水体中存在的硝酸盐氮主要来源于工业废水、农业废弃物和生活污水。工业生产过程中排放的含氮废水，农业上施用的氮肥随雨水冲刷入江河、湖泊，生活污水排入受纳水体等对环境造成的污染越来越严重，已引起人们的普遍关注。因此，去除水中的硝酸盐氮对改善水质有很大意义。硝酸盐在水中溶解度高，稳定性好，难于形成共沉淀或吸附。因此，传统的简单的水处理技术，如石灰软化、过滤等工艺难以去除水中硝酸盐。目前，从水中去除硝酸盐的方法有化学脱氮、催化脱氮、反渗透、电渗析、离子交换、生物脱氮等。文本重点通过实验研宄生化法对硝酸盐氮的去除效果。
1、试验方法与材料
1.1反硝化菌培养液的组成
本实验反硝化菌为自养。反硝化菌营养液的组成详见表1。
1.2 水质检测和试验仪器
反硝化试验出水均采用0.45um滤膜过滤。采用紫外分光光度法（HJ/T346—2007)测定NO3--N的浓度。总氮（TN)、NO2--N和COD通过HACH法测定。
实验仪器：752紫外可见分光光度计，恒温振荡箱、超净工作台、pH计、DO仪、ORP测定仪、烘箱、坩埚、移液枪。
2、试验结果与分析
2.1 环境条件对反硝化菌的影响
2.1.1 DO对反硝化的影响
培养初期，在500mL维形瓶中进行反硝化菌的培养。考察DO对反硝化的影响，将1#锥形瓶盖紧瓶塞，2#锥形瓶敞口置于空气中，培养20天后进行对比试验。将配制好的硝酸盐溶液分别加入两个锥形瓶中，与菌液搅拌均匀并进行反硝化反应2h，分别对两个瓶中反硝化TN去除率、菌液污泥浓度及污泥负荷进行测定，测定结果详见表2。从表2可看出，DO浓度为0.17mg/L时，TN去除率、污泥浓度、污泥负荷均较高，当DO浓度为0.51mg/L时，对反硝化有明显的抑制作用，说明DO对反硝化影响较大。这是因为反硝化作用是缺氧环境下的替代产能途径，在氧分压高时，微生物进行好氧呼吸获得能量；当含氧浓度很低或完全厌氧时，通过反硝化作用获得能量。氧气一般被看作是反硝化酶的抑制剂。当同时存在分子态氧和硝酸盐时，反硝化细菌优先进行有氧呼吸。微生物从有氧呼吸转变为无氧呼吸的关键是合成无氧呼吸的酶，而分子态氧的存在会抑制这类酶的合成及活性。
2.1.2 微量元素对反硝化菌的影响
反硝化菌经过两个月的培养，虽然TN去除效果较好，污泥生长速度较快，但是污泥沉降性很差，为加强污泥的沉降性，向培养液中添加适量微量元素，继续培养10天后，测定反硝化菌TN去除率、污泥负荷及污泥沉降性。添加微量元素的成分及浓度详见表3，添加微量元素前后各项指标对比结果详见表4。从表4可知，微量元素添加后，TN去除率、污泥负荷、污泥沉降性均较微量元素添加前有所提高；对污泥沉降性影响最大，SVI由272.53mL/g下降至148.39mL/g，有效提高了反硝化菌的污泥沉降性。微量元素主要作为氨甚酸、核酸的组成成分和酶激活剂，用量适当可以有效促进反硝化的进行；但是必须严格控制，过量则可能抑制生物酶活性，从而抑制反硝化的进行。
2.1.3 pH对反硝化的影响
微生物的活性与环境的酸碱度密切相关。实验进行第100天，考察pH对反硝化的影响。将相同的菌液分别置于pH为6.5和8.5的条件下培养，测定不同pH下反硝化菌对TN的去除情况，如图1所示。从图1可以看出，当pH为6.5时，反应1hTN浓度由103.0mg/L迅速下降至33.5mg/L，之后TN浓度缓慢下降，反应7hTN浓度降至25.5mg/L，仍没有反应完全，去除率仅达到75%。这可能是由于随着反硝化的进行，pH不断下降，pH越低，越抑制反硝化的进行。当pH为8.5时，反应1hTN浓度由156.0mg/L降至16.0mg/L，反应2hTN浓度降至5.5mg/L，TN去除率达到96%。说明pH对反硝化的影响较大，微生物反硝化作用通常在中性偏碱条件下进行，pH过高或过低都会影响反硝化细菌的生长速率和反硝化酶的活性，使脱氮效率有所下降。最佳pH控制范围还有待进一步试验确定。
2.2 反硝化过程中各指标的变化情况
(1)反硝化过程中pH值的变化情况。将相同的菌液分别置于3个500mL锥形瓶（1#、2#、3#)中，进行一组平行实验，考察反硝化过程中pH值随反应时间的变化情况，见图2。
从图2可知，1#、2#、3#瓶的pH均在反应时间为2h时降至最低，之后趋于平稳。正常情况下反硝化是产碱的过程，随着反应的进行pH逐渐升高，本实验出现pH降低的情况，可能是由于葡萄糖在水中水解或被反硝化菌利用时产生的CO2溶于水中，导致pH值下降。测定出水中IC为565.3mg/L，说明溶液中的确有大量CO32-存在。
(2)反硝化过程中pH、ORP随TN浓度的变化关系。将菌液置于5L细口瓶中，考察反硝化过程中pH、ORP随TN浓度的变化关系，见图3。从图3可知，当TN浓度为110.2mg/L时，pH、ORP分别为7.42、-285mV；反应1h后，TN浓度下降至16.3mg/L时，pH缓慢下降至7.29，ORP变为-306mV；反应2h时，TN浓度由16.3mg/L下降至8.5mg/L时，pH、ORP急剧下降，pH、ORP分别降至6.71、-328mV。反硝化2h后，溶液中硝酸盐氮和亚硝酸盐氮几乎全部转化SN2，反硝化作用极为缓慢，pH、ORP趋于平稳状态。说明反硝化过程中pH、ORP会随之发生改变，反硝化作用越激烈，pH越小，氧化还原性（ORP)越强，反硝化作用停止，pH、ORP逐渐趋于稳定。
从图4可以看出，虽然pH、ORP会随着反硝化作用发生改变，但是TN浓度与pH、ORP均不成线性关系。
(3)污泥浓度随时间变化情况。污泥浓度随时间变化情况见图5。从图5可以看出，污泥浓度随时间越来越高，但是线性不相关。
(4)反硝化过程中TN、NO3--N、NO2--N浓度随时间变化情况。从图6中可以看出，反应时间为0.5h时，NO3--N浓度为87.5mg/L，NO2--N为80.0mg/L，TN浓度即为二者之和167.5mg/L。反应至1.5h时，NO3--N浓度下降至为0mg/L，—部分转化为NO2--N，另一部分直接转化为N2；NO2--N浓度上升至最高点，达到118.4mg/L，这是因为一部分NO3--N转化为NO2--N，在此过程中NO2--N不断被还原成N2，但是NO2--N转化N2速度慢于NO2--N转化为NO2--N速度。1.5h后，NO2--N不断被还原成N2，4.5h时反应完全。
(5)TN浓度、TN去除率及污泥负荷随时间变化情况。TN浓度、TN去除率及污泥负荷随时间变化情况见图7。
从图7可看出，连续进行5个月试验并检测体系中的TN和污泥负荷，进水TN浓度均在82.8〜203.6mg/L之间，出水TN浓度在0-25.5mg/L之间，其中只有两次出水TN浓度较高，分别为16.7mg/L、25.5mg/L，其余均小于10mg/L。TN去除率在75%~100%之间，TN去除率达到90%以上的有七次，只有一次为75%，分析原因是由于pH值较低导致反硝化速率下降。污泥负荷在0.2588〜1.3354kg/(kg.d)之间，培养初期污泥负荷较高，均高于1.0kg/(kg•d)，反硝化速率较快；培养两个月后出现反硝化速率下降的现象，污泥负荷维持在0.3kg/(kg•d)左右，分析原因可能是由于pH值较低导致反硝化速率下降，后通过调节pH有效提高了TN去除率，但是未对污泥负荷进行测定，有待进一步分析。
3、结论
通过以上分析，可得出如下结论：
(1)通过改变DO、微量元素以及pH值等影响因素，可以有效优化反硝化菌培养条件，有效提高反硝化效率。
(2)对反硝化过程中各指标如PH、ORP随硝酸盐氮浓度变化进行了分析，试验结果表明，pH、ORP会随着反硝化作用发生改变，反硝化作用越激烈，pH越小，氧化还原性（ORP)越强，但是TN浓度与pH、ORP均不成线性关系。
(3)考察了TN浓度、TN去除率及污泥负荷随时间变化情况，总体看来，该反硝化菌去除TN效果良好，TN去除率达到90%以上。（来源：中海油天津化工研究设计院有限公司）
