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我国经济的迅猛发展离不开越来越多的工业活动,而化工、制药以及制革等工厂会产生大量含有机物、硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐等污染成分的废水,这些废水需要经过适当的处理后才可排放。目前,对于含硫含氮有机废水的处理,国内外仍主要选择分段工艺或串联工艺,对于一体式去除工艺的研究相对较少。本文采用一体式脱硫反硝化工艺,考察硫酸盐(SO42-)、亚硝酸盐(NO2-)和有机碳在厌氧升流式反应器内同步去除的效能,并研究硫、氮和碳的反应机理。首先,运用宏观和微观相结合的方式,分析水力停留时间、不同碳源以及有机碳浓度对工艺运行效能的影响,并利用高通量测序手段探讨反应体系内不同位置的微生物群落结构特征,从而明确工艺体系中SO42-与NO2-的反应途径及微生物之间的作用机理。其次,接种包含硫酸盐还原菌和反硝化菌的活性污泥进行间歇实验,探究不同的S/N、有机碳浓度、硫化物(S2-)浓度、氨氮(NH4+)浓度、亚铁离子(Fe2+)浓度和盐度等环境条件下,硫酸盐还原菌与反硝化菌相互作用机理。研究结果如下:(1)一体式硫酸盐和亚硝酸盐同步去除工艺较好地完成了 SO42-、NO2-及有机碳的同步去除,去除率分别达73.7%、99.6%和95.0%。同时,硫酸盐还原过程所生成的S2-,进一步被不完全氧化为单质硫(SO),S0生成率达到90%以上;NO2-被还原为氮气,有机碳被转化为二氧化碳。对反应器内不同位置的微生物群落结构的分析结果显示:反应器下部区域的优势功能菌属主要有脱硫化微菌属Desulfomicrobium和脱硫化弧菌属Desulfovibrio,此处主要发生硫酸盐还原反应;反应器中部区域的优势功能菌属主要有硫卵菌属Sufurovum,此处主要发生自养脱硫反硝化反应;反应器上部区域优势功能菌属主要有产碱杆菌属Alcaligenes和硫小螺体属Sulfurospirillum,此处主要发生异养反硝化反应和单质硫还原反应,而单质硫还原反应的存在证实了反应器上部有大量S0存在。此外,反应器内各处均存在具有异养反硝化作用和降解有机物作用的菌属,表明反应器内的各个区域均存在不同程度的异养反硝化反应和有机碳氧化反应。(2)在低S/N值的条件下,硫酸盐还原反应和异养反硝化反应均受到抑制,但反硝化反应表现为反应速率受到抑制,60h时NO2-才完全去除,硫酸盐还原反应则表现为去除效果受到影响,SO42-去除率低于42.28%;高浓度有机碳条件下,硫酸盐还原反应和异养反硝化反应对基质的竞争作用被弱化,因此SO42-和 NO2-的去除效果有所提升,分别为82.46%和100%;S2-对硫酸盐还原反应有抑制作用,其抑制浓度为25 mgS/L,而此浓度对异养反硝化反应却无影响;投加适量浓度的NH4+和Fe2+利于硫酸盐还原反应和异养反硝化反应的进行,当NH4+=20mgN/L和Fe2+=20mg/L时,SO42-和NO2-的去除效果最好,SO42-去除率分别达到了 87.63%和87.49%,NO2-在24h内全部去除;盐度对硫酸盐还原反应抑制作用较大,30 g/L盐度时SO42-去除率仅为46.22%,表明硫酸盐还原菌无法适应高盐环境。但在使用海水进水时硫酸盐还原反应却有所增强,主要因为在海水中存在大量常量元素和嗜盐硫酸盐还原菌,对硫酸盐还原反应起到了强化作用。所有盐度条件对反硝化反应均无影响,表明异养反硝化菌对高盐环境适应性较强。综上所述,硫酸盐还原菌和异养反硝化菌存在以下相互作用关系:1)竞争有机物基质;2)NO2-对硫酸盐还原菌抑制效果较强,应降低NO2-浓度以减轻NO2-对硫酸盐还原菌的抑制作用并削弱异养型反硝化反应的程度;3)硫酸盐还原菌耐盐性远远低于反硝化菌;4)存在具有脱硫作用的反硝化菌,能将S2-进一步氧化成SO42-。因此,一体式SO42-和NO2-同步去除工艺稳定运行的关键是降低异养反硝化反应的强度、提高硫酸盐还原菌的竞争能力,从源头上提升SO42-的降解效率,使之转化为S2-,进而促进自养型脱硫反硝化反应的进行。