【摘 要】
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城镇污水厂二级出水具有水质、水量稳定等特点,可以考虑作为回用水水源,解决目前我国城市水资源缺乏的问题。但二级出水仍有较高的氮磷残留,需要通过深度处理进一步降低。相比于传统活性污泥法脱氮,硫铁耦合自养反硝化具有污泥产量少、同步氮磷去除高等特点而成为研究热点。目前硫铁耦合的硫自养反硝化多为生物滤床形式,普遍存在启动时间长、长期运行过程中易产生板结等问题。针对这些问题,本文通过水热法合成的粉末FeS2,
【基金项目】
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国家重点研发计划,课题名称:二级出水中污染物深度去除材料/药剂及技术研发,编号:2019YFD1100204-03；
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城镇污水厂二级出水具有水质、水量稳定等特点,可以考虑作为回用水水源,解决目前我国城市水资源缺乏的问题。但二级出水仍有较高的氮磷残留,需要通过深度处理进一步降低。相比于传统活性污泥法脱氮,硫铁耦合自养反硝化具有污泥产量少、同步氮磷去除高等特点而成为研究热点。目前硫铁耦合的硫自养反硝化多为生物滤床形式,普遍存在启动时间长、长期运行过程中易产生板结等问题。针对这些问题,本文通过水热法合成的粉末FeS2,以脱氮可行性试验选择了一种经济高效的FeS2作为反硝化硫源,实时监测了外加粉末FeS2为电子供体对SBR硫自养反硝化工艺的影响,并通过高通量测序分析了该体系中的微生物和相关功能基因。为获得可应用于SBR反应器的粉末电子供体,采用水热法制备了FeS2固体粉末并进行了可行性探究。X射线能谱分析（EDS）表明该固体粉末中硫铁元素占比最高,扫描电镜下呈十几微米的微球状,红外吸收光谱说明该物质具有黄铁矿晶型,硫铁元素的X射线光电子能谱（XPS）分析反映出该合成物除含有FeS2外还有少部分FeSx。可行性试验表明:进水NO3--N为55 mg/L时,4g/L、8g/L粉末FeS2的加入使得污泥在9天内将硝酸盐全部去除,且5h水热时间下合成的FeS2能够满足脱氮除磷的要求。以城市回用水标准为目标,以模拟二级出水为处理对象,加入0.8g/L FeS2作为电子供体,考察了水中NO3--N、NO2--N、PO43--P和p H变化。试验发现硝酸盐总是在短时间内全部还原为亚硝酸盐,氮素最终以NO2--N的形式在体系中积累。处理出水TON（NO3--N+NO2--N）≤10 mg/L,PO43--P被完全去除,p H呈中偏弱酸性。黄铁矿和Na2S2O3难以在短时间内对硫自养反硝化起到促进作用。25℃有助于硫自养菌对FeS2的利用。外加碱源未能提高自养反硝化脱氮效率。混合营养下,体系脱氮效率虽然高于90%,但出水造成有机物二次污染,且外碳源的加入会影响硫自养菌的优势地位。为探究FeS2对微生物群落和相关功能基因的影响,通过高通量测序分析,发现投加粉末FeS2的污泥中硫杆菌属为优势菌属,脱氮过程确为硫自养菌主导,且微生物群落结构复杂,存在种间协作关系。结合实验数据和功能基因分析可知,FeS2的加入提高了污泥氧化硫化物的能力,强化了硝酸盐还原为亚硝酸盐的反应。放线菌通过传递FeS2表面电子加速固体粉末溶解,对脱氮除磷发挥了至关重要的作用。
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