论文部分内容阅读
硫自养反硝化工艺由于其稳定高效、价格低廉而被广泛用于处理水中硝酸盐,但其存在pH下降及硫酸盐产量过高等缺点。近几年硫铁矿、硫化亚铁等硫化物已被证实可作为电子供体反硝化处理硝酸盐污染地下水,但是目前还缺少各硫化物之间反硝化性能特征的对比分析研究。本研究旨在对比分析硫铁矿与硫磺、硫化亚铁之间的反硝化性能及细菌群落结构的差异,并优化硫铁矿填充柱运行条件。本研究以硫铁矿为主要研究对象,以硫磺和硫化亚铁作为对照,采用模拟硝酸盐污染地下水,进行硫自养反硝化批试验,探究硫铁矿为电子供体反硝化处理硝酸盐的优势及特征。然后,针对硫铁矿进行水洗预处理、投加量、陶粒添加等实验条件进行优化研究,进而构建以硫铁矿为电子供体的上流式反应器,研究其反硝化效果,并优化水力停留时间（HRT）等运行条件。得到的主要研究成果如下:不同电子供体的硝酸盐降解速率常数分别为18.85（硫磺）、10.20（硫铁矿）和4.95 mg·L-1·d-1（硫化亚铁）,硫铁矿的硝酸盐降解速率略低于硫磺,相比于硫化亚铁,其具有更高的硝酸盐去除能力,同时硫铁矿与硫化亚铁均具有较低的硫酸盐产量（硫铁矿:420.56 mg/L,硫化亚铁:271.80 mg/L硫磺:531.24 mg/L）;实验过程中硫铁矿体系pH稳定在7.5左右,更适宜反硝化细菌的生长繁殖。通过微生物群落结构分析发现硫铁矿系统中优势菌属是T.denitrificans和S.denitrificans,而硫磺中优势菌属是T.denitrificans,硫化亚铁中为Brevundimonas和Pseudoxanthomonas,但Pseudoxanthomonas会将亚硝酸盐还原为N2O,同时硫磺和硫化亚铁系统中存在Stenotrophomonas,这一菌种能够还原亚硝酸盐至N2O,而这两种产N2O的菌属在硫铁矿系统中仅存在极少量,因此相比于硫磺、硫化亚铁系统,硫铁矿反硝化系统在温室气体N2O排放方面更具优势。研究表明硫铁矿经水洗或添加陶粒后反硝化除氮效率均会降低,且本研究中硫铁矿最佳投加量为75 g/L。柱实验研究发现,分别以麦饭石、白云石和石英砂为辅料构建的反硝化反应器具有不同的硝酸盐还原能力。HRT由10 h延长至24 h时,麦饭石可显著提高除氮效果,硝酸盐氮去除率由54.1%升至82.3%,而白云石可有效降低出水中的硫酸盐（麦饭石:256.87 mg/L;石英砂:239.80 mg/L;白云石:185.87 mg/L）,是较理想的辅料。本研究基于实验结果的综合分析,阐明了硫铁矿反硝化体系在反硝化性能、产酸和菌群组成等方面具有明显优势,为地下水硝酸盐生物修复提供了新途径。