一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法及其应用

本发明涉及废水处理领域，尤其涉及硫自养反硝化脱氮体系中硫歧化功能菌群的快速富集方法及其应用。

背景技术：

1、水体富营养化会引发赤潮、水华等蓝藻恶性爆发事件，进而造成一系列问题，严重影响水环境质量和水生态安全。氮、磷污染物是这类水环境问题爆发的关键，同时也是水体营养水平的关键评价指标。近年来，随着一系列水环境治理政策的出台，环保部门对污水处理厂的排污限值提出了更高要求。因此，在污水厂原有二级生化处理的基础上，进行污水深度脱氮除磷是满足污染物排放标准提升的必要举措。

2、硫自养反硝化工艺作为被广泛应用的脱氮技术，是指使用还原态硫(s0、s2-、s2o32-)作为电子供体，利用自养反硝化菌脱氮，无需外加碳源，不产生碳排放，且脱除相同当量的硝氮电子供体成本较低，具有较高的优势。在硫自养反硝化工艺中，使用硫单质颗粒作为电子供体的技术较为常见。相比其他还原态硫，硫单质颗粒是固体，可以同时作为微生物生长的基础和电子供体。硫单质颗粒为填料的硫自养反硝化脱氮滤池工艺，运行方式简单，脱氮效率高。

3、硫化物(s2-)相较于单质硫具有更高的水溶性，同时可以参与硫自养反硝化反应并提高更多的电子，常作为外源电子供体被投加于硫自养反硝化脱氮体系，以提高脱氮效能。硫化物作为水中溶解态单质硫的转移载体，能够促进水中多硫聚合物的形成，提高生物对单质硫的利用效率。硫化物的加入可以提高单质硫与硫氧化菌之间的电子传递效率，提高反硝化体系的脱氮能力。

4、单质硫生物歧化反应是指自养微生物利用硫单质同时作为电子供体和电子受体，产生硫化物和硫酸盐的过程。单质硫生物歧化反应需要保证水中不含溶解氧和硝酸盐等氧化性强的物质且ph处于中性或碱性才可发生。通过生物硫歧化反应，将生成的硫化物投加至硫自养反硝化体系不仅可以节约成本，还可以通过调控生物硫歧化反应过程，实现对硫化物产量的控制，避免硫化物二次污染。

5、目前，广泛应用的硫自养反硝化脱氮技术常采用单质硫颗粒作为填充材料，用以在硫自养反硝化反应中提供电子供体。但单质硫在水中的低溶解度，导致微生物对单质硫的利用效率较低，阻碍了单质硫自养反硝化技术脱氮效能的提高。硫化物的化学制品价格高且不易保存，直接向反硝化体系投加硫化物会造成成本升高。同时，在向反硝化体系中投加硫化物的过程中也存在投加过量造成二次污染的风险。

6、此外，由于硫歧化微生物生长速率缓慢，且相关研究较为匮乏，使得硫歧化功能微生物的富集和培养速率受限。硫歧化功能微生物的富集速度影响了硫歧化反应生成硫化物产量，从而影响硫自养反硝化技术的脱氮效率及广泛应用。

技术实现思路

1、为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法。

2、本发明的另一目的是利用硫歧化功能菌群快速培养富集后的单质硫生物滤池对废水进行处理。

3、本发明采用的技术方案是：一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，包括单质硫生物滤池，方法包括如下步骤：

4、1)硫自养反硝化生物滤池启动：通过进水管向滤池内输入ph为7～9的含no3--n的废水，调整进水泵ⅰ的流量至废水的空床停留时间(ebct)为0.5～1.5h，进行反硝化运行，运行期间采用每天反冲洗一次，所述反冲洗是通过反冲洗管向滤池内输入出水区的出水，反冲洗时间为5～10min；反硝化运行期间，检测生物滤池的出水区出水的总氮值，总氮值达一定值后，硫自养反硝化生物滤池启动。生物滤池通过自身富集，即不添加额外接种物的方式进行硫自养反硝化功能启动。

5、2)硫歧化生物滤池启动：硫自养反硝化生物滤池启动后，通过进水管向滤池内输入自来水，调整进水泵ⅰ的流量至自来水的空床停留时间(ebct)为2～2.5h，进行硫歧化运行，硫歧化运行期间，检测生物滤池的出水区的出水硫化物s2-浓度，当出水硫化物s2-浓度达到一定值后，硫歧化生物滤池启动；硫歧化运行期间不进行反冲洗。

6、3)继续运行8～10天，完成硫歧化功能菌群的富集。

7、进一步的，所述单质硫生物滤池的结构是，滤池内从下向上依次为布水层、承托层、反应层和出水区，进水管通过阀门和进水泵ⅰ与布水层连通；反冲洗管通过阀门和进水泵ⅱ与布水层连通。

8、进一步的，所述反应层装填的是粒径为2～6mm的单质硫颗粒。

9、进一步的，步骤1)中，检测生物滤池的出水区出水的总氮值，当生物滤池脱氮负荷达到0.5～0.8kg no3--n·m-3·d-1，并保持2～3天稳定状态时，硫自养反硝化生物滤池启动。

10、进一步的，步骤1)中，所述每天反冲洗一次，反冲洗流量为控制反应层不板结。

11、进一步的，步骤2)中，所述自来水是用碳酸氢钠调节碱度至500～800mg/l的自来水。所述碱度是指检测水体中溶解的碱性盐，即能与h+发生反应的物质的含量。

12、进一步的，步骤2)中，检测生物滤池的出水区的出水硫化物s2-的浓度，当出水硫化物s2-浓度达到3～5mg/l时，硫歧化生物滤池启动。

13、本发明提供的硫歧化功能菌群快速培养富集方法获得的单质硫生物滤池在处理废水中的应用。

14、本发明的有益效果是：

15、1、本发明的方法，通过将成功启动并平稳运行的硫自养反硝化生物滤池进行功能转换，即人工调节硫自养反硝化生物滤池进水水质，控制进水中no3--n含量使生物滤池开始发生硫歧化反应，在已经成功富集反硝化功能微生物的基础上进行硫歧化功能菌群的富集培养。与硫歧化功能直接启动的生物滤池相比，通过本发明的功能切换方法，极大缩短了硫歧化功能微生物的富集时间，提高了硫歧化反应的速率和生物硫化物s2-的产量，解决了硫歧化微生物生长富集缓慢的问题。

16、2、本发明的方法，提高了硫歧化功能微生物的富集效率。直接对硫歧化功能微生物进行培养，需要35天左右反应体系开始发生生物硫歧化作用，而采用本发明的方法完成功能转换2小时后反应体系就能够实现硫歧化功能，发生生物硫歧化反应。

17、3、本发明的方法，提高了生物硫歧化效率，使反应体系生成更多的生物硫化物s2-。直接培养富集硫歧化功能微生物，当富集至45天左右时反应体系出水的生物硫化物s2-浓度为1.5mg/l左右，而采用本发明的方法完成功能转换10天时反应体系出水就能够提供70mg/l的生物硫化物s2-，用于参与硫自养反硝化反应提高脱氮效率。

18、4、本发明的方法，生成的硫化物对硫自养反硝化脱氮能力具有明显增效。将此方法生成物投加至硫自养反硝化生物滤池，可将其脱氮效率提高至12.8～46.1％。

技术特征：

1.一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，包括单质硫生物滤池(10)，其特征在于，方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，所述单质硫生物滤池(10)的结构是，滤池(11)内从下向上依次为布水层(12)、承托层(13)、反应层(14)和出水区(15)，进水管(16)通过阀门和进水泵ⅰ(17)与布水层(12)连通；反冲洗管(18)通过阀门和进水泵ⅱ(19)与布水层(12)连通。

3.根据权利要求2所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，所述反应层(14)装填的是粒径为2～6mm的单质硫颗粒。

4.根据权利要求1所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，步骤1)中，检测生物滤池的出水区(15)出水的总氮值，当生物滤池脱氮负荷达到0.5～0.8kg no3--n·m-3·d-1时，硫自养反硝化生物滤池启动。

5.根据权利要求1所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，步骤1)中，所述每天反冲洗一次，反冲洗流量为控制反应层(14)不板结。

6.根据权利要求1所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，步骤2)中，所述自来水是用碳酸氢钠调节碱度至500～800mg/l的自来水。

7.根据权利要求1所述的一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，其特征在于，步骤2)中，检测生物滤池的出水区(15)的出水硫化物s2-的浓度，当出水硫化物s2-浓度达到3～5mg/l时，硫歧化生物滤池启动。

8.按照权利要求1-7任一项所述的硫歧化功能菌群快速培养富集方法获得的单质硫生物滤池在处理废水中的应用。

技术总结
本发明公开一种硫歧化功能菌群快速培养富集方法，包括单质硫生物滤池，向滤池内输入pH为7～9的含NO3‑‑N废水，调整废水空床停留时间(EBCT)为0.5～1.5h，反硝化运行至硫自养反硝化生物滤池启动后，通过进水管向滤池内输入碱度为500～800mg/L的自来水，EBCT为2～2.5h，硫歧化运行至硫歧化生物滤池启动，继续运行8～10天。本发明通过将成功启动并平稳运行的硫自养反硝化生物滤池进行功能转换，在已经成功富集反硝化功能微生物的基础上进行硫歧化功能菌群的富集培养。通过本发明的功能切换方法，极大缩短了硫歧化功能微生物的富集时间，提高了硫歧化反应的速率和生物硫化物的产量，解决了硫歧化微生物生长富集缓慢的问题。

技术研发人员：王爱杰,张敬哲,孙移鹿,张雪宁,郑坤,王翰林
受保护的技术使用者：中国科学院生态环境研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27