如何去除印染廢水中的碳、氮、硫

　　1 引言

　　印染廢水的主要污染特征為可生化性差、有機物含量高、色度深, 是工業(yè)廢水處理研究中被關(guān)注的重點(diǎn).隨著(zhù)含氮含硫染料和化學(xué)助劑的使用, 印染廢水也伴隨著(zhù)氮、硫的污染, 已有學(xué)者開(kāi)始重視氮的去除研究, 而硫的去除常被忽視.印染廢水中的硫主要以硫酸鹽和硫化物兩種形態(tài)存在, 《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB 4287—2012)對硫化物的排放提出了要求, 硫酸鹽本身對環(huán)境沒(méi)有危害, 但其在一定條件下能夠轉化為硫化物, 進(jìn)而危害環(huán)境.針對印染廢水特點(diǎn)及其治理研究的現狀, 本課題前期采用了“UASB(Upflow Anaerobic Sludge Blanket)-缺氧好氧-混凝沉淀”組合工藝, 以蘇州一家印染企業(yè)排放的綜合性印染廢水為處理對象進(jìn)行中試研究, 最終實(shí)現了有機物、色度、氮、硫的同步去除, 并且在對調試成功的數據分析的基礎上初步研究了各個(gè)反應器內的氮、硫轉化去除機理. UASB作為該組合工藝中的核心反應器, 對實(shí)現同步去除COD、脫氮、除硫起到了關(guān)鍵作用.因此, 本文在前期研究基礎上, 從對最佳工況條件下運行數據分析、微生物學(xué)菌種鑒定和小試3個(gè)方面, 重點(diǎn)對UASB反應器內碳、氮、硫的協(xié)同去除機理進(jìn)行研究, 以期為后續研究提供理論參考.

　　2 材料與方法

　　2.1 中試概況

　　中試在蘇州某印染廠(chǎng)進(jìn)行, 該廠(chǎng)以印染純棉纖維、滌綸、腈綸和棉混紡織物為主, 排放的是綜合性印染廢水.廢水pH為7.0~10.0, 水溫為30~40 ℃, 其它主要指標為CODCr 452~775 mg·L-1、BOD5 98~185 mg·L-1、色度400~600倍、NH4+-N 22.5~40.6 mg·L-1、TN 70.3~102.3 mg·L-1、NO3--N 1.2~1.8 mg·L-1、TP 0.3~0.5 mg·L-1、SO42- 44.7~80.3 mg·L-1、S2- 32.5~41.8 mg·L-1、SS 225~400 mg·L-1, 未檢測出NO2--N和單質(zhì)硫(S0).

　　中試裝置于2014年3月啟動(dòng)成功, 然后進(jìn)行參數優(yōu)化得出：控制UASB水力負荷0.4 m3·m-2·h-1(冬季反應器溫度低于15 ℃時(shí)降至0.3 m3·m-2·h-1), 活性污泥A反應器DO=0.5~0.8 mg·L-1, B反應器DO=0.2 mg·L-1, 接觸氧化反應器采用漸減曝氣且氣水比為12:1, 混凝劑PAC(10%)和PAM(0.1%)投加量分別為1.2 mL·L-1和0.9 mL·L-1, 絮凝30 min, 實(shí)現了C、N、S的同步去除, 出水指標達到并優(yōu)于《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》(GB4287—2012)的直接排放標準, 且連續半年運行表明, 工藝穩定.具體工藝流程如圖 1所示.

　　圖 1中試系統工藝流程圖

　　2.2 UASB反應器

　　2.2.1 中試裝置

　　UASB為目前應用廣泛的高效厭氧反應器之一, 優(yōu)于普通水解酸化池.反應器由污泥反應區、氣液固三相分離器、沉淀區和氣室組成, 具體如圖 2所示.反應器規格為2 m×2 m×5 m(長(cháng)×寬×高), 均分為4個(gè)單元, 有效容積18 m3, 三相分離器(共4個(gè))高0.8 m, 集氣罩斜面坡度60°, 沉淀區斜面高度0.4 m、坡度55°, 布水區高0.8 m, 超高0.4 m, 設計進(jìn)水流量1 m3, 即水力負荷0.25 m3·m-2·h-1.由提升泵抽取, 從底部分兩道進(jìn)水, 并采用環(huán)形均勻布水方式, 具體如圖 2中底視圖所示.接種污泥取自蘇州某污水廠(chǎng)二沉池含水率82%的剩余污泥, 接種量15 g·L-1.反應器先采用低負荷啟動(dòng), 原水經(jīng)自來(lái)水稀釋至CODCr為200 mg·L-1, 用硫酸調節pH為7.0~8.0, 以0.6 m3·h-1連續進(jìn)水, 5 d后逐步減少自來(lái)水用量, 提高進(jìn)水COD, 經(jīng)過(guò)15 d馴化, 松散污泥轉變?yōu)樾鯛钗勰?再以原水作為進(jìn)水, 以正常負荷啟動(dòng), 并逐步提高水力負荷至設計值0.25 m3·m-2·h-1, 經(jīng)過(guò)40 d培養, 形成了顆粒污泥, 粒徑為0.9~3.5 mm, 沉降性良好, MLVSS約48 g·L-1, VSS/SS為0.51, CODCr去除率為35%~41%, 即反應器啟動(dòng)成功.由于進(jìn)水水溫為30~40 ℃, 反應器內能夠達到中溫消化所需的溫度.

　　圖 2 UASB反應器示意圖(a.剖視圖, b.頂視圖, c.底視圖; 1.進(jìn)水, 2.污泥層, 3.懸浮層, 4.三相分離器, 5.沉淀區, 6.出水, 7.氣體)

　　2.2.2 小試裝置

　　小試反應器采用有機玻璃自制, 尺寸為15 cm×100 cm(直徑×高度), 外置加熱棒于水中進(jìn)行水浴加熱, 控制為中溫消化, 接種污泥取自中試UASB反應器內已培養好的顆粒污泥, 溫度控制與污泥濃度同中試UASB反應器.由于小試反應器接種污泥取自已培養好的顆粒污泥, 因此, 無(wú)需長(cháng)時(shí)間菌種培養.進(jìn)水取自中試系統進(jìn)水, 調節pH為7.0~8.0, 連續運行5 d, 出水即達到了中試UASB反應器的出水標準, 啟動(dòng)成功.

　　2.3 檢測方法2.3.1 常規指標檢測

　　COD、色度、NH4+-N、TN、TKN、NO3--N、NO2--N、S2-、SO42-、SS、TP測定按國家環(huán)�？偩职l(fā)布的《水和廢水監測分析方法》(第4版)進(jìn)行;溫度、pH采用便攜式測定儀(HACH, America, SensION1)測定;BOD5測定采用BOD快速測定儀(HACH, America, TrakTMⅡ);對于S0的測定, 有研究得出可以采用液相色譜法和分光光度法, 本文采用分光光度法.

　　2.3.2 微生物檢測

　　污泥樣品取自中試UASB反應器污泥層, 取樣后裝入無(wú)菌袋密封, 利用實(shí)時(shí)熒光定量PCR, 并委托上海歐易公司采用454高通量測序技術(shù)進(jìn)行微生物菌群鑒定, 實(shí)驗流程為：①DNA提�。菏褂肊.Z.N.A Soil DNA試劑盒(OMEGA公司)抽提基因組DNA, 并用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測抽提DNA完整性;②PCR擴增：按指定測序區域合成帶有5′454 A、B接頭-特異引物3′的融合引物, PCR儀為ABI GeneAmp9700型, 采用TransGen TransStart Fastpfu DNA Polymerase AP221-02型聚合酶, 每個(gè)樣品3個(gè)重復, 將同一樣品PCR產(chǎn)物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測, 并用AXYGEN公司的AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒切膠回收, Tris-HCl洗脫;③熒光定量：參照電泳檢測結果, 將PCR產(chǎn)物用QuantiFluorTM-ST熒光定量系統(Promega公司)進(jìn)行檢測定量, 之后按照每個(gè)樣品測序量進(jìn)行相應比例混合;EmPCR和Roche GS FLX+測序所用試劑分別為Roche GS FLX Titanium EmPCR Kits(Lib-L)和Roche GS FLX+ Sequencing Method Manual _XLR70 kit;④生物信息學(xué)分析：去除序列末端后引物和接頭序列、低質(zhì)量堿基、barcode標簽序列、前引物序列, 丟棄長(cháng)度短于200 bp、模糊堿基數>0、序列平均質(zhì)量低于25的序列, 提取非重復序列, 與Silva數據庫中已比對的核糖體序列數據庫(16S/18S, SSU)進(jìn)行比對, 并采用Mothur軟件將OTU中序列與Silva數據庫比對, 找出最相近且可信度達80%以上的種屬信息.

　　3 結果與討論

　　3.1 數據分析

　　選取優(yōu)化條件下的運行數據, 分析UASB反應器內C、N、S轉化去除機理.印染廢水中的氮多以偶氮染料和尿素助劑等有機氮(Org-N)和氨氮(NH4+-N)形式存在, 其中, Org-N占大部分.分析表 1進(jìn)水數據得出, Org-N在TN中平均占60%以上, NH4+-N占到33%左右.出水數據顯示, NH4+-N平均濃度從28.3 mg·L-1升高到了34.9 mg·L-1, 表觀(guān)產(chǎn)率在23.3%左右. NH4+-N增加說(shuō)明反應器內存在厭氧氨化反應, 使Org-N分解產(chǎn)生NH4+-N.凱氏氮(TKN)包括NH4+-N和Org-N, 結合TKN、NH4+-N進(jìn)出水數據分析可知, 80%左右的Org-N得到了去除, 其中大部分是參與了氨化反應, 因為同化作用對Org-N的減少貢獻較少.同時(shí), 出水TKN相比于進(jìn)水降低了44.1%, 說(shuō)明部分NH4+-N參與了某種反應被消耗掉, 且氨化作用NH4+-N產(chǎn)生量大于其參與反應消耗量, 最終使出水NH4+-N表現出升高的現象.TN去除率為38.5%, 說(shuō)明反應器內存在某種或某幾種氮的形態(tài)轉變且產(chǎn)生了N2氣體逸出, 致使TN損失.出水NO3--N升高約1.3 mg·L-1, 也檢測到了NO2--N, 在0.6 mg·L-1左右, 很明顯, UASB反應器內發(fā)生了NO2--N、NO3--N形態(tài)轉變.選取參數優(yōu)化試驗中HRT對UASB反應器運行影響相關(guān)數據, 進(jìn)一步分析出水NO2--N、NO3--N增量(即Δ[NO2--N]、Δ[NO3--N])隨HRT變化情況.結果發(fā)現(圖 3), 隨HRT不斷增大, Δ[NO2--N]、Δ[NO3--N]先增加后下降, Δ[NO2--N]在HRT=5 h時(shí)達到最大, 為15.2 mg·L-1, 而后下降至HRT=11 h時(shí)的0.8 mg·L-1, 而Δ[NO3--N]比Δ[NO2--N]推遲2 h取得最大值, 為12.5 mg·L-1, 而后下降至HRT=11 h時(shí)的2.1 mg·L-1.Δ[NO2--N]、Δ[NO3--N]先增加后減少的變化情況說(shuō)明UASB反應器內前期發(fā)生了硝化反應, 而后又可能發(fā)生反硝化作用, 造成NH4+-N部分消耗和TN損失, 但也不排除存在厭氧氨氧化的可能.厭氧條件下, 以NO2-為電子受體將NH4+氧化成N2的生物反應稱(chēng)為厭氧氨氧化, 反應伴隨著(zhù)NO2--N和NH4+-N的同步去除, 最終體現為T(mén)N的減少.因此, 從氮形態(tài)變化角度分析, UASB對氮去除表現為T(mén)N的損失, 損失原因可能是硝化反硝化和厭氧氨氧化的作用.

　　表 1 最佳工況下UASB反應器2015年5—7月運行數據

　　圖 3 UASB反應器出水NO2--N、NO3--N增加隨HRT變化情況

　　從硫元素數據變化看, 出水SO42-、S2-均出現下降, 去除率分別為77.5%、60.1%左右, 出水也檢測到了少量的S0, 濃度在0.5~0.9 mg·L-1.生物反應器中, SO42-下降說(shuō)明可能存在硫酸鹽還原菌的還原作用, 硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)是一類(lèi)化能異養型厭氧菌, 能夠利用廢水中有機物作為電子供體, 將硫酸鹽(SO42-)還原成硫化物(S2-).根據化學(xué)反應元素守恒定律, SO42-被還原成S2-的同時(shí)會(huì )脫出氧(O), 而脫出的O應該是參與了硝化反應和有機物的氧化降解, 從而使反應器前期出現NO2--N、NO3--N增加的現象, 同時(shí)促進(jìn)COD去除.但如果單單按照硫酸鹽還原作用來(lái)解釋, 出水S2-含量應該是增多, 這與實(shí)際出水S2-下降的現象相矛盾.進(jìn)一步分析S2-隨HRT變化情況發(fā)現(圖 4), 出水S2-增量(即Δ[S2-])隨HRT增大先是逐漸增加, HRT=5 h時(shí)增量最大, 為15.4 mg·L-1, 而后增量開(kāi)始減少, 約6.5 h時(shí)為0 mg·L-1, 此時(shí)進(jìn)出水S2-濃度相等, 當HRT=11 h時(shí), Δ[S2-]為-18.6 mg·L-1, 出水S2-下降到了進(jìn)水值的40%左右.因此, 綜合S2-、SO42-的變化情況, 猜想反應器內前期發(fā)生了硫酸鹽還原反應, 導致SO42-減少、S2-增加, 而在后期又發(fā)生了同步脫硫反硝化, 可能存在無(wú)色硫細菌, 以S2-為電子供體, 將NO2--N、NO3--N還原成N2, 同時(shí)S2-被氧化成S0, 導致S2-減少, 這也與出水檢測出S0及反應器中NO2--N、NO3--N的變化情況正好符合.出水檢測出S0的量較少, 原因為:含硫化物廢水生物處理出水中的單質(zhì)硫是由微生物體內排出的微小顆粒, 部分被污泥截留, 而另一部分以懸浮狀態(tài)存在于水中被測出;部分S2-與重金屬離子結合行成硫化物沉淀去除, 使參與同步脫硫反硝化S2-的量少.

　　圖 4 UASB反應器內S2-濃度隨HRT變化情況

　　3.2 污泥微生物菌群鑒定分析

　　通過(guò)數據分析, 認為UASB反應器內存在厭氧氨化、硝化反硝化、硫酸鹽還原、脫硫反硝化, 可能還有厭氧氨氧化.為了驗證上述猜測, 進(jìn)行微生物菌群鑒定.通過(guò)圖 5可以看出, 在門(mén)水平上主要菌群為：變形菌門(mén)(Proteobacteria)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)、厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、綠彎菌門(mén)(Chloroflexi)、浮霉菌門(mén)(Planctomycetes)、酸桿菌門(mén)(Acidobacteria)和梭桿菌門(mén)(Fusobacteria)等, 其中, Proteobacteria所占比例最大(44.2%), 其次是Bacteroidetes(24.9%)和Firmicutes(15.8%).

　　圖 5 UASB反應器污泥細菌在門(mén)水平上的類(lèi)別

　　表 2列出了在屬的水平上鑒定出的優(yōu)勢菌屬、亞硝化菌(Ammonia-Oxidizing Bacteria, AOB)和硝酸菌(Nitrite-Oxidizing Bacteria, NOB)及其豐度.對其進(jìn)行作用分類(lèi), 第一類(lèi)包括：Clostridium、Bacillus、Lactococcus、Paludibacter、Paenibacillus.其中, 梭菌屬(Clostridium)屬于厚壁菌門(mén)下的厭氧菌, 多數梭菌能將糖、蛋白質(zhì)等大分子有機物降解為酸、醇、CO2、H2和無(wú)機物.也有研究發(fā)現, 梭菌屬可以有效降解偶氮染料, 使其脫色.芽孢桿菌屬(Bacillus)屬于厚壁菌門(mén), 多為兼性厭氧化能異養菌, 具有將大分子有機物分解為低分子酸的能力.Banat等研究發(fā)現, Bacillus在厭氧條件下可以產(chǎn)生偶氮還原酶, 對偶氮染料表現出較高的脫色性能.乳球菌屬(Lactococcus)屬于厚壁菌門(mén)下兼性厭氧菌, 以碳水化合物為底物發(fā)酵產(chǎn)酸, 有研究將其判定為專(zhuān)性水解產(chǎn)酸菌.Paludibacter屬于擬桿菌門(mén), 能在中溫厭氧條件下降解多種單糖和二糖, 產(chǎn)生丙酸、乙酸和少量丁酸, 而厚壁菌門(mén)下的類(lèi)芽孢桿菌屬(Paenibacillus)也具有同樣的功能.研究顯示, UASB可以將印染廢水的B/C從0.2左右提高到0.4以上, 同時(shí)對色度能達到77.0%的去除率, 以上5種優(yōu)勢菌屬的檢出正好從微生物學(xué)角度說(shuō)明了UASB水解酸化效果好、脫色好及其對COD有較高去除率(36.4%)的原因.

　　表 2 UASB反應器優(yōu)勢菌屬及AOB、NOB及其豐度

　　第二類(lèi)包括：Desulfobulbus、Desulfovibrio.其中, 脫硫葉菌屬(Desulfobulbus)與脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)屬于變形菌門(mén)下厭氧型的硫酸鹽還原菌(SRB), 可利用乳酸、丙酮酸、乙醇等作為碳源, 將硫酸鹽還原為硫化氫.這兩種菌屬的檢出證實(shí)了反應器內存在硫酸鹽還原, 與實(shí)驗觀(guān)察到SO42-減少的現象相一致.在有較高濃度硫酸鹽存在的厭氧反應體系中, 一般多存在硫酸鹽還原菌(SRB)與產(chǎn)甲烷菌(MPB)對底物(乙酸和H2)的競爭作用, 往往由于SRB對H2和乙酸有較高的親和力而在競爭中取勝, 從而對MPB產(chǎn)生初級抑制, 同時(shí)硫酸鹽還原產(chǎn)生的H2S對MPB又會(huì )產(chǎn)生次級抑制作用.菌種鑒定未發(fā)現產(chǎn)甲烷菌屬, 說(shuō)明產(chǎn)甲烷菌受到了抑制, UASB反應器很好地停留在了水解酸化階段.

　　第三類(lèi)包括： Thiobacillus、Arcobacter.其中, 硫桿狀菌屬(Thiobacillus)屬變形菌門(mén)下的硫氧化細菌, 可將S2-氧化S0、SO42-, 其在種水平上的脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)比較特殊, 是目前研究的熱門(mén)細菌.Thiobacillus denitrificans特殊之處在于好氧和厭氧條件下皆能進(jìn)行硫氧化, 前者進(jìn)行的是單一S2-氧化, 以O2為電子受體, 可將S2-氧化成S0、SO42-, 而后者以NO3--N作為電子受體, 可將S2-氧化成S0, 同時(shí)還原NO3--N成N2, 實(shí)現的是同步脫硫反硝化.在種的水平上檢測到了Thiobacillus denitrificans, 約占Thiobacillus的82%, 說(shuō)明UASB反應器內存在同步脫氮除硫.而屬于變形菌門(mén)的弓形桿菌屬(Arcobacter)也具有脫氮除硫功能.Gevertz等在油田廢水中分離得到一株能使S2-氧化成S0、NO3-好氧成NO2-的菌株, 經(jīng)鑒定, 該菌株與Arcobacter屬微生物最為接近.

　　第四類(lèi)包括：Nitrosococcus、Nitrobacter、Thauera.其中, 亞硝化球菌屬(Nitrosococcus)能將氨(NH4+)氧化成亞硝酸鹽(NO2-), 硝化桿菌屬(Nitrobacter)將NO2-繼續氧化成硝酸鹽(NO3-).陶厄氏菌屬(Thauera)是變形菌門(mén)下的一類(lèi)革蘭氏陰性細菌, 具有反硝化能力, 它們的檢出說(shuō)明存在硝化反硝化, 解釋了NO2-和NO3-在反應器內的變化情況.同時(shí), Nitrosococcus和Nitrobacter皆是需氧型菌屬, 其檢出說(shuō)明UASB反應器內存在有氧環(huán)境, 判斷是SO42-還原脫出來(lái)的O為其生理活動(dòng)營(yíng)造了微弱的有氧環(huán)境.

　　在屬的水平上未發(fā)現目前已知5種厭氧氨氧化菌屬：Brocadia、Kuenenia、Scalindua、Jettenia、Anammoxoglobus, 故不認為存在厭氧氨氧化作用.

　　通過(guò)數據分析及菌種鑒定, 確定UASB反應器內氮、硫去除機理為硫酸鹽還原、厭氧氨化、同步脫硫反硝化、硝化反硝化, 具體可理解為：廢水中SO42-進(jìn)入UASB反應器后在厭氧狀態(tài)下由硫酸鹽還原菌還原成S2-, 同時(shí)脫出O, 脫出的O可能被硝化菌捕捉參與硝化反應, 使NH4+-N氧化分解, 造成反應前期NO2--N、NO3--N增加, 但由于氨化作用的存在, NH4+-N并未出現下降, 而后, 部分NO2--N、NO3--N在反硝化細菌作用下還原成N2, 造成反應后期NO2--N、NO3--N下降和TN去除, 部分NO3--N又與S2-發(fā)生同步脫硫反硝化, 生成N2和S0, 使TN進(jìn)一步去除及S2-減少.同時(shí), 反應器內存在多種具有水解酸化作用的優(yōu)勢菌種, 這些異養型菌對去除COD起到了很大作用.硫酸鹽還原菌與反硝化細菌也屬于異養型菌, 它們在發(fā)揮各自特有功能的同時(shí), 對COD去除也做出了一定貢獻, 或者說(shuō)促進(jìn)了COD的去除.

　　3.3 小試研究

　　菌種鑒定確定了UASB反應器內存在硫酸鹽還原、脫硫反硝化和硝化反硝化, 而硫酸鹽還原反應脫出的O可能被硝化菌及其它細菌撲捉參與硝化和有機物降解, 工藝運行中也發(fā)現, 隨著(zhù)進(jìn)水SO42-含量的波動(dòng), UASB反應器內COD、TN、S2-等指標也相應存在細微的變動(dòng), 因此, 猜測硫酸鹽還原作用影響著(zhù)硝化反硝化、脫硫反硝化及COD去除.為了試著(zhù)驗證這一猜想, 進(jìn)行了硫酸鹽含量對UASB運行影響實(shí)驗.考慮到采用中試裝置研究會(huì )存在SO42-含量不易精確控制、藥劑投加量大和研究成本高等問(wèn)題, 因此, 采用小試研究.

　　小試研究采用單因素變量法, 采用連續流進(jìn)水方式研究水力停留時(shí)間HRT=11.25 h條件下(此HRT由中試研究確定為中試工藝中UASB反應器的最佳水力停留時(shí)間)進(jìn)水SO42-濃度(即C(SO42-))對UASB反應器出水指標去除率的影響, 以及采用間歇流進(jìn)水方式研究進(jìn)水C(SO42-)對反應器內NO2--N、NO3--N和S2-指標隨反應時(shí)間變動(dòng)的影響.進(jìn)水SO42-濃度用硫酸鈉(Na2SO4)和氫氧化鈣(Ca(OH)2)調節, 分別控制為0 mg·L-1、50~150 mg·L-1, 再用鹽酸(HCl)調節pH=7.0~8.0, 其它指標不變, 其中, 用Ca(OH)2沉淀法去除進(jìn)水中SO42-是作對比研究, 結果見(jiàn)圖 6、7.

　　圖 6 HRT=11.25 h條件下進(jìn)水C(SO42-)對UASB出水指標去除率影響

　　圖 6結果顯示, 對比于C(SO42-)=0 mg·L-1的進(jìn)水條件, 當進(jìn)水C(SO42-)增到50 mg·L-1時(shí), COD、TN去除率明顯增加, 增幅分別為11.8%、5.8%, 同時(shí), SO42-去除率為72.1%, 出水也檢測到了0.5 mg·L-1的S0, 說(shuō)明在有硫酸鹽存在的條件下, 硫酸鹽還原作用影響COD和TN的去除.而在50 mg·L-1基礎上繼續增加進(jìn)水SO42-濃度, COD、TN去除率也隨之增大, 可見(jiàn)硫酸鹽還原對COD、TN去除的影響隨硫酸鹽濃度的增加而加強.

　　圖 7結果顯示, 當進(jìn)水C(SO42-)=0 mg·L-1, 反應器中NO2--N、NO3--N和S2-指標幾乎沒(méi)有變化, 而當有SO42-存在時(shí), 隨著(zhù)反應時(shí)間增加, NO2--N、NO3--N和S2-先增加后減少, 與中試運行觀(guān)測到的數據變化相一致(圖 3、圖 4), 說(shuō)明在有硫酸鹽存在的條件下, 其還原作用也影響NO2--N、NO3--N和S2-的變動(dòng).根據前期運行數據分析和菌種鑒定得知, 反應前期NO2--N、NO3--N、S2-增加是由硝化作用和硫酸鹽還原導致, 而后期NO2--N、NO3--N、S2-又出現減少是因為

　　圖 7進(jìn)水C(SO42-)對UASB反應咯呆全內NO2--N、NO3--N、S2-指標隨反應時(shí)間變動(dòng)的影響

　　反硝化和脫硫反硝化作用.仔細分析圖 7發(fā)現, 當進(jìn)水C(SO42-)≥50 mg·L-1, C(NO2--N)和C(NO3--N)要比C(S2-)推遲1~2 h出現增加, 即硝化反應滯后硫酸鹽還原1~2 h產(chǎn)生, 而當C(SO42-)=0 mg·L-1時(shí), 各指標隨反應時(shí)間無(wú)變化, 滯后現象也不存在, 說(shuō)明硫酸鹽還原是硝化反應產(chǎn)生的先前條件, 也是反硝化和脫硫反硝化的前提, 即硫酸鹽還原促使硝化反硝化和脫硫反硝化的產(chǎn)生.進(jìn)一步分析各圖中曲線(xiàn)變化速率發(fā)現, 增加C(SO42-), NO2--N、NO3--N、S2-在反應前期的增加速率與后期的減少速率也相應增加, 其中, 圖 7c更為明顯, 進(jìn)水C(SO42-)越大, 反應后期S2-濃度越低, 從而說(shuō)明硫酸鹽還原對硝化反硝化和脫硫反硝化的影響隨硫酸鹽濃度的增加而加強.

　　綜上分析, 硫酸鹽還原促使硝化反硝化和脫硫反硝化的產(chǎn)生, 其影響程度隨硫酸鹽濃度的增加而加強, 具體表現為硫酸鹽還原促進(jìn)COD、TN和S2-的去除, 與之前分析推斷相吻合, 猜想得以驗證.具體參見(jiàn)污水寶商城資料或http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結論

　　1) 采用UASB-缺氧好氧-混凝沉淀組合工藝處理印染廢水的中試研究發(fā)現, UASB反應器不僅可以解決印染廢水可生化性低、色度高的問(wèn)題, 還對廢水中的碳、氮、硫具有協(xié)同去除作用, 優(yōu)化條件下UASB可將廢水B/C從0.18~0.26提高到0.4以上, 對色度、COD、TN、SO42-、S2-平均去除率分別為77.0%、36.4%、38.5%、77.5%、60.1%.

　　2) 采用454高通量測序技術(shù)進(jìn)行菌種鑒定, 得知在UASB反應器中存在Desulfobulbus、Thiobacillus、Desulfovibrio、Arcobacter、Thauera優(yōu)勢微生物種屬, 也發(fā)現了Nitrosococcus和 Nitrobacter菌屬, 結合運行數據分析, 確定了UASB反應器內存在硫酸鹽還原、厭氧氨化、同步脫硫反硝化、硝化反硝化4種作用, 造成了碳、氮、硫的同步去除.同時(shí), 也鑒定出了具有水解酸化作用的Clostridium、Bacillus、Lactococcus、Paludibacter、Paenibacillus優(yōu)勢菌屬, 其中部分菌種對偶氮染料具有較好的脫色效果, 正好從微生物學(xué)角度解釋了UASB反應器對印染廢水水解酸化效果好、脫色率高的原因.

　　3) 進(jìn)一步結合小試研究得出, 硫酸鹽還原促使了硝化反硝化、脫硫反硝化的產(chǎn)生及促進(jìn)有機物的去除, 具體可解釋為：SO42-進(jìn)入UASB反應器由硫酸鹽還原菌還原成S2-, 同時(shí)脫出O, 正好為一些好氧型細菌的繁殖生長(cháng)提供了微弱的有氧環(huán)境(這種有氧環(huán)境可能是局部的), 如硝化細菌, 部分O被硝化菌捕捉參與硝化反應, 從而促使反硝化和脫硫反硝化的產(chǎn)生, 部分O又被其它異養型細菌捕捉參與有機物的降解.簡(jiǎn)單而言, 硫酸鹽還原促進(jìn)了COD、TN和S2-的去除, 即促進(jìn)了碳、氮、硫的協(xié)同去除.