氮源是水体富营养化的重要污染物质，来源较为广泛，去除水体氮源污染的根本方法是将之转变成N2排入大气，进而真正地实现水体脱氮。
从机制上讲，反硝化反应过程需要消耗大量的碳，如果经过NO3-途径则需要COD/ρ(N-NH4)+≥2.86。除生活污水外，工业废水如某些制药废水、食品工业废水以及垃圾渗漏液等，都含有较高浓度的盐分，且很多情况下ρ(C)/ρ(N)值比较低，如某食品废水的营养比例失调严重，ρ(C)/ρ(N)也仅为2.5，增加了生化处理脱氮的难度。因此，为满足反硝化反应的要求，采用传统生物脱氮工艺处理低ρ(C)/ρ(N)污水时，需要另外加入碳源。
大多数污水脱氮工艺的研究都是采用向污水体系中投加甲醇、葡萄糖等有机物作为碳源。但是，当进水水质不稳定时，易造成投加碳源过量或不足，进而影响脱氮效果和出水水质，还会增加处理成本。目前筛选出的好氧反硝化菌虽然都具有良好的脱氮性能，然而多数菌种只能在高ρ(C)/ρ(N)下生长良好。
利用非水溶性生物降解多聚物(BDPs)作为反硝化菌的载体，在微生物体内酶的作用下进行降解，提供反硝化碳源，是异养反硝化的新工艺。BDPs材料在所给定的条件下一般不会向水中浸出有毒有害物质，与物理化学法相比，BDPs工艺对硝酸盐氮的去除有高度选择性，且不会产生高浓度含盐废液。固态碳源因具有缓释碳源的特点，能保证反硝化反应的持续进行，逐渐受到研究者的关注，而其在含盐污水的微生物脱氮工艺中的应用却鲜见报道。
利用实验室筛分的反硝化菌株弧菌，以硝酸盐氮为唯一氮源，研究以BDPs颗粒作为碳源和生物膜载体应用在低ρ(C)/ρ(N)的含盐工业废水脱氮工艺中的可行性，考察碳源、温度及停留时间等条件对反硝化性能的影响，为固态碳源反硝化工艺提供理论依据和技术支持。
1、实验材料与方法
1.1 碳源材料
葡萄糖(化学纯);商用聚丁二酸丁二醇酯(PBS)，乳白色颗粒;商用聚羟基脂肪酸酯(PHA)，白色颗粒。
1.2 实验用水
实验采用模拟含盐废水：在澄清天然海水中加入适量硝酸钠和磷酸二氢钾，pH=7.5。
1.3 实验用菌
研究所用有氧反硝化菌从天津某海水养殖场底泥中筛得，通过生理生化及16SrDNA鉴定，该菌为Vibriosp.弧菌，命名为MCW152(保藏编号为CCTCCNO.M2018030)。菌种培养采用250mL三角瓶，培养液体积为100mL，培养基为牛肉膏蛋白胨，培养温度为(30±1)℃，转速为120r/min，经连续24h的摇动培养后，将反硝化菌培养液以7000r/min的速度离心15min，弃去上层清液，沉淀物留用，视为1份，干质量约为0.3g。
1.4 实验方法
以序批实验为主，在1000mL的三角烧杯中加入一定量的BDPs颗粒和1000mL模拟含盐废水，然后加入1份有氧反硝化菌培养液沉淀物，用磁力搅拌器低速搅拌，维持污泥的悬浮状态。定时检测水体中TN(总氮)和TOC(总有机碳)浓度。反硝化效果稳定后，转移至管式装置内，废水泵入，下进上出，进行动态实验。
1.5分析方法
分析项目及仪器详见表1。
2、结果与讨论
2.1 不同碳源的脱氮效果
分别利用可生物降解材料PBS和PHA为反硝化碳源，在微生物的作用下，考察不同碳源对硝态氮脱除效果的影响，TN浓度随时间变化的情况见图1。因配制模拟含盐废水时浓度为大概范围，且配水时未注意硝酸钠的含氮量，初始废水TN浓度不同。
从图1中可以看出，PHA和PBS两种碳源的反硝化趋势相似，7d后TN去除率分别为95.1%和92.1%，出水中TN质量浓度分别为4.3mg/L和7.0mg/L，反硝化速率分别为276.4mg/(g·d)和238.3mg/(g·d)，PHA颗粒处理效果更好，故选择PHA进行后续实验。
2.2 污水pH在脱氮过程中变化
一般而言，在反硝化过程中，脱除硝酸盐时会产生碱度，对水体中的pH值产生影响。分别以PHA和葡萄糖作碳源进行对比实验，考察在反硝化过程中脱氮效果和水体pH值的变化，结果见图2。
由图2可以看出，当进水pH值为7.75时，PHA作为碳源的反硝化过程中，水体pH随着总氮的去除而略有降低，出水总氮质量浓度为6.3mg/L，pH为7.42;在以葡萄糖为碳源的对比实验中，pH降低更为明显，出水总氮质量浓度为7.8mg/L时，pH为6.03。上述两种情况下总氮去除率基本相同，均高于83%，但在反硝化过程中水体pH值反而下降，与周海红等的研究结果相似。究其原因，可能是体系并未进行完全消毒，尽管反硝化过程生成碱度，但是反硝化菌以外的其他微生物可能在体系环境中通过自身的生长代谢，消耗碱度，使得水体中的pH值有所降低。因此，生物系统对污水水体中pH的调节机制及颗粒表面生物膜的生物相需要进一步深入研究。
从图2中还可以看到，BDPs异养生物反硝化效果和传统碳源具备可比性，可通过改善传质动力学条件，改善可生物降解材料的材质和表面特性，作为反硝化碳源是完全可行的。
2.3 温度对脱氮效果的影响
温度是影响反硝化细菌活性和生物量增殖速率的重要因素，多数反硝化细菌的最适生长温度为20~35℃。去除含盐废水中的硝酸盐氮，反硝化工艺之前会有系列常规水处理工艺，因此反硝化系统可以放置在室内运行，故本研究选择考察以PHA为碳源，水体温度为15℃和25℃时的脱氮效果，实验结果见图3。
从图3中可知，温度对反硝化过程影响较大，温度降低，PHA作为碳源和载体的反硝化速率降低明显。实验条件下，在15℃和25℃时，反硝化的平均速率分别为193.7mg(/g·d)、276.4mg(/g·d)，15℃时的反硝化速率较25℃时降低30%;TN去除率均在85%以上，TN质量浓度均可降低至10mg/L以下，反硝化反应均可有效进行，这与其他研究得到的结论相一致。研究结果说明即使在冬季，以PHA为载体和碳源的反硝化系统在室内运行时，其反硝化速率也可以维持在一定的水平，通过调整工艺参数，仍可得到良好的脱氮效果。
2.4 停留时间
实验装置稳定运行一段时间后，进水TN质量浓度保持在40mg/L左右，考察停留时间对脱氮效果的影响。结果发现停留时间越长，脱氮效果越好，停留时间由4h延长至8h，TN去除率由49.2%提升至93.1%，出水TN质量浓度由20.3mg/L降至2.8mg/L。但水体中TOC浓度也会随着停留时间的延长而略有升高，这与陈云峰等的研究结论一致，实际生产过程中需重点控制生物量和停留时间。
2.5 固体碳源PHA颗粒变化
将使用后的固体颗粒经冲洗、脱水、自然干燥后，对固体碳源颗粒进行称量，发现其质量较实验前均有减少，每实验周期减轻量均大于0.8g。分别取使用前后的颗粒，经全自动离子溅射仪喷金后，置于扫描电镜下观察，结果见图4。
从图4中可以观察到，未使用时，颗粒表面较为平滑，而经过一段时间的使用后，1000倍扫描电镜下可以清楚地看见颗粒表面粗糙不平，并出现很多不规则裂隙，使用前后PHA颗粒表面发生较大变化。使用前后固体颗粒质量和表面的变化从侧面证明了固体BDPs颗粒可作为碳源被微生物利用，为反硝化过程提供营养，补充碳源。
3、结论
以可生物降解多聚物作为反硝化碳源可有效地将高分子材料与污水生化处理相结合。该项技术不需要额外加可溶性有机物碳源补充营养物质，有望解决传统外加碳源投加量难以有效控制的缺点，更适合处理低碳氮质量比的污水处理。
(1)当进水TN质量浓度为65mg/L左右时，可生物降解多聚物材料作为反硝化碳源均可通过生化处理将TN质量浓度降至10mg/L以下，实验过程中pH略有降低，停留时间对脱氮效果影响较大。
(2)温度下降，以BDPs材料为固体碳源的反硝化过程脱氮速率降低比较明显，15℃时的反硝化速率较25℃时降低30%，TN去除率均在85%以上;低温条件下，反硝化过程的反应速率仍可以维持在一定的水平。
(3)使用前后可生物降解多聚物材料颗粒质量和表面均发生较大变化，证明了其作为碳源被生物利用的可行性。(来源：武汉光谷环保科技股份有限公司，自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所)