為探討低碳氮比污水廠尾水的深度脫氮技術，以堿處理玉米芯、零價鐵和活性炭組成的復合碳源作為填料，考察反硝化生物脫氮濾柱的運行效果，并借助Miseq高通量測序技術對濾柱生物膜的微生物群落組成和結構進行解析。結果表明，復合碳源填料進行反硝化脫氮時，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，反硝化濾柱進水濃度為20——30mg/L、HRT=7.7h時，TN去除率可達到95%以上，出水TOC在15mg/L左右；微生物在屬水平進行聚類分析結果表明，生物膜中與反硝化作用有關的菌屬和與纖維素降解有關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的菌屬的大量存在，為復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%相似性對非重復序列（不含單序列）進行OTU聚類，采用RDP classifier貝葉斯算法對97%相似水平的OTU代表序列進行分類學分析，并分別在各個分類水平：domain（域），kingdom（界），phylum（門），class（綱），order（目），family（科），ge nus（屬），species（種）統計各樣本的群落組成。

Unisense 微電極測定系統的應用

使用pH微傳感器（尖端直徑：10μm）（UNISENSE A/S，丹麥）測量pH微分布。pH微電極在標準緩沖溶液（pH 4、7和10）中進行校準。為了進行微觀輪廓測量，將K1生物膜載體從反應器中取出，用手術刀輕輕切成兩半，然后放入定制的流動池中，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，并使用帶有CCD相機的立體顯微鏡進行觀察。

結果與分析

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定至75%左右，出水TOC也由之前的逐漸降低變為穩定的趨勢，預示著微生物開始分解纖維素釋碳，標志掛膜完成。

圖1氮去除效果及出水TOC變化

pH值的變化

由反應式（1）、（2）可知，生物反硝化過程中通常會產生堿度，使pH值升高。圖2為反應器運行過程中進出水pH值變化。從圖2的結果可以看出，運行過程中出水pH值均低于進水pH值并且更接近中性，這是因為以玉米芯等纖維素類物質作為反硝化碳源時，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水解產生有機酸等簡單有機物，中和反硝化產生的一部分堿度，從而使出水pH值低于進水并更趨于中性。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其浸出液進行分析，發現其中的主要成分為有機酸類物質，說明溶液中pH值下降是有機酸釋放導致；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論，即在隨著反硝化的進行，出水pH值基本維持在中性。因此，纖維素類物質作為反硝化碳源和生物載體時具有穩定體系pH值的能力。

圖2運行過程中pH值變化

結論

采用復合碳源填料進行生物反硝化脫氮，能有效去除水中硝酸鹽，單位質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。

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