网络首发||郭刚副教授：单质硫强化城市污水反硝化除磷效能研究
文摘
科学
2024-09-13 10:30
浙江
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炼油、造纸、制革等行业会排放含硫废水，其经处理后可得到较多廉价的含硫物质，其中单质硫（S0）优点众多，尤其是其兼具氧化性和还原性，能够作为良好的电子载体被硫酸盐还原菌（SRB）和硫氧化菌（SOB）利用，已应用于多种工艺中。然而，目前尚未有关于S0强化城市污水反硝化除磷工艺的报道，因此开展添加S0作为补充电子供体强化反硝化除磷效能及机理研究具有重要意义。本研究构建了一套序批式反应器，连续运行122d。实验期间，监测C、N、P、S 4种元素的转化情况及微生物群落结构、污泥特性、胞内聚合物变化情况，并选取典型周期，以综合考察S0对反硝化除磷系统的影响。本研究为单质硫在城市污水处理中的应用提供了理论参考。
郭刚，华中科技大学环境科学与工程学院副教授，博士生导师，2019年入选湖北省楚天学子，2023年获华中科技大学学术新人奖（10人/年）。国际生物过程学会（IBA）终身会员和国际水协会（IWA）会员。主要研究方向包括硫介导低碳源污/废水处理及资源化、有机固废处理及资源化。已在Environmental Science & Technology、Water Research、Bioresource Technology等环境领域权威期刊发表SCI论文50余篇。主持国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、湖北省重点研发计划、湖北省自然科学基金等项目10余项。申请发明专利10余项，获授权8项。目前担任Water Research、Bioresource Technology、Chemical Engineering Journal等期刊的审稿人。参与撰写水污染控制教科书《Biological Wastewater Treatment-principle, modelling and design》第二版中文版中强化生物除磷章节。1. 湖北省重点研发计划资助项目（2022BCA065）
2. 国家重点研发计划资助项目(2023YFC3207203）
3. 国家自然科学基金资助项目（52100040）
炼油、制革等行业排放的含硫废水，经处理后可得到较多廉价单质硫（S0）。近年来，有较多研究报道使用廉价硫源增强污水的反硝化脱氮效能，但关于硫源促进生物除磷过程的研究相对较少。因此，在进水碳源浓度为200mg/L（以COD计）时成功构建反硝化除磷系统，随后每周期向反应器中投加S0 67.5mg/L，探究其强化反硝化除磷效能的可行性。结果表明，在厌氧阶段强化还原环境下投加S0，有利于厌氧释磷，同时在缺氧阶段作为电子供体补充了电子。此外，投加S0可降低聚糖菌的相对活性，同时使得硫细菌Thiothrix相对丰度提升至18.5%～23.6%。由此，投加S0后除磷率由92.3%±9.7%提升至97.2%±1.9%，均值更高且波动更小，硝酸盐的去除量由50mg/L（以N计）提升到62mg/L（以N计）左右。炼油、造纸、制革等行业排放的含硫废水对人类健康、环境生态、污水处理设备等都会产生不利影响。研究者基于硫还原菌（Sulfur-Reducing Bacteria, SRB）和硫氧化菌（Sulfur-Oxidizing Bacteria, SOB）开发了多种处理含硫废水的工艺，例如硫酸盐还原脱碳及硫化去除重金属工艺、硫自养反硝化工艺、硫酸盐还原-硫自养反硝化-硝化整合工艺、硫代硫酸盐脱碳脱氮工艺等。近期开发的硫循环协同反硝化除磷工艺（Denitrifying Sulfur Conversion-associated Enhanced Biological Phosphorus Removal, DS-EBPR）能够协同利用SRB和SOB两种菌，以硫酸盐作为基质，实现同步去除污水中的C、N、P 3种元素。然而，我国南部的城镇污水COD（<200mg/L）和硫酸盐浓度较低，构建硫介导反硝化除磷系统的关键即是寻找补充电子供体的同时亦创造出硫细菌生存所需的环境。 含硫废水经处理后可得到较多廉价的含硫物质。其中，S0兼具氧化性和还原性，能够作为良好的电子载体被SRB和SOB利用，已应用于多种工艺中。近年来，已有研究关注硫代硫酸盐、进水碳/硫比、S0等对硫细菌和聚糖菌竞争碳源的影响。然而，目前尚未有关于S0强化反硝化除磷工艺的报道，因此开展S0作为补充电子供体以强化污水反硝化除磷效能机理研究具有重要意义。本研究构建一套序批式反应器（Sequence Batch Reactor, SBR），连续运行122d。实验期间，监测C、N、P、S 4种元素的转化情况及微生物群落结构、污泥特性、胞内聚合物变化情况，并选取典型周期，以综合考察S0对反硝化除磷系统的影响。![]()
图1 SBR反应器示意图
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图2 长期除磷效果变化
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图3 微生物群落结构分析
周淼, 周立昌, 程伯夷, 郭刚. 单质硫强化城市污水反硝化除磷效能研究[J/OL].能源环境保护: 1-10[2024-09-12].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240902.ZHOU Miao, ZHOU Lichang, CHENG Boyi, GUO Gang. Study on the efficiency of denitrification and phosphorus removal in municipal wastewater enhanced by elemental sulfur[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-10[2024-09-12].https://doi.org/10.20078/j.eep.20240902.
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编辑｜邵方嫄
审核｜金丽丽
