脱氮硫杆菌同步脱硫反硝化技术的关键因素研究-王爱杰

第91卷增刊X2(抖年6月地球科学进展ADVANCRTANEIEHSCNIECESVo】.1S9uplpJnu二X2(抖文章绷号:101名16(2X(抖)增扔3刀4脱氮硫杆菌同步脱硫反硝化技术的关键因素研究·王爱杰,杜大仲,任南琪(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150(为0摘要:利用脱氮硫杆菌(跳`obacilusdenitr诉ca。)在厌氧条件具有的脱硫反峭化生理特性,捉出同步脱硫反峭化技术的思路,推导出脱氮硫杆菌(几iobacilusdein`r沙asn)氧化硫化物为单质硫的化学计童式,并通过间歇试脸考察同步脱硫反峭化技术的关健因素。试验结果表明,硫氮比(52一/No,-比值)和硫化物浓度是同步脱硫反稍化技术的关健因素,两者分别控制在5乃和低于30m岁L的水平可以获得较好的脱硫和反峭化效果,在此条件下,单质硫转化率最高达94%,且随着硫氮比的降低而升高。关扭词:脱氮硫杆菌(几iobacilusdenitr彝asn);生物脱硫;单质硫;反峭化;硫氮比中图分类号:X17文献标识码:A随着制药、食品发酵、造纸等产业的迅猛发展,排放出大富含硫酸盐和硝酸盐的有机废水,采用厌氧工艺处理后水中仍含有大童硫化物和硝酸盐,治理难度较大川。近几年发展起来的生物氧化脱硫工艺多采用无色硫细菌或光合硫细菌去除硫化物.2[3],但因负荷过低,单质硫戮附于细胞表面难以分离等问题而限制其实际工程应用[4〕,因而多数研究仍停留在实验室的小试阶段。生物脱氮最常用的方法是刀0或AZ/0工艺,工艺和操作相对复杂s[],而且经常需要额外投加有机物如甲醇以便进行异养反硝化6[],这无疑会大量增加工程运行成本。作者于203年提出了一种生物同步脱硫反硝化新技术[’],即控制适宜的生态条件,使硫化物氧化(矛一*S。)和硝酸盐还原(NO3一*N:)两过程中的电子转移达到平衡,从而实现同步脱氮除硫回收单质硫的目标。本研究以自行筛选出的3株脱氮硫杆菌(了入初baiclhadeni打诱c~)为功能菌株,利用脱氮硫杆菌在厌氧条件下能够以硫化物作为电子供体,以硝酸盐(N-os)作为电子受体的生理特性〔’J,探讨影响同步脱硫反硝化的关键因素。1试验方法1.1脱氮硫杆菌及其同步脱硫反硝化的化学计t式脱氮硫杆菌(hTiobaeillodeni:r诉ea。)归类于硫细菌中的硫杆菌属(几iobacilus),是一类以C02为碳源的化能自养微生物,通过氧化硫化物为单质硫或硫酸盐而获取能量,并可在缺氧或厌氧条件下以硝酸盐(NO至)作为电子受体进行反硝化生成氮气[,]。本研究采用的脱氮硫杆菌是课题组从厌氧活性污泥中分离纯化的稳定菌株,培养基配制采用Ke叮等提出的方法〔`0],分离后的纯菌株在28℃温度下进行扩大培养。作者利用经验公式,推导出脱氮硫杆菌同步脱硫反硝化的化学反应方程式,如下:12H`+ZNO3’+552’*NZ+55+6H20八G=一1151.38kJ/mol(l)550+6N03’+SHZo一5H2s0;+60H’+3N2△G=一1833.96kJ/mol(2)可见,生物同步脱硫反硝化反应可分为两步,第收稿日期二2X(抖{崎(旧.。`金项目:国家自然科学基金项目(编号:502080(拓)资助.作者简介:王爱杰(1972一),女,黑龙江人,副教授,主要从事环境生物技术、徽生物生态学和废水生物处理等领城的研究.E.回山:w明578@hit·曰.ucn534地球科学进展第19卷一步是硫化物被氧化为单质硫并释放出能量,反应所需的硫氮比,即硫化物(-zS)与硝酸盐(No3一)的比值为52/。第二步是单质硫被继续氧化为硫酸盐,前提是反应体系中有多余的硝酸盐。由公式(l)可知,原水的硫化物浓度、硝酸盐浓度和硫氮比必然会影响同步脱硫反硝化的效果。但是,我们提出的同步脱硫反硝化技术首要目的是将硫化物氧化为单质硫,从而彻底消除硫化物污染。因此,我们的研究需要采取有效手段将反应控制在第一步。1.2试脸设计与试脸方法1.2.1硫化物浓度影响试验由于本研究的目的是最大限度获取单质硫,故选择硝酸盐过蚤,即硫氮比(摩尔比,N/N)为5乃情况下,考察硫化物浓度对同步脱硫反硝化效果的影响。(l)固定硫氮比(摩尔比,N/N)为53/,设置5个硫化物(52一)浓度梯度,分别为lom留L、Zom岁L、30m『L、40mg/L、50m以L,用浓HCI调节pH为7.0左右。(2)离心分离培养的菌液,转速r=4以X〕转/而n,T二15而n,用生理盐水冲洗3次,去除背景值。(3)将离心后的菌体溶于不同浓度梯度的溶液中,混匀后装人lomL锥形瓶中,充人CO:驱赶尽氧气后密闭,放人摇床培养。(4)以不装人菌体的溶液作空白,每隔12h取样分析。1.2.2硫氮比(S,’2No-3比值)影响试验固定硫化物浓度(52一)为Zom岁