，采用RDP classifier貝葉斯算法對(duì)97%相似水平的OTU代表序列進(jìn)行分類學(xué)分析，并分別在各個(gè)分類水平：domain（域），kingdom（界），phylum（門），class（綱），order（目），family（科），ge nus（屬），species（種）統(tǒng)計(jì)各樣本的群落組成。

Unisense 微電極測定系統(tǒng)的應(yīng)用

使用pH微傳感器（尖端直徑：10μm）（UNISENSE A/S，丹麥）測量pH微分布。pH微電極在標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液（pH 4、7和10）中進(jìn)行校準(zhǔn)。為了進(jìn)行微觀輪廓測量，將K1生物膜載體從反應(yīng)器中取出，用手術(shù)刀輕輕切成兩半，然后放入定制的流動(dòng)池中，使廢水流過以2 mL/min的速率去除生物膜。使用夾具將樣品固定到位。使用三維（3D）顯微操作器（UNISENSE A/S，丹麥）完成微傳感器尖端在樣品中的定位和移動(dòng)，并使用帶有CCD相機(jī)的立體顯微鏡進(jìn)行觀察。

結(jié)果與分析

氮去除效果及出水TOC

從圖1中可知，掛膜階段初期，氮去除率較高，可達(dá)到100%，這是由于玉米芯表面的可溶性碳源被微生物利用，碳源充足；隨后氮去除率逐漸下降穩(wěn)定至75%左右，出水TOC也由之前的逐漸降低變?yōu)榉€(wěn)定的趨勢，預(yù)示著微生物開始分解纖維素釋碳，標(biāo)志掛膜完成。

圖1氮去除效果及出水TOC變化

pH值的變化

由反應(yīng)式（1）、（2）可知，生物反硝化過程中通常會(huì)產(chǎn)生堿度，使pH值升高。圖2為反應(yīng)器運(yùn)行過程中進(jìn)出水pH值變化。從圖2的結(jié)果可以看出，運(yùn)行過程中出水pH值均低于進(jìn)水pH值并且更接近中性，這是因?yàn)橐杂衩仔镜壤w維素類物質(zhì)作為反硝化碳源時(shí)，纖維素、半纖維素在微生物作用下分解釋碳，在分解過程中，纖維素半纖維素逐級(jí)水解產(chǎn)生有機(jī)酸等簡單有機(jī)物，中和反硝化產(chǎn)生的一部分堿度，從而使出水pH值低于進(jìn)水并更趨于中性。熊劍鋒等在梧桐樹葉作為反硝化碳源的研究中，利用高效液相色譜對(duì)其浸出液進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中的主要成分為有機(jī)酸類物質(zhì)，說明溶液中pH值下降是有機(jī)酸釋放導(dǎo)致；邵留等以稻草為碳源和生物膜載體去除水中硝酸鹽的研究中也有類似結(jié)論，即在隨著反硝化的進(jìn)行，出水pH值基本維持在中性。因此，纖維素類物質(zhì)作為反硝化碳源和生物載體時(shí)具有穩(wěn)定體系pH值的能力。

圖2運(yùn)行過程中pH值變化

結(jié)論

采用復(fù)合碳源填料進(jìn)行生物反硝化脫氮，能有效去除水中硝酸鹽，單位質(zhì)量堿處理玉米芯硝氮去除量為1.32kg/kg，保證較低出水TOC，并避免了填料堵塞和NH4+-N的積累。

堿處理玉米芯復(fù)合填料作為反硝化碳源和生物載體時(shí)，具有穩(wěn)定反硝化體系pH值的能力，出水pH值無顯著升高而更趨于中性。