钒是一种战略金属,由于其优越的物理化学特性,在工业中得到了广泛的应用。全球对钒的需求不断增加,促进了大量的采矿和冶炼活动。在钒的生产过程中会产生大量的沉钒废水,包括五价钒和氨氮等。过量接触钒会引起致癌和毒性效应,包括对呼吸和循环系统的损害,且氨氮不加处理直接排放至水中,容易造成水体富营养化。近年来,利用生物修复技术控制地下水污染的研究已成为热点,而电子供体在微生物修复过程中起着关键作用。本研究首先开发了膜生物反应器,利用乙酸钠作为电子供体,实现了五价钒与氨氮的同时去除。直到最后一个阶段,五价钒和氨氮的去除率分别达到了98.3±0.4%和97.4±1.1%。水力停留时间以及初始污染物浓度等操作条件影响反应器的运行效率。分析了不同阶段反应器中微生物群落和功能菌属变化,发现反应器中均富集了Exiguobacterium和Pseudoxanthomonas等大量脱氮和重金属还原相关的菌属。随后,采用连续流动柱反应器,以元素硫为唯一电子供体对钒废水中的五价钒和氨氮进行微生物处理。当初始五价钒和氨氮浓度为10 mg/L时,五价钒的去除率为99.2±0.8%,氨氮得到了全部去除。初始五价钒浓度的增加影响了五价钒和氨氮的去除率。同时,微生物群落也发生了显著变化。反应器富集了Pseudomonas、Thiobacillus等能利用硫及其化合物生长并能进行五价钒还原的相关细菌。此外,在反应器中还发现了一些重金属还原和自养反硝化细菌,如Sulphurialea和Alishewanella。最后,采用连续流动柱反应器以硫化亚铁为唯一电子供体,进行了五价钒还原同步脱氮实验。当五价钒和氨氮的初始浓度为10 mg/L时,钒和氨氮的去除率分别高达99.5±0.5%和88.8±1.8%。当钒浓度达到100 mg/L时,氨氮去除率降低为80.2±0.9%。在反应过程中,富集了与钒还原、硝化反硝化有关的Pseudomonas和Thiobacillus等细菌。在反应器的第三阶段出现了厌氧氨氧化细菌,如SM1A02和Condidatus_Kuenenia,表明反应器中存在厌氧氨氧化反应。