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随着我国经济的快速发展,诸如采矿厂、制革厂和化工厂等工业产生大量废水,其中含有高浓度的硫化物、硫酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和有机碳等污染物质,给自然水体、生态环境和人类健康带来了极大威胁。因此,对此类废水进行综合处理具有重要意义。本文分别采用硫酸盐还原反应和兼养脱硫反硝化反应的串联与集成工艺,同步去除废水中的硫酸盐、有机物和含氮化合物。将硫酸盐还原反应器与兼养脱硫反硝化反应器相连接构成串联工艺,调节进水参数和水力停留时间,分析碳、氮、硫的同步去除规律;采集串联工艺中兼养脱硫反硝化反应器内的活性污泥,进行细菌的分离、纯化、菌种鉴定和功能确认;设计完成套筒式升流式厌氧反应器,将硫酸盐还原反应和兼养脱硫反硝化反应置于同一反应器内构成集成工艺,考察碳、氮、硫的同步去除规律;提取集成工艺内套筒区域、外套筒区域及交叉区域的活性污泥样本,采用高通量测序的方法分析其微生物群落特征,并将微生物的代谢特征与各污染物的降解规律进行对比,以明确碳、氮、硫的同步去除机理。论文所取得的主要研究成果如下:(1)硫酸盐还原与脱硫反硝化串联工艺实现了硫酸盐、有机物、硝酸盐和亚硝酸盐的同步去除,去除效率分别达到了 94.1%、97.7%、99.1%和94.0%。其中,硫酸盐先转化为硫化物,其转化效率可达97.5%,硫化物最终被氧化为单质硫;亚硝酸盐和硝酸盐被还原为氮气。(2)对串联工艺中脱硫反硝化阶段的功能菌进行分离、纯化,获得的24株纯菌中,1株菌具有较强的脱氮除硫能力,与Ciceribacter thiooxidans的细菌具有较高的同源性,48小时内对S2-和NO3-的降解率分别达到100%和98.3%,从功能性微生物角度证实了串联工艺在脱氮除硫方面的有效性。(3)将硫酸盐还原反应和兼养脱硫反硝化反应置于同一反应系统中,构成集成工艺,启动套筒式升流式厌氧反应器,实现了硫酸盐、有机物和亚硝酸盐的同步去除,去除效率分别达到84.5%、99.3%和99.5%。(4)分析集成工艺反应器内的微生物群落结构,活性污泥中的微生物按门分类,相对丰度较高的门主要有Proteobacteria、Bcteroidetes、Chloroflexi、Firmicutes和Synergistetes。硫酸盐还原单元相对丰度较大的菌属有:Desulfobacter、Thermovirga、unidentified_A naerolineacea、Fastidiosipia 和 Desulfuromonas,丰度分别为 14.4%～17.9%、9.6%～14.1%、6.5%～8.3%、4.0%～6.2%和2.7%～2.5%,均具有硫酸盐还原或厌氧发酵的功能,与该单元内较高的硫酸盐还原效率相对应。脱硫反硝化单元相对丰度较大的菌属有:Thiovirga、Thauera、Pseudomonas和Fastidiosipila,丰度分别为 6.7%～10.6%、4.7%～8.3%、1.9%～3.8%和3.2%～5.8%,均具有自养脱硫反硝化或异养反硝化的功能,与该单元较高的氮、硫去除率相对应。