脱硫反硝化-厌氧氨氧化脱氮除硫机理及工艺调控对策

Biologically simultaneous removal of nitrogen and sulfur has become a research focus in wastewater treatment field at home and abroad. The denitrifying sulfide removal (DSR)-anaerobic ammonia oxidation (ANAMMOX) process,which can simultaneously remove sulfide, nitrate and ammonia in one reactor, is an innovative discovery recently in environmental field and is hopeful in realizing the low carbon -high nitrogen-sulfate containing wastewater treatment at low cost. However, up to now the crucial conditions and mechanism of DSR-ANAMMOX are still lack of necessary study. So, this research intends to explore the optimal conditions, identify the crutial bacteria, analyze the biological mechanism for DSR-ANAMMOX, and then to optimize its process performance. The results may not only be helpful for the development of new sulfur and nitrogen simultaneous removal technology then promoting a number of low carbon-high nitrogen -sulfate containing wastewater treatment; but reveal new mechanism or produce a major breakthrough in nitrogen and sulfur removal theory or technology.

废水生物同步脱氮除硫已成为国内外废水处理领域的研究热点。能够同步去除硫化物、硝酸盐和氨氮的脱硫反硝化-厌氧氨氧化反应是最近环境领域的一个新发现，有望实现对低碳高氮、含硫酸盐废水的低成本处理。但迄今为止，人们对该过程的关键条件和机理尚缺乏必要研究。本研究拟探索该过程的适宜条件、识别关键微生物、解析其微生物学机制，并在此基础上提出该工艺的优化调控策略。研究结果不仅有助于新型含硫含氮废水处理技术的研发，推动众多低碳高氮、含硫酸盐废水（如垃圾渗滤液、焦化废水等）的治理，还有可能揭示新型脱氮除硫机理或在理论或技术上产生重大突破。

本研究开展了脱硫反硝化-厌氧氨氧化耦合工艺的关键条件和机理的研究，确定了硫氮同步脱除并累积单质硫的关键因素，识别了其关键微生物，初步探索了该过程的机制，在此基础上建立了BP神经网络模型，并提出了耦合工艺高效稳定运行的调控对策。基金标注相关研究成果发表SCI论文9篇，其中一作/通讯作者8篇，其他作者1篇，申请发明专利5项，授权3项。.研究发现厌氧氨氧化代谢NO2-速率明显优于自养脱硫反硝化微生物，使得脱硫反硝化-厌氧氨氧化耦合工艺能够实现单质硫累积；耦合工艺内主要的脱硫反硝化微生物有Alishewanella 和 Thauera，主要的厌氧氨氧化微生物有Candidatus Anammoximicrobium。硫化物浓度和硫化物与硝酸盐的比例对脱硫反硝化-厌氧氨氧化耦合工艺单质硫累积至关重要。而体系内投加适当的乙酸盐能够突破硫氮比的限制，促进单质硫的高效累积。此外，苯酚和NaCl的协同胁迫能够实现脱硫反硝化过程中亚硝酸氮的高效累积。采用三层神经网络，隐含层激励函数选取正切S型函数tansig(n) ，输出层选取线性函数purelin，经过11257次迭代，建立脱硫反硝化-厌氧氨氧化工艺的BP神经网络模型，基于此采用分离权法确定各参数的影响顺序为进水S2->进水S2-/NO3--N>进水NO3--N>进水NH4+-N > HRT。