硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合协同除硫脱氮机制研究

废水的同步生物除硫脱氮一直是近几年来废水处理领域研究的热点。本项目提出硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合协同除硫脱氮新方法，即利用硫自养反硝化细菌，将硝酸盐还原为亚硝酸盐，同时硫化物氧化为单质硫；之后亚硝酸盐与氨氮在厌氧氨氧化细菌的作用下自养脱氮，生成氮气。研究通过对反应底物与工艺条件的调控实现硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合，从影响因素、微生物反应动力学、分子生物学三个角度揭示耦合过程的微观机制。研究旨在发展新型同步生物除硫脱氮工艺，为含硫氮废水的处理提供新思路。

(1) 以异养菌颗粒为内核厌氧氨氧化的启动：在复合式厌氧折流板反应器(HABR)内接种厌氧产甲烷颗粒污泥, 研究厌氧氨氧化的启动过程, 着重探讨不同碳氮比对厌氧氨氧化启动的影响. 1-32d进水不投加碳源，33-86d投加不同浓度醋酸钠且维持碳氮比分别为1:1、1:8.5、1:4.5及1:2，整个启动过程中研究分析氨氮、亚硝态氮、总氮及COD的变化情况. 结果表明，以异养产甲烷颗粒污泥为载体，自养厌氧氨氧化菌利用其产生的胞外聚合物（EPS）可实现快速增殖；在4个不同碳氮比的条件下，以碳氮比为1:2时脱氮效果最佳，氨氮、亚硝态氮、总氮去除率分别为54%、60%及52%左右. .(2) 硫氮比对耦合过程的影响： 在进水pH=8.0、温度32.5℃、HRT=6.5h的环境条件下, 反应器连续运行54天，期间改变进水S2-/NO3--N(2：5、3.5：5、5：5、6.5：5)，研究其对硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合工艺启动的影响.结果表明，在HABR内成功实现了硫自养反硝化和厌氧氨氧化耦合，NH4+-N、S2-、NO3--N最大去除率分别为70%、99%、100%.当S2-/NO3--N<1时，S2-相对于NO3--N供应量不足，导致硫自养反硝化生成NO2--N量不足，进而影响后续厌氧氨氧化效果，NH4+-N去除率较低.同时剩余NO3--N继续氧化硫自养反硝化生成的S0，致使出水ρ(SO42-)增大；当S2-/NO3--N=1时，S2-供应量充足，硫自养反硝化生成NO2--N量最大，厌氧氨氧化效果最好，NH4+-N去除率最高；当S2-/NO3--N>1时, S2-过量，S2-去除率下降. .(3) 微生物群落结构和多样性研究：从稳定运行的HABR厌氧折流板反应器中采集生物膜样品，利用PCR-DGGE技术分别对反应器中四个格室进行群落结构解析。结果表明，微生物群落变化与水质环境中的有机物、氮和硫的浓度有关，微生物群落结构在不同的格室中变化较大，4个格室中的细菌的Shannon-Wiener指数（H）有左至右依次减小，相邻格室的相似性较高。经过克隆测序分析，HABR反应器内的微生物多为硫自养反硝化菌和厌氧氨氧化菌，并且出现了Sulfurimonas菌种，该类菌种是同步脱硫反硝化作用的主要功能菌，它们对污水中硫及氮的去除发挥了重要的作用。