[发明专利]一种耦合单质硫歧化与硫自养反硝化实现污水高效深度脱氮的方法

说明书

本发明公开了一种耦合单质硫歧化与硫自养反硝化实现污水高效深度脱氮的方法，包括以下步骤：在填充了硫填料的硫自养反硝化生物反应器中接种并富集硫歧化菌和硫氧化反硝化菌；所述硫自养反硝化反应器中，pH为6～9.5。本发明的方法，通过控制反应条件，维持硫歧化菌与硫氧化反硝化菌的共生与协作关系，使得硫自养反硝化反应器中的单质硫源源不断地通过硫歧化反应转化为Ssubgt;n/subgt;supgt;2‑/supgt;，而Ssubgt;n/subgt;supgt;2‑/supgt;作为电子媒介参与并加速硫自养反硝化过程，大幅提升单质硫的生物可利用性，在无需硫化物和碳源投加条件下构建了多硫化物介导的硫自养反硝化(PiSADN)过程，实现高效、低成本、深度脱氮。

技术领域

本发明涉及污水脱氮处理领域，特别涉及一种耦合单质硫歧化与硫自养反硝化实现污水高效深度脱氮的方法。

背景技术

单质硫由于其廉价易得、无毒无害的特点常被应用于污水处理领域。利用单质硫作为无机电子供体对贫营养含氮污水如饮用水、地下水和城市污水处理厂二级出水等进行深度脱氮是近年来研究的热点。相比以有机碳源作为电子供体的异养反硝化工艺，单质硫自养反硝化工艺(SADN)具有污泥产率低、运行成本低的优势。但是由于单质硫的溶解度低导致它的生物可利用性差，因而限制了SADN的速率而影响该工艺的广泛应用。

目前，许多研究致力于探索如何提高电子从S⁰转移到硫氧化反硝化菌用于硝酸盐还原的传递速率从而提高SADN速率。多硫化物(S_n^2-)是中性到碱性条件下由单质硫和硫化物发生化学反应生成的(方程式1)，作为水中溶解性零价硫的转移载体，它的生物可利用性远高于S⁰。S_n^2-一旦产生，可迅速被硫氧化反硝化菌利用，实现硝酸盐的快速还原(如方程式2)。因此，S_n^2-可以作为硫氧化反硝化菌和S⁰之间电子传导的媒介，加快两者之间的电子传递速率。这一通过引入多硫化物介导并加速硫自养反硝化的技术，称为PiSADN反应过程(Polysulfide-involved SADN)。

然而，多硫化物的化学品价格极为昂贵且难以长期保存，在污水处理过程直接投加并不合适。以硫化物(如硫化钠、硫氢化钠等)作为前驱体可促使S_n^2-自然形成，但硫化物的运输、使用和储存都存在安全风险。投加有机碳源是另一个实现PiSADN反应过程的方式。这是因为有机碳可以促进异养硫还原菌的活动，把单质硫或硫酸盐还原成硫化物，进而攻击单质硫合成S_n^2-，由此实现高速的PiSADN。这一方式的难点在于有机碳的量难以精准控制，过多或过少都会对反应体系造成负面影响，导致系统运行不稳定。那么，在没有额外投加硫化物和有机碳的情况下，作为加速SADN的关键电子载体的S_n^2-能否自发产生呢？

4S⁰+4H₂O→SO₄^2-+3HS-+5H⁺  (3)

单质硫歧化反应是生物地球化学硫循环过程中重要的一个环节，也经常被报道出现在多种自然环境和工程系统中，如海洋底泥、盐碱湖泊底泥、矿区土壤等，主要由硫歧化菌驱动。单质硫歧化反应是硫歧化菌把S⁰转化成硫酸根和硫化物的过程，这个反应是完全自养的过程(如方程式3)。如果能在硫自养反硝化反应器中引入硫歧化微生物，人为强化单质硫歧化反应，利用硫歧化产生的硫化物作为S_n^2-产生的前驱体，将有望在无外加碳源或硫化物的前提下，以低成本的方式显著提高SADN速率。

发明内容