随着我国经济的发展和城市化进程的加快,日均产生的各种工业废水和生活污水也在增加。我国目前城市污水处理厂的出水普遍能够达到一级B标准,然而其中的总氮浓度依然是湖泊水体二类标准的10倍甚至更多。污水处理厂出水中的总氮主要是以硝态氮的形式存在,因此,我国的部分天然水体中面临着严重的硝酸盐污染的风险。另一方面,我国北方部分地区长期饮用含有高硝酸盐的地下水,某些地区的地下水中硝酸盐含量高达392 mg·L-1,远超过世界卫生组织规定的10 mg·L-1。鉴于此,为了保障饮水安全,亟需发展反硝化脱氮的污水深度处理技术。反硝化生物滤池(denitrification biofilter,DNBF)是一种由曝气生物滤池(BAF)演化而来用于处理污水中氮素污染的新型工艺,其具有占地小、出水水质好、抗冲击负荷强、快速启动、生物量大、处理效率高等优点。填料是影响DNBF运行及反硝化处理效果的重要因素之一。常规的DNBF填料有火山岩、陶粒、沸石、石英砂等。课题组近几年系统研究了天然针铁矿在有机物厌氧消化及C、N等元素的生物地球化学过程中的作用,前期研究结果表明天然针铁矿可以提高生物反硝化的速率和效率。因此,本文以石英砂为对照,探索DNBF在以天然针铁矿作为填料时的反硝化效果,并具体分析了两个DNBF在启动和稳定运行阶段的性能差异。实验装置采用实验室规模的上流式连续流反应器,有效容积为1.2 L。整个装置的接口处均用硅胶密封。反应器运行的控制参数为:进水p H 7.50±0.15(通过0.1 mol·L-1 HCL调节),C/N为4,水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)为4和2 h,当HRT为4 h时反应器氮容积负荷(以N计,下同)保持在0.6 kg·(m3·d)-1。本研究采用人工接种挂膜法,接种污泥采用实验室培养驯化的反硝化污泥。每天采样,分析测定两个反应器启动阶段以及不同HRT运行阶段时的进出水中的化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、NO-3、NO-2等指标。DNBF启动运行阶段HRT设为4 h时,以针铁矿和石英为填料的DNBF分别在第8天时和第15天时进入稳定运行状态,COD的去除率在84%~85%,NO-3的去除率均为99%。实验结果表明DNBF反应器以针铁矿为填料,能够缩短反应器的启动时间。这可能是因为天然针铁矿颗粒表面粗糙,比表面积更大,有利于微生物附着生长,因此反应器的启动时间更短。在DNBF稳定运行阶段,当HRT为4 h时,针铁矿为填料的DNBF对COD和NO-3的去除率约为85.45%±0.65%和99.17%±0.11%,石英砂为填料的反应器对COD和NO-3的去除率约为84.56%±0.79%和99%±0.12%,两种填料的反应器的反硝化效果区别不大;当HRT降为2 h并连续运行10 d后,以针铁矿为填料的DNBF对COD和NO-3的去除率分别为84.98%和99.48%,以石英砂为填料的DNBF对COD和NO--3的去除率分别为74.01%和84.51%,且以石英砂为填料的DNBF中出现了NO2的积累,最大积累量达到0.6 mg/L。实验结果表明,针铁矿为填料的DNBF有更好的抗冲击负荷的能力,且不易产生亚硝酸盐氮的累积。引起上述实验现象的原因之一是由于天然针铁矿中含有铁以及其他的一些微量金属元素,当三价铁被还原为微生物可利用的二价铁时,其他金属元素也随之释放到滤池中用作微生物的营养物质。因此,以针铁矿为填料的DNBF中的生物量较多,反硝化菌活性较高。针铁矿促进反硝化过程的具体机制还有待进一步的深入研究。