从微生物群落结构角度，看生物质碳源如何深度脱氮

我国大部分省市的城镇污水处理厂目前执行的氮排放标准是一级A标准（TN=15 mg/L， NH ₄ ⁺ -N=5 mg/L），但即便如此，出水中总氮浓度仍高于地表水V类标准（TN≤2.0 mg/L），对河流、湖泊等地表水环境构成了潜在威胁。因此，如何进一步提升污水处理厂的脱氮效果，尤其是二级生化处理出水的深度脱氮，成为了亟待解决的问题。

为提高生化工艺的脱氮效果，多数污水处理厂采用投加有机碳源的方式。传统的碳源如甲醇、乙醇、乙酸钠等化工液体碳源，虽然能在一定程度上强化反硝化过程，但这些碳源存在诸多弊端，如释碳不可控、存储和运输不便、价格高昂，且对环境有一定毒性。随着双碳目标的提出，这些传统化工碳源已难以满足污水处理厂追求的低碳、环保、经济目标。

微生物是反硝化脱氮的主体，不同外加碳源对微生物的利用程度、反硝化速率和代谢产物均有不同影响。 因此，碳源的投加会显著改变污水处理厂的微生物群落结构。

生物质碳源和化工碳源在反硝化系统中的添加会引起依赖碳源代谢的微生物的竞争，微生物群落更加功能化，因此二者均使污泥的微生物群落多样性降低。化工碳源成分往往比较单一，依赖单一碳源代谢的微生物竞争力较强，其他微生物菌群在反硝化系统中逐渐被淘汰，而大多数 生物质碳源释放有机物成分较化工碳源复杂，且分子量较大，因此相比于化工碳源，大多数生物质碳源介导的反硝化系统中微生物群落多样性更高。

近年来，生物质碳源在污水处理厂的应用领域取得了显著进展，多个成功案例的涌现为其广泛应用奠定了坚实基础。例如，玉米叶水解液作为生物质碳源的成功应用，特别是在反硝化脱氮过程中展现出的优异性能，充分证明了其巨大的潜力。这些积极成果不仅预示着生物质碳源在污水处理领域的广阔前景，也激发了研发人员对这一低碳环保型碳源深入探索的热情。

相较于传统的化工碳源，生物质碳源展现出了独特的优势。其原料主要来源于生物质可再生资源，不仅降低了污水处理成本，还实现了资源的循环利用。同时，生物质碳源的使用减少了化学污染物的排放，有利于生态环境的改善。

然而，尽管前景光明，生物质碳源在实际应用中仍面临诸多挑战。由于不同生物质原料的成分与性质差异显著，如何针对具体工艺进行优化选择成为了一个亟待解决的问题。此外，生物质碳源的制备与投加技术也尚需进一步完善，以确保其高效、稳定地服务于污水处理过程。

面对这些挑战，未来生物质碳源的发展应聚焦于以下几个方面：第一，持续优化生物质碳源的制备工艺与投加技术，提升其利用率与稳定性，确保其在污水处理中的高效应用；第二，深入探究生物质碳源对微生物群落结构的影响机制，揭示其与污水处理效果之间的内在联系，为工艺优化提供科学依据；第三，积极开展大规模中试与示范研究，验证生物质碳源在实际工程中的可行性与效果，推动其从实验室走向更广阔的应用领域。