生物法同步脱硫除氮的研究 毕业论文 毕业论.doc

目 录中文摘要1英文摘要21 引言3 1.1 脱氮硫杆菌的基本生长条件和脱硫除氮机理4 1.2 脱氮硫杆菌的筛选和性能研究4 1.3 脱氮硫杆菌的应用5 1.4 尚待研究的问题8 1.5 研究的意义82 材料与方法10 2.1 培养基的组成10 2.2 土样来源10 2.3 试剂10 2.4 主要仪器11 2.5 方法11 2.6 指标检测方法133 结果与分析15 3.1 硫酸根标准曲线15 3.2 硝酸盐氮校准曲线15 3.3 同一硝酸盐浓度下不同硫氮比的同步脱硫除氮效果16 3.4 最佳硫氮比下不同硝酸盐浓度的同步脱硫除氮效果22结论与展望27谢辞29参考文献30生物法同步脱硫除氮的研究摘要：在厌氧条件下从煤场附近土壤中富集出含有脱氮硫杆菌的混菌，利用该混菌进行同步脱硫除氮的研究。首先研究的是，含有脱氮硫杆菌的混菌分别使用黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O作为还原态硫来源，在相同接种量、不同硫氮比下，考察其硝酸盐氮浓度降到10mg/L的时间长短和硝酸盐氮去除率高低，时间短、去除率高则为同步脱硫除氮的最佳硫氮比。其次是，在黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O的最佳硫氮比下，使用相同的接种量，分别在不同的硝酸盐浓度下，考察其硝酸盐氮去除率高低，去除率高则为同步脱硫除氮的最佳硝酸盐浓度。试验结果表明，黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O的最佳硫氮比分别为3、3和2.5，最佳硝酸盐浓度分别为45、15和25mg/L。关键词：脱氮硫杆菌；硫氮比；反硝化；生物法；同步法Simultaneous biological nutrient removal study of desulfurizationAbstract: Thiobacillus denitrification under anaerobic conditions in the desulfurization with simultaneous physiological characteristics in addition to nitrogen, under anaerobic conditions in soil enrichment from mixed flora were selected in the S-N ratio under different pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O to restore the state of sulfur sources, the best study of its S-N ratio. N than in the best of different concentrations of nitrate pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O desulfurization in addition to the effects of nitrogen. The results showed that the concentration of nitrate under certain conditions, pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O best 3,3,2.5 N ratio, respectively. N than in the best conditions, pyrite, Na2S2O35H2O, Na2S9H2O best nitrate concentrations were 45,15,25 mg / L. From the economy and consider the test results, select synchronization desulfurization of pyrite in addition to the best of nitrogen.Key words: Thiobacillus denitrification; N ratio; denitrification; biological method; synchronization1 引言1.1 脱氮硫杆菌的基本生长条件和脱硫除氮机理脱氮硫杆菌是严格自养菌1，分布很广，只能利用无机碳源(如CO32-、HCO3-)进行生长代谢脱氮硫杆菌，可在1037，pH为4.09.5的条件下生长，最适生长温度为2830，最适pH为6.57.0。脱氮硫杆菌对高盐度环境的适应性不强，如当SO42-浓度超过250 mmolL-1时，由于总离子强度的升高其生长将受到抑制。脱氮硫杆菌属硫细菌中的硫杆菌属2，是一类自养微生物，可以氧化硫和硫化物，通过纯粹的化学作用使硫化氢转化成硫，堆积在细胞内的硫粒又被氧化变成硫酸排除体外。但是，这种细菌抵抗酸的能力不够强，所以在进行培养的时候，需要在培养基中加入碳酸钙中和其所产生的酸，否则不容易长期而成功地进行培养，其反应如下：2H2S+O22H2O+S2 (1)2H2O+S2+3O22H2SO4 (2)H2SO4+CaCO3CaSO4+CO2+H2O (3)由此可见，硫化氢是硫细菌所不可缺少的食粮，其体内所含硫粒的原料就是硫化氢。硫化氢在空气中氧化而变成硫，堆积在细胞内作为一种营养物质储藏起来，在该菌作用下，细菌又借着这种氧化作用获取所需的能量，以进行硫的同化作用，可用化学式表示为：2H2S+O22H2O+S2+126千卡(4)这类细菌不只可以进行化学合成作用，还可以进行光合作用，不但可以在自然条件下存在，还可以在纯粹嫌氧性条件下进行生命活动。当其进行光合作用时，利用太阳能，可以把硫化氢直接用作还原二氧化碳时所需的氢，如下所示:CO2+2H2S +太阳能CH2O +H2O+S2 (5)脱氮硫杆菌在无氧的条件下也可以生长，在厌氧的情况下是以硝酸盐中的氮代替分子氧作为电子的最终受体，是硝酸还原成分子氮，如以下方程式所示:5S+6KNO3+2H2SO4K2SO4+4KHSO4+3N2厌氧条件下，脱氮硫杆菌氧化硫的反硝化过程为：55S + 20CO2+ 50NO3-+ 38H2O + 4NH4+4C5H7O2N + 25N2+ 55SO42-+ 64H+由此可见，反应过程中溶液的pH将降低，每还原1g NO3-N消耗的碱度(以CaCO3计)为4.57g。脱氮硫杆菌的反硝化反应是在其体内一系列酶的催化作用下完成的，从NO3-还原为N2的过程经历了一系列连续的4步反应过程：氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶亚硝酸盐还原酶NO氧化还原酶NO3-NO2-N2ON2NO 1.2 脱氮硫杆菌的筛选和性能研究车轩等3（车轩等，2008年，）从土壤中分离到1株高活性自养反硝化菌TD，养。16 SrDNA序列分析表明：该菌株与Thiobacillus denitrificans相似性为99.85%。结合生理生化特性和16 SrDNA序列分析，确定菌株TD为脱氮硫杆菌。通过对该菌的生长特性和反硝化特性的研究表明，该菌在初始pH为6.85，32.8培养条件下脱氮效果最佳；在初始pH为6.90，29.5培养条件下生长最快。该菌生长比较缓慢，没有明显的稳定期，对数生长期阶段的反硝化能力最强，反硝化速率最快，达到了2.245 mg(Lh)-1。在培养过程中培养基pH值明显下降，较高盐度对该菌株的反硝化活性有抑制作用。该菌株的急性毒性实验结果显示，脱氮硫杆菌对健康鱼体几乎无毒，属于无毒性菌株。张忠智4（张忠智等，2005年）在脱氮硫杆菌的生态特性及其应用一文中介绍了脱氮硫杆菌的生态特性与适宜的生长条件。说明了脱氮硫杆菌在地球元素循环中的地位与作用。向浅层油藏中添加硝酸盐和磷酸盐，能够刺激其中的脱氮硫杆菌大量增殖，抑制H2S的生成，消除FeS造成的堵塞，减轻管材的腐蚀。以硫磺为电子供体，石灰石作碳源和平衡碱度，脱氮硫杆菌接种的反应器用来脱除饮用水和地下水中的硝酸盐，可获得98%以上的脱除率，但易引起SO42-和硬度超标，若将其与其它反硝化方法集成使用则可克服这一缺陷。若用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除天然气中的H2S亦能获得良好的效果。未来脱氮硫杆菌应用研究的突破，取决于研究者对菌株的选育驯化、脱氮硫杆菌代谢途径的进一步认识以及工艺条件的优化。通过遗传工程手段筛选培育耐高盐、高温及高浓度硫化物的菌株，将是未来脱氮硫杆菌应用研究的发展方向。韩笑等（韩笑等，2002年）和马艳玲等5（马艳玲等，2004年）都研究了脱氮硫杆菌的筛选及其相关性质的研究。通过从含硫的土壤中分离、驯化得到一株具有高脱硫率的脱氮硫杆菌。研究发现此菌细胞呈球杆状，单个，成对或短杆状排列，能运动。革兰氏染色为阴性，可利用硫代硫酸钠，硫酸盐作为能源，在细胞内外储存硫粒。通过正交试验确定了不同温度、pH及H2S浓度对脱氮硫杆菌生长的影响，同时研究了该菌对H2S的降解能力及生物脱硫的最佳条件。结果表明：3种因素中以pH对脱氮硫杆菌生长的影响最大。脱氮硫杆菌的最佳生长条件为温度30，pH7.0，H2S质量浓度15 mg/L，脱氮硫杆菌进行脱硫时的最适pH为7.0，最适温度为30，其脱硫产物主要是硫酸根离子，脱硫速率为91.3 mg/Ld。1.3 脱氮硫杆菌的应用1.3.1 利用脱氮硫杆菌净化H2S气体马艳玲等（马艳玲等，2004年）以海藻酸钙包埋脱氮硫杆菌，制成固定化微生物颗粒填充生物固定床，来净化低浓度H2S废气。该实验研究了温度、pH值、进气浓度及流速对反应体系中的H2S脱除率的影响，测定了生物固定床中代谢物的种类及其含量。结果表明当进气口的质量浓度低于610-5mg/L、2540、pH值在6.07.5范围时，生物固定床对废气中H2S的脱除率可达90%以上，在反应过程中pH值保持不变。进气口的流速对不同浓度的H2S的影响较大，当进气口H2S质量浓度为310-5mg/L且流速在35 L/h时，脱除率高达95%以上。H2S在生物固定床中的微生物作用下可转变成单质硫、SO32-以及SO42-。随着进气浓度的升高，单质硫成为主要代谢产物，防止了生物固定床中产生酸化现象，保证了脱硫装置的稳定性。张承中等6（张承中等，2008年）从土壤中分离筛选一株化能自养型的脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)，接种到生物滴滤塔上脱除H2S气体。结果表明：营养液的pH值为6.0、喷淋量为1.25 L/h，停留时间78 s时，系统可将低浓度H2S全部去除。H2S浓度高达2 0003 000 mg/m3，延长停留时间至156 s时，H2S气体脱除率可达到92%；缩短停留时间到39 s，脱除率也在74.5%。该菌可承受较高负荷，最大可达134 g/(m3h)。在生物滴滤塔中，利用纯菌挂膜不会出现混合微生物群同时存在生长的状况，填料内微生物数量大，由填料造成的压头损失较小，可承受较高负荷，且系统保持很高的脱臭效率。这为在工业化应用中处理高浓度的H2S气体提供了依据。贡俊等7（贡俊等，2006年）研究了在好氧反应器中不同条件下H2S生物氧化和化学氧化之间的关系。结果表明：在pH为68、温度为2535和溶解氧浓度为10.5 mgL-1时，当硫化氢进气摩尔流速稳定在2.1 mmolL-1h-1时，脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)氧化硫化氢的生物氧化速率可达到1. 9 mmolL-1h-1以上，此时硫化物在液相的累积摩尔速率和H2S出口摩尔流速均很低，化学氧化速率随pH、温度和溶解氧浓度的增加而增大，可达到0. 33 mmolL-1h-10. 45 mmolL-1h-1。化学氧化速率在最佳菌体生长条件范围内占总氧化速率的比值较小，8.619.1%，而随着pH值、温度的降低这一比值上升至29% 43.7%。1.3.2 脱氮硫杆菌对碳钢微生物腐蚀的影响汪梅芳等8（汪梅芳等，2003年）将实验室分离纯化所得的脱氮硫杆菌用于硫酸盐还原菌(简称SRB)引起的微生物腐蚀的防治。采用静态挂片、交流阻抗法(EIS)等方法，研究了Q235钢在接种SRB以及SRB和T.denitrificans共存培养基介质中的腐蚀行为，并借助扫描隧道显微镜、电子探针等表面分析手段，研究了碳钢腐蚀过程中生物膜的形貌及致密程度的变化以及生物膜中细菌的新陈代谢产物。研究结果表明：SRB的存在加速了Q235钢的腐蚀，若该体系中有T.denitrificans共存，可明显降低碳钢微生物腐蚀的程度，且共生生物膜较SRB单独存在时的生物膜更为致密，该生物膜中硫化物含量远比SRB生物膜中的含量低。1.3.3 脱氮硫杆菌在污水处理中的应用近年来，在地下水和饮用水脱硝方法中，自养反硝化工艺得到了广泛应用。该工艺是利用某些化能自养型微生物，如硫杆菌及氢细菌的特殊性质进行脱硝。刘玲花等9用脱氮硫杆菌接种，以硫磺为电子供体，石灰石作碳源和平衡碱度，利用上流式硫/石灰石滤柱去除地下水中硝酸盐。结果表明：在进水NO3-N浓度为25 mgL-1、水温为2224时，1 h左右能将源水中NO3-N去除98%，出水中NO3-N含量仅为003 mgL-1。在后处理时，以细沙滤柱滤去细菌死亡产生的生物膜，过滤后水浊度最高为1.2度，达到饮用水标准。Tian C Z等10研究发现，当硫磺和石灰石的体积比为31时，脱氮硫杆菌自养反硝化反应体系达到最佳状态。理论上每还原1mgNO3-N将产生7.54 mgSO42-，这样易导致出水中SO42-含量和硬度超标，因而其应用受到限制。为了解决这个问题，有学者提出将脱氮硫杆菌自养反硝化与其它反硝化方法集成。 LeeDong-Uk等11提出将异养与自养反硝化进行串联以降低出水硬度和SO42-浓度，根据入水中COD量及硝酸盐浓度来适当添加有机碳源，异养反硝化段产生的碱度基本能满足自养反硝化段的需要，以甲醇为外碳源，异养反硝化脱氮占水中总氮60%时，需石灰石及外加碱即可使脱氮率达到98%以上，出水中未检测到NO3和NO2-，SO42-的含量也控制在比较低的水平。氢细菌，脱氮副球菌(Paracoccus denitrifi-cans)能够以H2为电子供体进行自养反硝化，因而可将其应用于反硝化脱硝。Byjulio Ginocchio等利用氢气作为硝酸盐氮污染地下水自养生物反硝化过程的电子供体和能源进行研究，结果表明：石灰石和木炭作生物滤池填料时，获得很好的净化效果。经1 h后，将源水中20 mgL-1的硝酸盐氮完全脱除。但由于氢气易燃易爆，以其运输和储存都较麻烦；而且氢气在水中溶解度很低(常温下仅2 mgL-1左右)，故其在自养反硝化中利用率不高(仅30%50%)。这些不足限制了传统的氢自养反硝化技术在实际中的推广和应用。近年来出现的电化学供氢的地下水脱硝工艺，解决了因氢气溶解度小而利用率低的问题，其基本原理是：微电解过程中阴极产生的氢被附着于阴极面的反硝化菌所利用，从而完成对硝酸盐氮的还原。用这种方法净化硝酸盐氮污染源水时，对于进水中不同含量的硝酸盐氮可通过调节电流大小(一般在0100 mA)来达到相应的净化效果，其设施简单、安全，操作管理简便，净化费用低廉。但与异养生物反硝化法相比，这类工艺单位体积反应器的处理能力仍较小，因而其更多的应用是与其它方法进行集成。王海燕等12研究了一种电化学氢自养与硫自养集成去除水中硝酸盐的方法，硫自养段在前，氢自养段在后，脱氮硫杆菌在硫自养段产生的H+经直流电作用转变为H2供脱氮副球菌进行反硝化，硫自养段不必添加CaCO3而可使整个反应器pH维持在中性附近，在HRT为1.9 5 h ，最小电流强度相应为3 16 mA时，适当控制硫自养反硝化段的负荷，给以电化学产氢自养段适当的电流强度(3 mA)，出水NO3-N去除率可达90 %以上，NO3-N和SO42-浓度分别低于3.0 mgL-1和170 mgL-1，达到了饮用水标准，并且未检测到NO2N。黄立人将脱氮硫杆菌用于垃圾填埋场渗流污水的处理，取得了满意的效果。研究结果表明，在填充不同粒径硫磺的固定床反应器中，当HRT为5.71 h，硫磺粒径为2.85.6 mm时，NO3-N处理浓度高达400 mgL-1，处理效率接近100%。达到完全反硝化所需的最小停留时间取决于硫磺粒径以及进水硝酸盐浓度,在HRT恒定的条件下，达到完全反硝化所能处理的最高硝酸盐浓度与硫磺粒径有关。最大硝酸盐体积负荷取决于硫磺粒径，但最大表面负荷是自养反硝化过程的控制因素，与硫磺粒径无关。任延丽等13（任延丽等，2005年）在反硝化细菌处理污水的基础上，重点研究了自养反硝化细菌，特别是脱氮硫杆菌，取得了较大突破。它不需要有机物作为碳源，仅有无机盐的存在就可以完成反硝化作用。脱氮硫杆菌在把硫或硫的化合物氧化为硫酸盐的同时，将硝酸盐还原为氮气。自养反硝化细菌为污水处理开辟了一条新的捷径，相信它将具有更为广阔的应用前景。1.3.4 脱氮硫杆菌在天然气脱硫上的应用当前天然气脱硫化氢主要采用物理和化学方法，虽然处理效果较好，但成本较高且有二次污染。而微生物脱硫则具有投资省、成本低、反应条件温和、污染少等优点。该领域常用的微生物有脱氮硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans，简称T.F菌)，T.F菌需在酸性条件下进行脱硫反应。1993年，荷兰Paques与Shell公司联合开发了Shell-Paques工艺14，用脱氮硫杆菌在碱性条件下脱除气体中的硫化氢，该技术采用碱液吸收H2S，在有氧条件下运行，经过实验厂长期处理高压天然气的实验，证明该工艺运行平稳，成本低廉，占用空间小。但该工艺在高压条件操作时，由于脱硫与再生在同一反应器，补充空气时，需严格控制配氧比，否则有爆炸的可能。1.4 尚待研究的问题生物脱氮以其无污染、脱氮彻底和安全等优点被认为是目前最经济、有效、可行性高的水体除氮方法15。与异养反硝化相比，自养反硝化不需向水体引入有机物，可避免对水的再次污染。近几年对于应用脱氮硫杆菌的自养反硝化特性进行饮用水、地下水和废水脱氮的研究活跃。而将其应用于循环水养殖系统(recirculating aquaculture system，RAS)的养殖用水国内外尚无报道，这是一个亟待解决的问题。此外，菌体生长比较缓慢，对温度及盐度耐受性不够强等，限制了其应用范围。未来脱氮硫杆菌应用研究的突破，取决于研究者对菌株的选育驯化、脱氮硫杆菌代谢途径的进一步认识以及工艺条件的优化。通过遗传工程手段筛选培育耐高盐、高温及高浓度硫化物的菌株，将是未来脱氮硫杆菌应用研究的发展方向。1.5 研究的意义本实验是研究含有脱氮硫杆菌的混菌分别使用黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O作为还原态硫来源时，在相同接种量、不同硫氮比下，考察其硝酸盐氮浓度降到10mg/L的时间长短和硝酸盐氮去除率高低，进而得出同步脱硫除氮的最佳硫氮比。在黄铁矿、Na2S2O35H2O、Na2S9H2O的最佳硫氮比下，使用相同的接种量，分别在不同的硝酸盐浓度下，再次考察其硝酸盐氮浓度降到10mg/L的时间长短和硝酸盐氮去除率高低，进而确定各自的最佳硝酸盐浓度。综合硫氮比和硝酸盐浓度，确定黄铁矿的同步脱硫除氮效果最好。随着经济的发展，地下水硝酸盐污染越来越严重，控制地下水硝态氮的含量非常迫切，含有脱氮硫杆菌的混菌可以达到同步脱硫除氮的效果，不会产生二次污染。而自然界中含有脱氮硫杆菌的混菌分布广泛，富集较易，作为同步脱硫除氮的黄铁矿在自然界中含量丰富，价格便宜。所以，在地下水和饮用水脱硝方法中，应用含有脱氮硫杆菌的混菌来进行地下水的脱氮处理，是一件既环保又经济的事情。2 材料与方法2.1 培养基的组成基本培养基：Na2S2O35H2O 5.0g，K2HPO4 2.0g，KNO3 2.0g，NaHCO3 1.0 g，MgSO47H2O 0.6g，NH4Cl 0.5g，FeSO47H2O 0.01g，蒸馏水1000mL，用NaOH调pH至7.07.6。富集培养基：2基本培养基配制。2.2 土样来源取煤场附近地表约15cm下的土壤，土样表观湿润，土粒较细。 2.3 试剂95%乙醇 化学纯 合肥工业大学化学试剂厂无水乙醇 化学纯 上海振企化学试剂有限公司浓盐酸 化学纯 上海振企化学试剂有限公司 磷酸氢二钾 分析纯 鑫科股份合肥工业大学化学试剂厂氢氧化钠 分析纯 天津市大茂化学试剂厂七水合硫酸亚铁 分析纯 广东汕头市西陇化工厂硫代硫酸钠 分析纯 上海昊化化工有限公司 硫化钠 分析纯 上海邦成化工有限公司黄铁矿（FeS2） 分析纯 山东宏创实业有限公司碳酸氢钠 分析纯 北京市通广精细化工公司硝酸钾 分析纯 天津市博迪化工有限公司氢氧化铝 分析纯 天津市博迪化工有限公司氯化钠 分析纯 汕头市西陇化工厂七水合硫酸镁 分析纯 天津市福晨化学试剂厂氨水 分析纯 上海试剂三厂浓硫酸 分析纯 北京市液体化工有限公司氯化铵 分析纯 天津银利达化工有限公司2.4 主要仪器铁皮电炉 上海日用电炉厂HHS恒温水浴锅 江苏国盛实验仪器厂手提式压力蒸汽灭菌锅 上海华线医用核子仪器有限公司电子分析天平 奥毫斯国际贸易（上海）有限公司101-1型干燥箱 上海市实验仪器总厂BC/BD-191型冰柜 新飞冰箱厂BCD-195AG型冰箱 海信（北京）电器有限公司SKP-01B型电热恒温培养箱 湖北黄石市恒丰医疗器械有限公司721E型分光光度计 上海精密科学仪器有限公司2.5 方法2.5.1 菌种富集配制富集培养基300ml，分装在2个锥形瓶中，每瓶150ml。按照1g/L的要求，分别称取0.15g土样，加入锥形瓶中。石蜡液封后，置于28恒温箱中培养48h左右，待菌液浑浊度较高时，进行以下实验。且菌液每四天富集一次，保持菌种的活性。2.5.2 硫酸根标准曲线的绘制 吸取0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00ml硫酸根标准溶液（0.1mg/ml），分别至50ml比色管中，加5ml10%氯化钠溶液，加水稀释至25ml，摇匀，加3ml混匀后的铬酸钡悬浮液，摇动2min，静置5min，摇动下加1ml含钙氨水、10ml乙醇，加水稀释至刻度，摇动1min，静置10min，过滤溶液，用1cm比色皿在波长380nm处以水作对照测定吸光度，与相应的硫酸根含量绘制标准曲线。2.5.3 硝酸盐氮含量的校准曲线绘制 于一组50ml比色管中，用分度吸管分别加入硝酸盐氮标准使用液0、0.10、0.30、0.50、0.70、1.00、5.00、7.00、10.0ml（含硝酸盐氮0、0.001、0.003、0.005、0.007、0.010、0.030、0.050、0.070、0.100mg），加水至约40ml，加3ml氨水使成碱性，稀释至标线，混匀。在波长410nm处，以水为参比，以10nm0.010.10mg或30nm0.0010.01mg比色皿测量吸光度。由测得的吸光度减去零浓度管的吸光度值，分别绘制不同比色皿光度长的吸光度对硝酸盐氮含量（mg）的校准曲线。2.5.4 硝酸盐浓度一定时，不同硫氮比下的同步脱硫除氮效果2.5.4.1 以黄铁矿为还原态硫来源进行考察 在500ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，按水中硝酸盐氮浓度（100mg/l）添加硝酸钾0.3607g，分装至5个锥形瓶中，每个100ml。设置5个硫氮比梯度，即2、2.5、3、3.5、4，添加不同的黄铁矿用量，分别为37.5、46.9、56.2、65.6、75.0mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为36.4、45.5、54.5、63.6、72.7mg。接混合菌种，每个10ml。石蜡液封，测定初始值后置于28恒温箱中培养。每24h取样测定培养基中硝酸盐氮、硫酸根含量，直至硝酸盐氮低于10mg/L。2.5.4.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 在500ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，按水中硝酸盐氮浓度（100mg/l）添加硝酸钾0.3607g，分装至5个锥形瓶中，每个100ml。设置5个硫氮比梯度，即2、2.5、3、3.5、4，添加不同的Na2S2O35H2O用量，分别为77.5、96.9、116.3、135.6、155.0mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为36.4、45.5、54.5、63.6、72.7mg。接混合菌种，每个10ml。每24h取样测定水中硝酸盐氮、硫酸根含量，直到硝酸盐氮低于10mg/L。2.5.4.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 在500ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，按水中硝酸盐氮浓度（100mg/l）添加硝酸钾0.3607g，分装至5个锥形瓶中，每个100ml。设置5个硫氮比梯度，即2、2.5、3、3.5、4，添加不同的Na2S9H2O用量，分别为225.0、187.5、225.0、262.5mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为36.4、45.5、54.5、63.6mg。接混合菌种，每个10ml。每24h取样测定水中硝酸盐氮、硫酸根含量，直到硝酸盐氮低于10mg/L。2.5.5 最佳硫氮比条件下，不同硝酸盐浓度下的同步脱硫除氮效果2.5.5.1 以黄铁矿为还原态硫来源进行考察 在400ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，分装至4个锥形瓶中，每个100ml。按水中硝酸盐氮浓度（15、25、35、45mg/l）分别添加硝酸钾9.9、16.6、23.3、29.9mg，在最佳硫氮比3条件下，添加硫，分别是4.5、7.5、10.5、13.5mg，换算成黄铁矿（FeS2），分别为8.4、14.1、19.7、25.3mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为8.2、13.6、19.1、24.5mg。接混合菌种，每个10ml。每24h取样测定水中硝酸盐氮、硫酸根含量。2.5.5.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 在400ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，分装至4个锥形瓶中，每个100ml。按水中硝酸盐氮浓度（15、25、35、45mg/l）分别添加硝酸钾9.9、16.6、23.3、29.9mg，在最佳硫氮比3条件下，添加硫，分别是4.5、7.5、10.5、13.5mg，换算成Na2S2O35H2O，分别为17.4、29.1、40.7、52.3mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为8.2、13.6、19.1、24.5mg。接混合菌种，每个10ml。每24h取样测定水中硝酸盐氮、硫酸根含量。2.5.5.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 在400ml蒸馏水中按照基本培养基添加除Na2S2O35H2O和KNO3以外的其他成分，分装至4个锥形瓶中，每个100ml。按水中硝酸盐氮浓度（15、25、35、45mg/l）分别添加硝酸钾9.9、16.6、23.3、29.9mg，在最佳硫氮比2.5条件下，添加硫，分别是3.8、6.3、8.8、11.3mg，换算成Na2S9H2O，分别为28.5、47.3、66.0、84.8mg。添加适量的碳酸钙，使PH在7.07.6，按照55S32CaCO3的比例，碳酸钙用量分别为6.9、11.5、16.0、20.5mg。接混合菌种，每个10ml。每24h取样测定水中硝酸盐氮、硫酸根含量。2.6 指标检测方法2.6.1 硝酸盐氮含量的测量方法参考GB/T的酚二磺酸光度法，硝酸盐在无水情况下与酚二磺酸反应，生成硝基二磺酸酚，在碱性溶液中生成黄色化合物，该化合物可进行定量测定。具体测量步骤如下：取1ml液体置于蒸发皿中，用pH试纸检查，必要时用0.5mol/L硫酸或0.1mol/L氢氧化钠溶液调至约pH8，置水浴上蒸发至干。加1.0ml酚二磺酸，用玻璃棒研磨，使试剂与蒸发皿内残渣充分接触，静置片刻，再研磨一次，放置10min，加入约10ml水。在搅拌下加入34ml氨水，使溶液呈现最深的颜色。如有沉淀，则过滤。将溶液移入50ml比色管中，稀释至标线，混匀。于波长410nm处，选用10nm比色皿，以水为参比，测量吸光度。2.6.2 硫酸根含量的测量方法参考GB/T（推荐性国家标准）13025.8-91的光度法，此法原理是向样品溶液中加入铬酸钡悬浮液，生成硫酸钡沉淀，铬酸根离子被硫酸根离子置换出来，用分光光度法测定铬酸根的量，以此间接求出硫酸根离子的量。具体测量步骤如下：取1ml液体，加4ml蒸馏水，混匀后取1ml置于50ml比色管中，加5ml10%氯化钠溶液，加水稀释至25ml，摇匀，加3ml混匀后的铬酸钡悬浮液，摇动2min，静置5min，摇动下加1ml含钙氨水清液、10ml乙醇，加水稀释至刻度，摇动1min，静置10min，过滤溶液，用1cm比色皿在波长380nm处以水作对照测定吸光度。3 结果与分析3.1 硫酸根标准曲线 使用光度法绘制出硫酸根标准曲线，见下图3.1。图3.1 硫酸根标准曲线得回归方程为y = 1.2368x 0.0975。其中x代表光度法中于380nm下测得的吸光值，y代表硫酸根含量（mg）。3.2 硝酸盐氮校准曲线使用酚二磺酸光度法绘制出硝酸盐氮校准曲线，见下图3.2。图3.2 硝酸盐氮校准曲线得回归方程为y = 0.1397x - 0.0011。其中x代表酚二磺酸光度法中于410nm下测得的吸光值，y代表硝酸盐氮含量（mg）。3.3 同一硝酸盐浓度下不同硫氮比的同步脱硫除氮效果3.3.1 不同还原态硫来源不同硫氮比下硝酸盐氮浓度随时间变化情况3.3.1.1 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮含量变化见图3.3，都是先升高再降低。硫氮比为2时，在试验第四天浓度升至最高，达79.9mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十一天降至25.3mg/L；硫氮比为2.5时，在试验第五天浓度升至最高，达71.3mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十一天降至11.9mg/L；硫氮比为3时，在试验第三天浓度升至最高，达75.3mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十一天降至8.8mg/L，最先降至10mg/L，至此本组试验结束；硫氮比为3.5时，在试验第三天浓度升至最高，达78.4mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十一天降至21.7mg/L；硫氮比为4时，在试验第四天浓度升至最高，达73.9mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十一天降至23.3mg/L；试验结束时，按硝酸盐浓度由大到小排列，对应的硫氮比为2、4、3.5、2和2.5。图3.3 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察3.3.1.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮含量变化见图3.4，硫氮比为2时，硝酸盐氮浓度先升高再降低。硫氮比为2.5和3时，硝酸盐氮浓度先微弱减小再升高最后降低。硫氮比为3.5和4时，硝酸盐氮浓度先基本保持不变再迅速降低。硫氮比为2时，在试验第二天浓度升至最高，达28.1mg/L，在第十四天降至9.2mg/L；硫氮比为2.5时，在试验第十一天浓度升至最高，达31.0mg/L，在第十四天降至13.1mg/L；硫氮比为3时，在试验第五天浓度升至最高，达32.6mg/L，随后浓度逐渐降低，在第十三天降至0.9mg/L，降至本组中最低，至此本组试验结束；硫氮比为3.5时，在试验第五天浓度升至最高，达22.2mg/L，在第十三天降至2.3mg/L；硫氮比为4时，在试验第二天浓度升至最高，达25.2mg/L，在第十三天降至12.9mg/L；试验结束时，按硝酸盐浓度由大到小排列，对应的硫氮比为4、2、2.5、3.5和3。图3.4 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察3.3.1.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮含量变化见图3.5，硫氮比为3.5时，硝酸盐氮浓度先升高再降低，硫氮比为2、2.5和3时，硝酸盐氮浓度都缓慢降低。硫氮比为2时，试验第三天浓度升至最高，达28.4mg/L，第七天降至21.4mg/L；硫氮比为2.5时，试验第一天浓度最高，达31.0mg/L，随后浓度逐渐降低，在第七天降至8.5mg/L，最先降至10mg/L，至此本组试验结束；硫氮比为3时，在试验第三天浓度升至最高，达30.8mg/L在第七天降至15.4mg/L，；硫氮比为3.5时，在试验第四天浓度升至最高，达39.6mg/L，在第七天降至13.8mg/L。试验结束时，按硝酸盐浓度由大到小排列，对应的硫氮比为2、3、3.5和2.5。图3.5 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察3.3.2 不同还原态硫来源及不同硫氮比下的硝酸盐氮去除率3.3.2.1 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮去除率见图3.6。由图可得，硫氮比为2、2.5、3、3.5和4时的硝酸盐氮去除率分别为10.2%、21.7%、26.5%、13.8%和12.3%，以硫氮比为3时的去除率最高，且此时硝酸盐氮浓度最先降至10mg/L，故以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源时的最佳硫氮比为3。图3.6 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察3.3.2.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮去除率见图3.7。由图可得，硫氮比为2、2.5、3和3.5时的硝酸盐氮去除率分别为21.1%、21.9%、20.0%和11.9%，以硫氮比为2.5时的去除率最高。从硝酸盐氮浓度最先降至10mg/L考虑，硫氮比为3，此时硝酸盐氮去除率仅比最大值小1.9%。故以Na2S2O35H2O为还原态硫来源时的最佳硫氮比为3。图3.7 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察3.3.2.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，各硫氮比下的硝酸盐氮去除率见图3.8。由图可得，硫氮比为2、2.5、3和3.5时的硝酸盐氮去除率分别为2.8%、22.5%、11.2%和9.8%，以硫氮比为2.5时的去除率最高，且此时硝酸盐氮浓度也最先降至10mg/L，故以Na2S2O35H2O为还原态硫来源时的最佳硫氮比是2.5。图3.8 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察3.3.3 不同还原态硫来源及不同硫氮比下的硫酸根含量变化3.3.3.1 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察 此条件下，硫酸根含量变化见图3.9。从图中可以看出硫氮比为2、2.5、3.5和4时，硫酸根含量先增加再降低，接着硫酸根含量起伏变化，基本围绕着终值变化，最后终值大致回到初值附近。硫氮比为3时，硫酸根含量逐渐降低。硫酸根含量上升的可能原因是，同步脱硫除氮效果明显，还原性硫被大量氧化成硫酸根。此后降低可能是过量的硫酸根对混菌生长产生抑制作用，部分硫酸根被转化成其他形式，直至硫酸根含量降至好适合混菌生长为止。图3.9 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察3.3.3.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，硫酸根含量变化见图3.10。从图中可以看出，硫氮比为3.5和4时，硫酸根含量先基本保持不变再升高，最后降至初值附近。硫氮比为2和2.5时，硫酸根含量先保持不变再降低，最后升高至初值附近。硫氮比为3时，先升高再降低，最后升高至初值附近。硫酸根含量出现升高和降低的原因和以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察时的原因大致相同，在试验第十三天试验结果降低可能是试验误差所致。图3.10 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察3.3.3.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 此条件下，硫酸根含量变化见图3.11。从图中可以看出，各硫氮比为下硫酸根含量变化大致相同，都是先升高再降低，最后再升高，始末值大致相同。在第六天硫酸根含量再次升高，原因可能是硫酸根含量在第五天降的过低，不适合混菌生长,故硫酸根含量开始升高。图3.11 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察3.4 最佳硫氮比下不同硝酸盐浓度的同步脱硫除氮效果3.4.1 不同还原态硫来源及不同硝酸盐浓度下硝酸盐氮浓度随时间变化情况3.4.1.1 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察 在最佳硫氮比、相同接种量、不同硝酸盐浓度下，硝酸盐氮含量变化见图3.12，都是先降低再升高最后降低，中间出现升高现象，可能原因是培养基中沉淀的硝酸盐大量释放。硝酸盐浓度为15mg/L时，硝酸盐浓度初始值最高，达13.0mg/L，在第八天降至2.7mg/L，是本组中最先降至10mg/L的，至此试验结束；硝酸盐浓度为25mg/L时，硝酸盐浓度也是初始值最高，达24.7mg/L，在第八天降至21.8mg/L；硝酸盐浓度为35mg/L时，硝酸盐浓度还是初始值最高，达33.1mg/L，在第八天降至16.4mg/L；硝酸盐浓度为45mg/L时，硝酸盐浓度依然是初始值最高，达43.6mg/L，在第八天降至11.1mg/L。图3.12 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫来源进行考察3.4.1.2 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察 在最佳硫氮比、相同接种量、不同硝酸盐浓度下，硝酸盐氮含量变化见图3.13，当初始硝酸盐浓度为15、35和45mg/L时，硝酸盐氮含量先降低再升高最后降低。当初始硝酸盐浓度为25mg/L时，硝酸盐氮含量逐渐降低后趋于稳定。当初始硝酸盐浓度分别为15、25、35和45mg/L时，均是初始硝酸盐氮含量最高，分别是14.3、17.8、23.5和35.8mg/L。硝酸盐浓度为15mg/L时，第九天降至4.1mg/L，是本组中最先降至10mg/L的，也是最低的，至此试验结束；硝酸盐浓度为25mg/L时，在第九天降至9.9mg/L；硝酸盐浓度为35mg/L时，在第九天降至11.5mg/L；硝酸盐浓度为45mg/L时，在第九天降至23.9mg/L。图3.13 以Na2S2O35H2O为还原态硫来源进行考察3.4.1.3 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察 在最佳硫氮比、相同接种量、不同硝酸盐浓度下，硝酸盐氮含量变化见图3.14，当初始硝酸盐浓度为25和45mg/L时，硝酸盐氮含量先降低再升高最后降低。当初始硝酸盐浓度为15和35mg/L时，硝酸盐氮含量逐渐降低后趋于稳定。当初始硝酸盐浓度分别为15、25、35和45mg/L时，均是初始硝酸盐氮含量最高，分别是14.5、24.2、34.9和41.5mg/L。硝酸盐浓度为15mg/L时，第八天降至13.3mg/L，；硝酸盐浓度为25mg/L时，在第八天降至9.8mg/L，是本组中最先降至10mg/L的，至此试验结束；硝酸盐浓度为35mg/L时，在第八天降至23.8mg/L；硝酸盐浓度为45mg/L时，在第八天降至33.3mg/L。图3.14 以Na2S9H2O为还原态硫来源进行考察3.4.2 不同还原态硫来源及不同硝酸盐浓度下硝酸盐氮去除率变化情况3.4.2.1 以黄铁矿（FeS2）为还原态硫