硫自养微生物降解水中低浓度高氯酸盐的研究--反应器效能及微生物种群空间分布

考察了升流式硫自养固定床反应器对水中低浓度高氯酸盐[(468.74±6.80)μg/L]的降解效能及相关机制,并利用高通量测序技术对反应器内微生物种群空间分布特性展开分析.研究发现,当HRT为4.00~0.75h时,高氯酸盐去除率达到97%以上,降解符合1/2级反应动力学模型,1/2K_(1/2v)为39.59[μg^(1/2)/(L1/2·h)].随着HRT由4.00h缩短至0.75h,出水SO_4^(2-)增量由173.37mg/L减小至90.07mg/L,由歧化反应产生的硫酸根占90.75%~93.91%,硫歧化反应与高氯酸盐的降解同步进行,同时,该反应也是碱度过量消耗的主要因素,导致出水p H值降低.测序结果表明,随着高度的增加,反应器内菌群α多样性降低.变形门(Proteobacteria)和绿菌门(Chlorobi)构成了反应体系的优势菌群.菌属Chlorobaculum为歧化反应菌属,是反应器内优势菌属.

原核微生物的硫功能菌

总结迄今已经发现鉴定的原核微生物中磂菌48属150多种,绿硫菌6属20余种,紫硫菌33属近百种,硫菌23属56种,脱硫化功能菌50属210多种,脱硫和脱硫化物功能菌20多属50多种,硫歧化菌1属3种,共计170余属600余种。这些硫菌根据功能分类,大致上可以分成硫氧化、硫还原和硫歧化菌,对于自然界硫循环起着至关重要的作用。

硫自养生物反应器对水中锑酸盐的去除效能和反应机理

为了探究硫自养生物过程对水中锑酸盐的去除效能,建立升流式硫自养固定床生物反应器,考察水力停留时间(HRT)对Sb(Ⅴ)和总Sb去除性能的影响,监测分析出水pH值、碱度消耗量变化规律和含硫副产物的产生趋势,利用扫描电镜和拉曼光谱分析表征推测反应机理.结果表明:(1)当进水锑酸盐Sb(Ⅴ)浓度为(1028.07±43.39)μg·L^(-1),HRT为8 h时,经过10~15 d的适应期,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到94.37%±0.57%,总Sb去除率为47.03%±1.54%,当HRT由8 h缩短为6 h时,反应器对Sb(Ⅴ)去除率可达到90.60%±1.09%,总Sb去除率为12.79%±1.65%.(2)反应器出水硫酸盐超过理论值,表明有硫歧化反应发生,当HRT由8 h缩短为6 h时,碱度消耗量下降至(66.83±6.31)mg·L^(-1),对应pH值降低至7.29±0.09;出水SO_(4)^(2-)浓度出现大幅下降,SO_(4)^(2-)增量由(80.02±1.62)mg·L^(-1)降低至(63.77±1.78)mg·L^(-1),并在20 d后达到稳定.(3)扫描电镜结果表明反应器内球菌和短杆菌数量逐渐增多;拉曼光谱分析结果表明,反应器内沉淀产物为Sb_(2)S_(3)和零价硫的混合物,推测反应机理为锑酸盐在微生物的作用下发生硫自养还原反应,被转化为亚锑酸盐Sb(Ⅲ),而后Sb(Ⅲ)与硫歧化反应产生的S^(2-)生成沉淀Sb_(2)S_(3),从而实现Sb(Ⅴ)的高效还原和总锑的有效去除.研究显示,硫自养生物去除锑酸盐过程受到HRT变化的影响,出水SO_(4)^(2-)超过理论值,硫歧化反应与反应机理密切相关.

硫和石英砂比对自养填充床反应器去除高浓度高氯酸盐的影响

运行不同硫和石英砂体积比的3个自养填充床反应器R1(2∶1)、R2(1∶1)、R3(1∶2)去除模拟高浓度高氯酸盐(ClO_4^-)污染水,在不同进水ClO_4^-浓度和水力停留时间(HRT)下研究反应器的ClO_4^-去除效果、动力学及生物膜生长规律.结果表明,ClO_4^-去除率随着ClO_4^-浓度的提高和HRT的减小而下降,且R1>R2>R3;当HRT为3.2 h,进水ClO_4^-浓度为300mg·L-1时,R1达到最大去除负荷2.18 kg·(m3·d)-1;3个反应器ClO_4^-去除均符合半级动力学,反应速率常数1/2K1/2v分别为8.036、6.596、4.212 mg1/2·(L1/2·h)-1;硫歧化反应使出水SO_4^(2-)浓度高于理论值,硫歧化反应随着ClO_4^-浓度的提升和HRT的下降受到抑制,R3出水SO_4^(2-)浓度最低,歧化反应最弱;出水p H和碱度随着进水ClO_4^-浓度和HRT的增大而减小,且R3一直较高;R2、R3挂膜效果好于R1,胞外聚合物(EPS)的分泌可以促进生物膜生长,且分泌量随着HRT的减小而减少.

混合营养生物反应器同步去除水中高氯酸盐和硝酸盐

针对水体硝酸盐和高氯酸盐复合污染,建立了异养和硫自养协同作用的混合营养型一体式生物反应器,采取异养投加不足量有机碳源、硫自养和异养共同承担负荷的策略,以解决异养有机物二次污染和硫自养法中副产物硫酸根过量的问题。考察了水力停留时间(HRT)和碳源投加量对高氯酸盐去除的影响。结果表明:当进水NO_(3)^(-)-N质量浓度为(20.21±0.23)mg·L^(-1)、ClO_(4)^(-)质量浓度为(20.12±0.12)mg·L^(-1)、HRT由4 h降低到2、1和0.5 h时,反应器均能实现对硝酸盐(>96.2%)和高氯酸盐(>96.9%)的高效去除;在HRT为4 h和0.5 h时,出水硫酸根质量浓度分别为(273±10)mg·L^(-1)和(129±3)mg·L^(-1),较长的HRT会导致硫歧化反应发生,从而使出水硫酸根浓度有所增加;当HRT为0.5 h时,混合营养条件下反应器出水硫酸根质量浓度比单独硫自养减少了63 mg·L^(-1),表明混合营养生物反应器能够有效减少硫酸根的产生;反应器出水不可吹除有机碳(nonpurgeable organic carbon,NPOC)小于2.68 mg·L^(-1),表明低碳源投加能够有效地避免有机物二次污染。