成都生物所在生活污水深度脱氮材料研究中获进展
作者：张丹
时间：2023-10-17
水体氮污染严重是一个全球性的环境问题，易导致水体出现富营养化。河流中氮污染的主要来源之一是生活污水，经过处理的生活污水通常仍含有过量的氮。低碳氮比是制约生活污水深度脱氮的主要因素。生活污水碳氮比通常低于4，无法满足生物反硝化所需能量。一种促进生物反硝化的方法是补充额外的碳源，但是液体碳源和单一固体碳源都有各自的缺点。近年来，由高分子聚合物和农业废弃物组成的复合固体碳源由于具有持久缓释碳源的能力而被广泛研究以提升脱氮效率。但是目前的研究很少关注复合固态碳源对反硝化系统启动的影响，而系统快速高效启动对于提高脱氮效率和降低运行费用有重要意义。
中国科学院成都生物研究所谢翼飞研究团队制备了一种新型的具有双层结构的复合固体碳源PCSC用于生活污水深度脱氮。该固体碳源内层是聚己内酯-玉米淀粉混合物（PCL-CS），外层是海藻酸钠-玉米芯（SA-CC）混合物。研究人员比较了该碳源与单层碳源的碳释放特性、脱氮性能、系统启动特性和微生物多样性（图1）。
研究发现双层复合固体碳源PCSC具有前期快速释碳、后期稳定释碳的碳释放特性，可以促进反硝化菌的富集和生物膜的形成，从而加速脱氮系统的启动。实验结果表明，使用PCSC作为反硝化生物滤池的填料，可以在5天内完成系统启动，并且平均氮去除率达到85%，远高于使用单层碳源或无碳源的对照组（图2）。此外，PCSC表面能够快速形成生物膜（图3），富集的主要反硝化菌包括Chitinophagaceae、Comamonadaceae、Blastocatellaceae等。该研究制备的双层复合固体碳源兼具快速启动脱氮系统和稳定持久提升氮去除率的优点，为低碳氮比污水的深度脱氮提供了一种有效和经济的材料，具有巨大的应用前景。
该研究以“An innovative bilayer solid carbon source for tertiary denitrification: Synthesis, performance, and microbial diversity analysis”为题发表在《Journal of Water Process Engineering》上。张丹博士为论文第一作者，谢翼飞副研究员为通讯作者。本项研究工作得到了中国科学院战略生物资源服务网络计划生物资源衍生库项目（KFJ-BRP-009-004）、四川省重点研发项目（2020YFS0021）的支持。
图1 复合固体碳源与单层碳源的碳释放特性、脱氮性能、系统启动特性和微生物多样性比较
图2 平均氮去除率
图3 PCSC表面扫描电镜
