（环境科学专业论文）碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制研究.pdf

碱度和碳源 对硫酸盐废水处理效能的影响及机制研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 沙汐p 甲 当描 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 ( 逵! 麴遗查基丝盂蔓挂别直明的! 查拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：2 接叉签字日期：如c 。年月夕日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：涉是 导师签字： 气硼毛 签字日期：二。年6 月，7 日 签字日期：知f 一年6 月f 男日 2 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制研究 摘要 高浓度硫酸盐废水的排放引起了严重的生态问题。为此，各国对这类废水 的最高排放浓度均有严格的限定，硫酸盐废水的生物处理技术便应运而生。厌氧 折流板反应器( a b r ) 综合了单相厌氧反应器和两相厌氧反应器的优点，对于低、 中、高浓度的有机废水均能达到较好的处理效果。鉴于此，本研究应用a b r 探 讨碱度和碳源对硫酸盐还原效率的影响，并利用变性梯度凝胶电泳技术( d g g e 】 解析进水碱度和碳源改变时微生物群落的响应特征。 采用不同的碱度调控方式考察进水碱度对硫酸盐还原效率及微生物群落动 态的影响。结果表明，在不调整进水碱度的启动反应器期( 碱度约5 0 0 r a g l ) ，硫 酸盐去除效率逐渐由1 0 提高到2 5 ；当将进水碱度提高至1 0 0 0 m g l 时，硫酸 盐去除率升至7 0 以上；当将进水碱度进一步提高至2 0 0 0 m g l 时，硫酸盐去除 率也相应提高到8 5 。可见，在进水中投加碱度能够有效的提高反应器中硫酸盐 的去除效率。d g g e 表明，随着进水碱度的变化，反应器内功能微生物群落结构 也随之发生着较大变化。在反应器运行末期，群落中的优势种群主要包括 v e i l l o n e l l as p s101 、c a n d i d a t u sp e l a g i b a c t e ru b i q u e 、d e s u l f o m i c r o b i u mb a c u l a t u m 、 d e s u l f o v i b r i os p h 1 和d e s u l f o m i c r o b i u mb a c u l a t u m ，反应器功能证实这些功能微 生物的富集能够在较高的碱度下快速高效还原硫酸盐。其中常驻种群主要包括 a l k a l i f l e x u s i m s h e n e t s k i i 、t h a u e r a t e r p e n i c a 、s u l f u r i c u r v u mk u j i e n s e 和 d e s u l f o m i c r o b i u mn o r v e g i c u m 等，这些种群在反应器运行的整个过程一直存在， 碱度的调整未见对其有显著影响。 通过以乙酸逐步置换进水中乳酸的方式，探讨乙酸对硫酸盐还原过程以及微 生物群落动态的影响。以乳酸为碳源时，反应器运行稳定，硫酸盐去除率达到 8 0 。当将进水中乳酸碳源中7 5 ( 以c o d 计) 置换为乙酸后，硫酸盐去除率立 即降至2 0 左右；当全部碳源为乙酸时，硫酸盐去除效率虽有提高，但一直维持 在3 0 左右。可见，碳源的转换对硫酸盐去除率影响比较明显，乙酸不利于硫酸 盐还原过程，但通过长期驯化，可使去除率有所提高。d g g e 分析发现，随着进 水中碳源的变化，反应器内功能微生物随之发生变化，在投加乙酸后出现某些特 异种群，主要包括d e s u l f o m i c r o b i u me s c a m b i e n s e 、b a c i l l u sg i n s e n g i h u m i 和 a r c o b a c t e rb u t z l e r i 。特异种群的出现可能是由于乙酸的投加，刺激了某些微生物 的富集。在反应器运行末期，种群s p i r o c h a e t e sb a c t e r i u ms a 8 得以富集，说明 该种群可能能够以乙酸为底物还原硫酸盐。而在反应器运行的整个时期，有些种 群，如c l o a c i b a c t e r i u mn o r m a n e n s e 、a r c o b a c t e rc i b a r i u s 、d e s u l f o v i b r i oi n t e s t i n a l i s 和p r o p i o n i c i c e l l as u p e r f u n d i a 条带一直存在，变化不明显。 该研究表明，硫酸盐还原菌( s r b ) 在高碱度下( 2 0 0 0 r a g l ) 能够更有效地还原 硫酸盐，表现出较为稳定的群落结构模式；乙酸碳源不利于硫酸盐的还原，利用 乙酸还原硫酸盐的完全氧化型s r b 较难富集。 关键词：碱度；碳源；硫酸盐还原菌；群落动态 2 t h ep e r f o r m a n c eo fs u l f a t ew a s t e w a t e rt r e a t m e n t a n dm e c h a n i s mo nt h ei m p a c to fa l k a l i n i t ya n dc a r b o ns o u r c e a b s t r a c t t h ed r a i n a g eo fh i g hs u l f a t ew a s t ew a t e rr e s u l t e di ns e r i o u se c o l o g i c a lp r o b l e m s t h e r e o f r e ，a l ln a t i o n si nt h ew o r l dh a v ep r o m u l g a t e ds t r i c tl a w st of o r b i dh i g hs u l f a t e w a s t ew a t e rd r a i n i n g a tt h es a m et i m e ，s u l f a t ew a s t ew a t e rb i o t r e a t m e n tt e c h n i q u e w a sb o r n b e c a u s et h ea n a e r o b i cb a f f l er e a c t o r ( a b r ) h a ss y n t h e s i z e dt h ea d v a n c e m e n t so f s i n g l e - p h a s ea n a e r o b i cr e a c t o ra n dt w o - s t a g ea n a e r o b i cr e a c t o r i ts h o w st h a tt h e t r e a t m e n to fl o w ，c e n t e ra n dh i g hc o n c e n t r a t e do r g a n i cw a s t ew a t e rc a na c h i e v eb e t t e r e f f e c t a st h eu n i q u es t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i ca n dt h ep r o c e s s i n gc a p a c i t yo fa b r ，i t h a sr e c e i v e dm a n ys c h o l a r s f o c u s i n ga t t e n t i o no n ，i nv i e wo ft h ef a c tt h a tc a r r i e do n a ne x p e r i m e n tt od e a lw i t ht h ec o n t a i n i n gs u l f a t eo r g a n i cw a s t e w a t e rw i t ha b r i nt h i sw o r k , t h eo p e r a t i o ne f f e c t i v e n e s so fa c i d o g e n i cs u l f a t e - r e d u c i n gr e a c t o r a e f f e c t e db yt h es u l f a t ea n da l k a l i n i t yw a ss t u d i e da n dd i s c u s s e d t h em i c r o o r g a n i s m c o m m u n i t yd y n a m i c si n f l u e n c e db yt h ea l k a l i n i t ya n ds u l f a t ew a sa n a l y s e d 、历mt h e h e l po ft h ep c r - d g g e a tt h es a m et i m e ，t h eo p e r a t i o ne f f e c t i v e n e s so fs u l f a t e r e d u c i n gr e a c t o ra n dt h em i c r o - o g r a n i s mc o m m u n i t yd y n a m i c sr e a c t e db yt h ec a r b o n r e s o u r c e sw a ss t u d i e da sr e g a r d st h ec o m p l e t eo x i d a t i v es u l a r e - r e d u c i n g d u r i n gs t u d y i n gt h ee f f e c to ft h ea l k a l i n i t y , c h o o s e dt h el a c t i ca c i da sc a r b o n r e s o u r c e ，t om a i n t a i nt h ei n f l u e n tc o d4 0 0 0 m g l ，s o d i u m ( s 0 4 2 - ) a se l e c t r o na c c c p t o r , s 0 4 c o n c e n t r a t i o nw a sm a i n t a i n e da t2 0 0 0 m g l ，s oc o d s 0 4 2 w e r em a i n t a i n e da t 2 ：1 d u r i n gt h ef i r s tp h a s e ，t h er e a c t o rh a ss t a r t e du pf o r4 3d a y s ，a l k a l i n i t yi sa b o u t 5 0 0 m g l t h er e m o v e de f f e c t i v e n e s so fs u l f a t ew a so n l y10 t o2 5 ：d u r i n gt h e s e c o n dp h a s e ，t h er e a c t o rh a ss t a r t e du pf o r3 5d a y s ，a l k a l i n i t yi sa b o u tl0 0 0 m g l t h er e m o v e de f f e c t i v e n e s so fs u l f a t ew a so v e rt o7 0 ；d u r i n gt h et h i r dp h a s e ，t h e r e a c t o rh a ss t a r t e du pf o r4 3d a y s a l k a l i n i t yi sa b o u t2 0 0 0 m g l t h er e m o v e d e f f e c t i v e n e s so fs u l f a t ew a su pt o8 5 t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：t h ei n c r e a s eo f a l k a l i n i t yc o u l de f f e c t i v e l yi m p r o v et h er e m o v a lr a t eo fs u l f a t e t h e r ei sab i gc h a n g e 1 i nm i c r o b i a la st h ea l k a l i n i t yo ft h ec h a n g i n gf u n c t i o no ft h er e a c t o r , t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：i nt h el a t eo ft h er e a c t o r , t h ed o m i n a n ts p e c i e sw a sv e i l l o n e l l as p s10 1 、 c a n d i d a t u sp e l a g i b a c t e ru b i q u e 、d e s u l f o m i c r o b i u mb a c u l a t u m 、d e s u l f o v i b r i os p h 1 、d e s u l f o m i c r o b i u mb a c u l a t u m t h ee n r i c h m e n to ft h e s em i c r o b e sc a ne f f e c t i v e r e s t o r et h es u l f a t ea th i g h e ra l k a l i n i t y i nw h i c ht h ep e r m a n e n tp o p u l a t i o n sw a s a l k a l i f l e x u s i m s h e n e t s m i 、t h a u e r a t e r p e n i c a 、s u l f u r i c u r v u mk u j i e n s e 、 d e s u l f o m i c r o b i u mn o r v e g i c u m a l k a l i n i t ya d j u s t m e n th a dl i t t l ee f f e c to ni t i no r d e rt od i s c u s st h ei n f l u e n c eo ft h ea c e t i ca c i dt ot h es u l f a t ei nr e d u c i n g p r o c e s sa sw e l la st h ec o r r e s p o n d i n gc o m m u n i t yd y n a m i c s ，t h er e a c t o ri ss t a b l ew h e n l a c t a t ea st h ec a r b o ns o u r c e ，r e m o v e de f f e c t i v e n e s so fs u l f a t ew a su pt o8 0 w h e n a d d i n ga c i d ，t h es u l f a t er e m o v a lr a t ew a st o10 i n s t a n t l y , t h e ng r a d u a l l yi n c r e a s e dt o 3 0 t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta d d i n ga c e t i ca c i dt ot h er e a c t o rc a ng e n e r a t es i g n i f i c a n t f l u c t u a t i o n s i no p e r a t i n gt h er e a c t o r t e c h n i c a la n a l y s i sb yp c r d g g em i c r o b i a l c o m m u n i t yd y n a m i c sf o u n dt h a tt h ef u n c t i o n a lm i c r o b i a lc h a n g e da st h ec a r b o n s o u r c e c h a n g e s s p e c i f i cs p e c i e s ( d e s u l f o m i c r o b i u me s c a m b i e n s e 、b a c i l l u s g i n s e n g i h u m i 、a r c o b a c t e rb u t z l e r i ) o c c u r r e dw h e na d d e da c e t i ca c i dt ot h er e a c t o r i n t h el a t eo ft h er e a c t o ro p e r a t i o n ，t h es p e c i e s p i r o c h a e t e sb a c t e r i u ms a 8w a se n r i c h e d r e s u l t ss h o w st h a tt h ep o p u l a t i o nm a yb ea b l et ou s ea c e t i ca c i da ss u b s t r a t et or e s t o r e t h ea c i ds u l f a t ew a s t e w a t e r r e s i d e n t s p e c i e sw a sc l o a c i b a c t e r i u mn o r m a n e n s e 、 a r c o b a c t e rc i b a r i u s 、d e s u l f o v i b r i oi n t e s t i n a l i s 、p r o p i o n i c i c e l l as u p e 咖n d i a t h e ya l l b e l o n g s t oa n a e r o b i c m i c r o o r g a n i s m s w h i c h p r e s e n t i nv a r i o u sa n a e r o b i c e n v i r o n m e n t s ，s o m es p e c i e sc a nt a k ea d v a n t a g eo faw i d er a n g eo fs u b s t r a t et o f e r m e n t a t i o na c i d k e yw o r d s ：a l k a l i n i t y ；c a r b o ns o u r c e ；s u l f a t e r e d u c i n gb a c t e r i a ；c o m m u n i t y d y n a m i c s 2 目录 第1 章综述1 1 1 课题背景1 1 2 硫酸盐有机废水的生物处理1 1 2 1 单项厌氧工艺2 1 2 2 生物膜法工艺3 1 2 3 两相厌氧工艺。3 1 2 4 两相厌氧工艺+ 生物脱硫4 1 2 5 厌氧折流板反应器( a b r ) 5 1 3 影响硫酸盐还原过程的生态因子分析7 1 3 1p h 值7 1 3 2 温度8 1 3 3 碱度8 1 3 4 硫化物9 1 3 5 溶解氧lo 1 3 6 碳硫比1 1 1 3 7 氧化还原电位1 2 1 4 微生物分子生态学技术及其应用。1 2 1 4 11 6 sr d n a 序列分析1 3 1 4 2 变性温度梯度胶电泳( d t g g e ) 13 1 4 3 单链构象多态性1 4 1 4 4 末端限制性片段长度多态性1 4 1 4 5 荧光原位杂交15 1 5 课题的来源及研究内容l5 1 5 1 课题资助来源1 5 1 5 2 课题的目的及意义15 1 5 3 研究内容l5 第2 章材料与方法17 2 1a b r 废水处理系统的试验方法1 7 2 1 1 试验装置17 2 1 2 种泥1 7 2 1 3 反应器进水成分1 7 2 2 监测方法18 2 2 1 废水指标分析方法“1 8 2 3 微生物群落的分子生物学分析方法2 1 2 3 1 分子生物学分析方案2 1 2 3 2 活性污泥的采集2 1 2 3 3 基因组d n a 的提取2 2 2 3 4p c r 扩增2 2 2 3 5d g g e 分析。2 3 2 3 6p c r 产物回收与纯化2 3 2 3 7 连接2 4 2 3 8 转化2 4 2 3 9 测序及分析2 5 第3 章碱度对硫酸盐还原效率及微生物群落动态的影响2 6 3 1 碱度的组成及影响因素2 6 3 1 1 碱度的组成2 6 3 1 2 碱度组成的影响因素2 6 3 2 碱度对硫酸盐还原效率的影响2 7 3 2 1 反应器运行过程中进水的碱度控制2 7 。3 2 2 碱度对p h 值的影响2 8 3 2 3 碱度变化对硫酸盐去除率的影响2 8 3 2 4 碱度变化对a 的影响3 0 3 2 5 碱度变化对o r p 的影响31 3 3 碱度变化对功能微生物的影响3 2 3 3 1d g g e 解析碱度引起的微生物群落动态一3 2 2 3 3 2d g g e 条带测序分析3 5 3 4 本章小结3 7 第4 章碳源对硫酸盐还原效率及微生物群落的影响3 9 4 1 进水碳源变化对硫酸盐还原效率的影响4 0 4 1 1 乳酸为碳源反应器的启动及运行4 0 4 1 2 以乳酸和乙酸为碳源反应器的运行4 1 4 1 3 以乙酸为碳源反应器的运行4 l 4 2 进水碳源变化对微生物群落动态的影响4 2 4 2 1 以乳酸为碳源群落动态的变化4 3 4 2 2 以乳酸和乙酸为混合碳源群落的动态变化4 5 4 2 3 以乙酸为碳源群落的动态变化4 5 4 3 本章小结4 5 3 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 第1 章综述 1 1 课题背景 近几年硫酸盐废水的污染日趋严重。产生硫酸盐废水的行业很广，如化工、 制药、制革、造纸、发酵、食品加工和采矿等领域在生产过程中排放出大量高浓 度硫酸盐工业废水，并且硫酸盐废水有污染面积大，潜伏周期长，难以治理的特 点。此外，硫酸盐废水还间接的污染大气，s 0 4 2 - 在微生物的生物还原作用下生 成h 2 s ，从液相逃逸到大气中，成为大气中二氧化硫污染的来源之一。因此，硫 酸盐废水的去除具有重要的社会意义。如今，在我国大力提倡可持续发展战略的 大背景下，这一领域的研究显得更加迫切。 人们对硫酸盐废水的研究由来已久，许多专家学者从化学、物化、生物等领 域寻找其处理方法。迄今为止，从研究成果来看，生物法的优势是很明显的。它 不仅具有成本低，能耗少，无污染等优点，还可以通过生物学手段不断的驯化和 强化功能细菌，提高处理效率。因此，生物法逐渐成为实际处理工艺的首选。 随着工业的飞速发展，硫酸盐废水的排放量越来越大，尤其是无机性硫酸盐 废水，由于其有机物含量低，含多种重金属离子，不利于微生物的生长，给硫酸 盐生物处理提出了新的要求。另一些硫酸盐废水同时含有氮、磷等元素，成份较 为复杂，以往的处理方法逐渐不能满足处理要求。故此，硫酸盐废水的生物处理 工艺又受到专家和学者普遍的重视。 从2 0 世纪8 0 年代起，人们又开发了许多硫酸盐废水处理的新工艺形式；对 硫酸盐还原反应器内部，从微生物生态学的高度进行了探讨，许多工艺控制参数 都是反应器微生态系统的生态因子，对生态因子的影响作了大量的研究；许多新 开发的研究手段也应用到了这一领域，如分子生物学，生物遗传学等，为进一步 揭示硫酸盐还原的本质规律提供了可能。 当前，硫酸盐废水生物处理相关的研究成果主要集中在三个领域，即生物脱 硫新工艺；生物脱硫系统的影响因子；生物脱硫工艺系统中微生物的生态学特征。 1 2 硫酸盐有机废水的生物处理 厌氧生物处理工艺是治理高浓度硫酸盐废水常用的技术，近年来在此基础上 开发出针对硫酸盐有机废水的不同工艺形式，并从工艺运行和机理等方面取得了 很多研究成果。这里分别做以简要介绍。 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 1 2 1 单项厌氧工艺 2 0 世纪8 0 年代国际上通常采用单相厌氧反应器处理硫酸盐废水。在单相厌 氧反应器中，由于硫酸盐还原菌( s r b ) 对产甲烷菌( m p b ) 存在初级抑制和次级抑 制作用【l 】，往往使反应器运转不正常甚至运转失败。解决此问题的有效途径之一 是将硫酸盐还原所产生的h 2 s 及时地通过气相排除出去，因此开发出单相吹脱 工艺。另一个方法是将产生的硫化氢通过生物氧化或化学氧化转变为单质硫，从 而消除硫污染。 1 2 1 1 单项吹脱工艺 单相吹脱工艺是在单相厌氧处理系统中安装惰性气体吹脱装置，将硫化氢不 断地从反应器中吹脱掉，以减轻其对m p b 和其它厌氧菌的抑制作用，从而改善 反应器的运行性能。分为内部吹脱装置和外部吹脱装置两大类型。吹脱气体一般 采用较稳定的n 2 气或沼气。 i s a 2 】在研究高负荷连续运行的厌氧滤池处理含硫酸盐废水的实验发现，硫酸 盐浓度达至l j s 0 0 0 m g l 时，对产甲烷菌没有抑制作用。f a n g 3 1 利用u a s b 处理硫酸 盐有机废水，进水c o d 为5 0 0 0 m g l ，硫酸盐浓度为6 0 0 0 m g l ，c o d 去除率在9 8 以上；当进水c o d 不变，硫酸盐浓度升至7 5 0 0 m g l 时，c o d 去除率降为3 2 。 缪应祺等【4 采用厌氧序批式反应器( a s b r ) 处理高浓度硫酸盐废水，取得了较 好的效果。模拟废水和实际钛白粉废水的实验结果表明，硫酸盐的去除率分别达 到9 2 1 和8 3 5 。c o d s 0 4 2 - 对硫酸根离子去除率有较大影响，c o d s 0 4 2 在2 3 时效果最佳。该工艺的特点是采用了气循环与水循环并用的方法，以防止硫化氢 气体对硫酸盐还原菌( s r b ) 的毒害，同时起搅拌作用。 上述研究表明，采用高效厌氧反应器处理高浓度硫酸盐有机废水，虽然反应 器运行较为稳定，但有机负荷不高，并未真正发挥厌氧处理技术的优势。有人采 用内部吹脱或外部吹脱方法减少了硫化物( s 2 ) 对m p b 的毒害，但这一方法没有彻 底地克服硫酸盐还原作用对m p b 的抑制作用，而且维持吹脱装置正常有效地工 作也具有一定难度。 总体上看，采用单相厌氧工艺处理高浓度硫酸盐废水时，不但存在硫酸盐还 原茵与产甲烷菌之间产生基质竞争的问题，而且存在硫酸盐还原菌将硫酸盐还原 时产生的硫化氢造成对产甲烷菌的毒性作用【5 】o 1 2 1 2 硫酸盐还原与硫化物生物氧化联用工艺 2 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 b u i s m a n 等1 6 提出一种厌氧工艺，利用s r b 将硫酸盐还原为硫化物，同时利 用光合细菌将硫化物氧化为单质硫。k o b a y a s h i 等人【7 】用厌氧光合菌实现了由硫 化物到单质硫的转化。m a r e e 8 】通过在厌氧反应器培养光合菌来处理高浓度硫酸 盐废水，在厌氧滤池中成功地实现了硫酸盐_ 硫化物_ 硫的转化。当废水的c o d 为3 0 0 0 m g l ，s 0 4 2 为2 5 0 0 m g l ，反应器的水力停留时间( h y d r a u l i cr e t e n t i o n t i m e ，h r t ) 为1 2 h 时，硫酸盐还原率达9 0 左右，c o d 去除率达7 0 。 这种方法在处理硫酸盐废水方面虽有一定的效果，但需要在反应器内部提供 光照，要消耗辐射能，这在经济上有严重的缺点0 1 。另外，有关光合细菌法处 理硫酸盐废水的研究大都处在小试阶段，在工程实践中应用的可能性不大。 1 2 2 生物膜法工艺 r e n z e 】指出，由于s r b 的世代时间通常大于h r t ，故采用生物膜工艺处 理硫酸盐废水较有优势。填充有载体介质( 如白云石) 的生物膜反应器比完全混合 生物反应器更适用于工业。但是，固定载体、固定生物膜反应器的主要缺点是在 反应器内容易形成孔隙通道，载体易被硫化物沉淀所阻滞。m a r e e 等1 2 郴1 认为， 这一问题可通过采用周期性地急剧提高回流速度来解决。另一方法是采用流动载 体。v l a d i s l a v 和s a v a 1 4 】以铁屑作为生物膜的载体，对填充床和流动床生物反应 器进行了小试研究。结果表明，流动床生物反应器中s 0 4 2 的最大还原能力 ( 7 9 7 k g m 3 d ) 比填充床( 3 4 5 k g m 3 - d ) 高两倍。j u l ( 1 ( a 【1 5 】在u a s b ( 升流式厌氧污泥床 反应器) 中以乙醇作为碳源，考察s 0 4 2 。还原情况。结果表明，当s 0 4 2 负荷率为 6 0 k g m 3 d ，h r t 为o 5 0 8 5 d ，进水8 0 4 2 。浓度为8 4 0 5 0 0 0 m g l 时，s 0 4 2 去除率 达到8 0 。大多数研究者认为采用具有出水回流的上向流填充床反应器为宜，采 用出水回流的上向流填充床反应器可以实现进水和反应器内液体的完全混合。 1 2 3 两相厌氧工艺 两相厌氧工艺是根据参与酸性发酵和甲烷发酵的微生物不同，分别在两个反 应器内完成产酸发酵和产甲烷两个过程。r e i s e 等【16 】通过实验证明了在酸性条件 下，产酸作用和硫酸盐还原作用可以同时进行，这就促使人们利用产酸相将硫酸 盐还原，然后去除硫酸盐还原产物s 玉，从而减轻或避免硫酸盐还原作用对产甲 烷过程的影响。 将硫酸盐还原作用控制在产酸相中完成，具有以下优点：( 1 ) 硫酸盐还原菌 3 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 可利用的基质范围较广，在一定程度上促进了有机物的产酸分解过程。( 2 ) 由于 产酸相处于弱酸状态，此时硫酸盐还原产物大部分以h 2 s 形态存在，这更便于吹 脱。( 3 ) 由于硫酸盐还原作用是在产酸阶段进行的，经过吹脱和其他处理，出水 再进入产甲烷相，对产甲烷菌的抑制作用减小，有利于c o d 的去除率和甲烷产 量的提高以及沼气的回收利用。 冀滨弘等【1 7 】通过对产甲烷菌与硫酸盐还原菌的竞争机制、硫酸盐还原产物 的影响以及反应器运行性能等方面的研究，认为单相u a s b 和复合式厌氧反应器 处理硫酸盐有机废水是可行的，只是c o d 去除率较无硫酸盐有机废水的低。厌 氧滤池作为两相厌氧工艺中的硫酸盐还原相反应器是可行的。 刘广民等【l8 】采用连续流搅拌槽式反应器处理硫酸盐废水，2 0 d 反应器即启动 成功。研究结果表明，不调节进水碱度时反应系统可在p h 值为5 4 5 7 内运行，但 抗酸度冲击能力较差；调节进水碱度时系统可在p h 值为6 2 7 0 间稳定运行，抗酸 度冲击能力较强。c o d s 0 4 2 。大于2 7 时反应系统属于电子受体限制型体系， c o d s 0 4 2 小于2 7 时属于电子供体限制型体系，增加电子受体限制型系统中的硫 酸盐浓度和增加电子供体限制型系统中的c o d 浓度都可提高系统的还原效能。 王爱杰等【l9 】采用c s t r ( 连续搅拌反应器) 型产酸脱硫反应器作为两相厌氧工 艺系统的产酸相处理高浓度含硫酸盐废水，进水c o d 浓度为3 0 0 0 4 0 0 0 m g l ， s 0 4 2 。浓度为1 0 0 0 2 0 0 0 m g l ，s 0 4 2 负荷率低于7 5 k g m 3 - d ，h r t 为4 8 6 o h ，p h 为6 0 6 2 时，s 0 4 2 - 的还原率可达9 0 一1 0 0 两相厌氧工艺虽然将产酸相和产甲烷相分开了，但是在产酸硫酸盐还原相 中，还原产物s 2 对s r b 有反馈抑制作用，s 和h + 生成h 2 s ，h 2 s 对s r b 有毒 害作用，还会影响后续产甲烷项的运行效果。所以，根据上述因素要求，产酸相 中的s 2 必须从系统中排除出去，于是有了联用工艺。 1 2 4 两相厌氧工艺+ 生物脱硫 两相厌氧反应器中硫酸盐还原相的出水中含有高浓度的s 厶，进入产甲烷相 之前必须进行处理。处理方法有吹脱法和生物脱硫法。根据终点产物不同，生物 脱硫工艺可分为两类：一类是将s 2 。最终氧化为硫酸盐；另一类仅将s 2 。氧化成单 质硫。由于后者可将废水中s 2 以单质硫形式回收利用，不仅消除了污染，还可 以回收资源，因此得到了广泛的重视。 4 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 杨景亮和左剑恶等 2 0 】、李亚新等分别提出了硫酸盐还原硫化物生物氧 化产甲烷”新工艺。其中硫化物氧化单元是利用无色硫细菌( t h i o b a c i l l u s ) 将硫化 物氧化为单质硫，从而彻底去除系统中的硫酸盐。此生物脱硫工艺条件温和，能 耗低，投资少，具有广阔的应用前景。王爱杰等2 2 1 针对制药、垃圾渗滤液等富 含硫酸盐的废水中同时含有硝酸盐或氨氮的特点，提出硫化物氧化单元可以利用 脱氮硫杆菌( t h i o b a c i l l u sd e n i t r i f i c a n s ) 同步脱氮脱硫的功能，实现废水在厌氧膨胀 床反应器中同步脱氮脱硫的目的，并收获为单质硫。 1 2 5 厌氧折流板反应器( a b r ) a b r 是m e c a r t y 和b a c h m a n 等人于1 9 8 2 年，在总结了各种第二代厌氧反 应器处理工艺性能的基础上，开发和研制的种新型高效厌氧污水生物处理技 术。a b r 集上流式厌氧污泥床( u a s b ) 和分阶段多相厌氧反应( s m p a ) 技术于一 体，不但大大提高了厌氧反应器的负荷和处理效率，而且使其稳定性和对不良因 素( 如有毒物质) 的适应性大为增强，是污水防治领域一项有效的新技术。 1 2 5 1a b r 的工作原理 a b r 是通过内置的竖向导流板，将反应器分隔成串联的几个反应室，每个 反应室都是一个相对独立的u a s b 系统，运行时污水上、下折流逐个通过反应 室内的污泥床层，并通过水流和产气的搅拌作用，使进水中的底物与微生物充分 接触而得以降解去除。从工艺上看，a b r 与单个u a s b 有显著不同。首先，u a s b 可近似看作一种完全混合式反应器，而a b r 是一种复杂混合型水力流态，且更 接近于推流式反应器：其次，u a s b 中酸化和产甲烷两类不同的微生物相交织在 一起，不能很好地适应相应的底物组分及环境因子( p h 值，h 2 分压值等) ，而在 a b r 中各个隔室中的微生物相室随流程逐级递变的，递变的规律与底物降解过 程相一致，从而保证相应的微生物相拥有最佳的工作活性。 1 2 5 2a b r 的主要工艺性能 ( 1 ) 7 - 艺简单，投资少，运行费用较低 a b r 设计简单，没有活动部件，同传统的厌氧消化池相比，无需机械搅拌装 置，也不需额外的澄清沉淀池。与u a s b 和a f ( 厌氧滤池反应器) 相比，a b r 不 需要昂贵的进水系统，也不需要设计复杂的三相分离器。因此，a b r 的投资少， 运行费用较低。 ( 2 ) 耐冲击负荷，适应性强 5 碱度和碳源对硫酸盐废水处理效能的影响及机制 由于折流板良好的滞留微生物的能力和污泥良好的沉降性能，再有a b r 中的 微生物环境具有良好的生物级配，产酸菌( a b ) 对冲击负荷的适应性很强。s t u c k e y 的研究表明，不论是对水力冲击负荷还是对有机冲击负荷，a b r 均有良好的适 应性【2 3 】。因此a b r 法对于处理流量和浓度变化较大的工业废水有很好的应用前 景。 ( 3 ) 良好的水力流态 局部的完全混合使生物污泥能够与进水基质充分混合接触，以保证微生物能 够充分利用其活性降解水中的基质，而整体的推流保证一定的底物浓度梯度，提 高出水水质。 ( 4 ) 良好的生物固体截留能力2 4 】 由于折流板的阻挡作用及通过对折流板间距离的合理设置( 水流在上向流室 中的上升流速相对较小) 为污泥的沉降和截留创造了一个良好的条件，因而a b r 内能截留大量的微生物，其微生物质量浓度可达到7 2 0 8 l 。 ( 5 ) 易于形成颗粒污泥 颗粒污泥的形成与废水水质、运行条件及a b r 的构造等因素有关。 b o o p a t h y _ 【2 5 1 的研究发现