高效微氧生物脱硫耦合产甲烷的纤维状单质硫形成机制

Because sulphate reduction cause the unfavorable effects on anaerobic digestion,the study on removing sulphate from wastewater is always the hot focus in envirmental engineering. The extracellular globules sulfur produced in the traditional biological desulphurization process is a kind of fine particle, and mixed with sludge, making it difficult to separate, which is the main reason for inhibiting the desulphurization efficiency and its engineering application. The filamentous sulfur produced during oxygen-limited anaerobic process to treat sulfate containing wastewater will be indentified by SEM-EDX in simulation test, which will be combined with the relationship of competition uses of oxygen with sulfide analyzed by microelectrode in biofilms for studying the factors and forming mechanism of filamentous sulfur production. Also, the construction strategy of efficient oxygen-limited anaerobic biological desulphurization process coupling methane production based on filamentous sulfur production will be gave, by enhancing desulphurization ability of biofilms combining with optimization of key microbial community. It is an effective method for resolving the poor efficiency problem in traditional biological desulphurization process, decreasing the toxicity of sulfide during anaerobic process,has significant importance for enlarging the area of application of anaerobic digestion.

由于硫酸盐还原对厌氧处理过程有极大不利影响，厌氧消化处理中，消除硫酸盐的影响一直是一个研究热点。传统的生物脱硫过程形成的硫磺球颗粒细小，且与生物污泥混合，很难分离，这是制约生物脱硫效率和工程化应用的主要因素。本研究拟用扫描电镜结合能谱分析确认模拟试验条件下硫酸盐废水微氧消化纤维S（0）的形成, 结合微电极分析形成纤维S(0)生物膜内氧气及硫化物竞争利用关系，探讨纤维S(0)形成条件及机制；通过对连续实验条件下形成纤维S(0)生物膜脱硫能力的强化及微氧系统微生物群落结构优化调控，构建基于纤维S(0)形成的高效生物脱硫耦合甲烷产生反应系统，有效地解决制约生物脱硫效率低下的问题; 消除硫酸盐的影响,对于厌氧技术应用领域的拓展具有重要意义。

厌氧消化中，消除硫酸盐的影响一直是一个研究热点。本项目研究了纤维硫形成的微环境以及生物脱硫的影响因素。已按计划完成所有研究内容，并达到了项目计划书中的研究目标，取得如下成果：.1）采用扫描电镜结合能谱分析确认了纤维硫的形成，结合微电极分析纤维硫生物膜内部氧气以及硫的竞争利用关系。.2）构建了基于微氧曝气调节的生物脱硫耦合甲烷发酵反应体系。.3）不同OLR条件下硫酸盐废水厌氧发酵研究表明：OLR从0.417kg-COD/d.L提高到0.566kg-COD/d.L，相应的COD降解率从41%提高到60%，没有发生有机酸累积；当OLR继续提高至0.833 kg-COD/d.L时，相应的COD降解率没有太大的提高，稳定在60%左右，但是反应器开始变得不稳定，产气速率下降，有机酸开始累积，甲烷含量低于50%以下，说明反应开始受到抑制。在较低有机负荷0.417kg-COD/d.L时，厌氧发酵电子流几乎均等分配各硫酸盐还原和甲烷发酵过程，但是当有机负荷升高至0.566kg-COD/d.L以上时，70-80%的电子流分配给甲烷发酵过程。.4）利用间歇实验对不同COD/SO42-对甲烷发酵产气潜能以及物质利用特性影响的研究结果表明：发酵25天后，COD/SO42-﹥6 时，日产气速率回升，最大值达到20mL/g-TS.d，累积产气达到310.7 mL/g-TS；COD/SO42-＜3 时，由于甲烷菌受到硫酸盐还原菌基质竞争性利用抑制的影响，导致发酵过程的失败；利用修正Gompertz公式进一步动力学参数分析表明：在COD/SO42-＞6时，具有最大产甲烷速率1.52mL/h， 厌氧发酵滞后时间为25.7天，模拟参数与实验结果一致；对食品废弃物厌氧发酵酸生成相有机物分解特性分析表明：快速水解导致的酸累积是碳水化物分解应该注意的问题；水解速率常数大小关系为：碳水化合物＞COD>蛋白质，难降解颗粒态有机物占颗粒态有机物比例大小关系为：蛋白质＞ COD＞碳水化合物，表明蛋白质去除率较低是由于较低的水解速率以及难降解固体含量较高所致。