硫自养反硝化过程中物质迁移转化的途径及其调控机制

Sulfur-based denitrification is an important denitrfication technology. Due to its characteristics of needing no organic carbon source and avoiding secondary pollution, it has unique practical value in nitrogen contamination control. As the different sulfur compounds causes very different denitrification effect in our previous study, we suppose that the denitrification mechanism in them may also be different. In this study, different kinds of reductive sulfur compounds are to be applied as electron donors in the lab-scale experiments, in order to clarify the mass transfer of nitrogen and sulfur in the denitrifcation process, as well as the influence factors such as DO, ORP, temperature, S/N ratio, substrate concentration, HRT, hydraulic load, etc. The bacterial community structure in the systems with different electron donors are to be analyzed. Finally, the whole biochemical process in the microbial cells is to be elucidated, which can provide references for design optimization, running management and operation control in the real application of sulfur-based autotrophic denitrification.

硫自养反硝化是一项重要的水体脱氮技术，由于不需要有机碳源、避免二次污染，所以在氮污染控制方面有着独特的工程实用价值。研究发现不同形态的硫源取得的反硝化效果差异很大，因此提出不同硫源的反硝化机理不同的假设。本课题拟采用不同硫化合物为电子供体，通过实验室小试试验，阐明不同种类的硫电子供体条件下硫、氮等元素的物质迁移转化规律及其氮去除率的内在影响机制，解析不同硫电子供体与反硝化效能、溶解氧或氧化还原条件、温度、硫氮比、基质浓度、水力停留时间、水力负荷、反硝化速率之间的相互关系；解析不同电子供体系统中的微生物群落结构，完善以微生物为执行主体的硫自养反硝化生物化学过程，同时为硫自养反硝化实际工程的优化设计和工程调控管理提供基础依据。

本课题采用不同硫化合物为电子供体，通过实验室小试试验，研究了不同硫电子供体与反硝化效能、各种影响因素、反硝化速率之间的相互关系；解析了不同电子供体系统中的微生物群落结构。研究表明，采用硫化物、单质硫、和硫代硫酸钠为电子供体，其处理效果比较，硫代硫酸钠和单质硫相当，优于硫化物；但从处理能力上比较，硫代硫酸钠系统优于单质硫，单质硫优于硫化物系统。硫自养反硝化受温度、水力停留时间影响最大，此外，水力负荷、水中磷含量、接种污泥、有无载体、载体种类等因素对反硝化效率也都有不同程度的影响，硫代硫酸钠系统在20°C以上、采用陶粒为载体、水力停留时间为30 min时，可达到95%以上的去除效率，可用于中低浓度的硝酸盐污染水处理，特别时微污染地表水脱氮。采用不同的电子供体，硫自养反硝化系统内的微生物群落结构差异很大。此外，进水浓度、反应器高度等因素也会影响系统内的微生物群落结构。对硫代硫酸盐降解过程进行封闭系统物料平衡研究，建立硫自养反硝化过程中含硫物质的迁移转化规律假说。本研究建立了硫自养反硝化数学模型，可以较准确地预测硫自养反硝化处理效果。