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随着工农业的发展与人类生活水平的提高,废水产生量不断增加。其中,许多工业废水、农业污水和城市污水中都有含硫污染物,废水排放所致的硫素污染严重威胁着人类健康和生态安全。这类废水的有效治理技术已成为环保界急需攻克的难题。研究证明,一些微生物能够以硝酸盐为电子受体将硫化物氧化成单质硫。据此,笔者提出了用废水生物处理系统中硝化段产生的硝酸盐来氧化厌氧段产生的硫化物,达到氮硫同时去除的设想,并对同步厌氧生物脱氮除硫工艺的运行性能和微生物特性进行了较为全面而深入的研究,主要结论如下：1)研发了自养型同步厌氧生物脱氮除硫工艺。该工艺启动时间较短,运行26天,硫化物和硝酸盐的容积去除率分别达到文献报道水平；该工艺容积效率较高,稳态运行时,容积硫化物去除速率和容积硝酸盐去除速率分别为3.73kg·m-3·d-1和0.80 kg·m-3.d-1；该工艺基质耐受性较好,当进水硫化物浓度高于580mg·L-1时,硫化物去除率仍可保持在90%以上；该工艺水力适应性较强,当HRT从1天缩短到0.13天时,硫化物去除率保持在99%以上,硝酸盐去除率保持在92%以上。2)优化了同步厌氧生物脱氮除硫工艺的操作条件。①揭示了不同氮素基质对工艺性能的影响。以硝酸盐作为电子受体优于亚硝酸盐。硝酸盐型脱氮除硫工艺所能耐受的最大进水硫化物浓度和硫化物去除速率均优于亚硝酸盐型脱氮除硫工艺。同步脱氮除硫污泥对电子供体的耐受性强于电子受体。以灵敏度比作为判据,同步脱氮除硫菌受硫化物的影响不显著；而受硝酸盐／亚硝酸盐的影响较大,其中受亚硝酸盐的影响更大。同步脱氮除硫污泥对亚硝酸盐的亲和力略高于硝酸盐,其半饱和常数分别为0.26±0.08 mg·L-1和0.35±0.09 mg·L-1。②揭示了硫氮比对工艺性能的影响。从高效性、稳定性及选择性方面看,单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫工艺(硫氮摩尔比为5：2)明显优于混合型和硫酸盐型(硫氮摩尔比分别为5：5和5：8)。在所试范围内,单质硫型厌氧生物同步脱氮除硫工艺效能明显高于混合型和硫酸盐型,其硫化物和硝酸盐的容积去除速率高达4.86 kg·m-3·d-1和0.99 kg·m-3·d-1。单质硫型脱氮除硫工艺稳定性好,各项出水指标的波动相对较小。将硫氮摩尔比调控在较高水平(如5：2),可提高同步厌氧生物同步脱氮除硫反应对单质硫和氮气的选择性。且在所试的3种进水硫氮摩尔比下,实际反应的硫氮摩尔比有靠拢5：2的趋势。③揭示了pH和碱度对工艺运行性能的影响。控制反应液pH在7.0±0.1范围时的容积效能高于控制进水pH时的相应值。维持反应所需的中性条件时,碱度宜控制在454.1±40.5 mg CaCO3·L-1。反应过程中的碱度变化(增量)可以指示反应器内主导反应的类型及其反应进度。单质硫型、硫酸盐型和混合型生物脱氮除硫反应的硫化物去除量与碱度减少量之比分别为2.27、2.00和5.00。④揭示了冲击负荷对工艺运行性能的影响。同步厌氧生物脱氮除硫反应器对基质浓度冲击的响应过程可分为冲击期、惯性期和恢复期。其中出水硫化物浓度对基质浓度冲击的响应较为灵敏,可用作反应器性能变化的指示参数。同步厌氧生物脱氮除硫反应器对基质浓度冲击的响应与其冲击强度有关,出水pH值及基质浓度显著升高,且各性能指标的响应强度与冲击强度呈正相关。同步厌氧生物脱氮除硫反应器对基质浓度的冲击具有良好的恢复能力,所需的恢复时间短于30 h(7.5 HRT)。3)研究了同步厌氧生物脱氮除硫工艺的微生物学特性。①考察了同步脱氮除硫反应器稳态运行时的污泥特性与微生物生态学特性。同步脱氮除硫污泥沉降性能优良。在稳态运行的同步脱氮除硫反应器中,污泥粒径在0.54-3.99 mm之间,其中62.5%污泥直径在1.67-2.83 mm范围。颗粒污泥湿密度为1.08 kg·m-3,沉降速度在56.13-171.43 m·h-1之间。同步脱氮除硫污泥结构性能优良。同步脱氮除硫颗粒污泥由污泥亚单位(菌胶团和絮体污泥)复合而成,污泥表面微生物以杆菌为主,内部微生物形态多样。同步脱氮除硫污泥生物种群丰富。运用PCR-DGGE技术分析表明,同步脱氮除硫污泥中特征性条带较多,微生物种类多样性较高,其中以变形菌门的微生物为主。②分离研究了脱氮除硫功能菌。从长期运行的脱氮除硫污泥中,分离获得了两个菌株(菌株CB和菌株CS),经形态学观察和16S rDNA序列比对,将其归入芽孢杆菌属,菌株CB与Bacillus pseudofirmus OF4最为接近,菌株CS与Bacillus hemicellulosilytus、Bacillus halodurans最为接近。首次试验证明芽孢杆菌菌株具有脱氮除硫功能,其中菌株CB对硝酸盐、硫化物的转化能力及亲和力大于菌株CS。经Biolog板检测,菌株CB的基质多样性不明显,菌株CS则可利用Biolog板中多种碳源。