盐度对PVA凝胶珠固定化脱硫弧菌属菌株上流式厌氧流化床反应器去除锑的影响机制研究

为解决高盐度含锑(Sb)废水处理中生物反应器设计参数缺失的问题，研究人员通过实验室规模的上流式厌氧流化床反应器(FBR)系统，探究了盐度(0.2-40.2 g/L NaCl)对硫酸盐还原菌(SRB)介导的锑去除效率的影响。研究发现20 g/L NaCl是维持87%锑去除率(0.85 mg/L/h)的临界阈值，揭示了Sb2S3和NaSbS3复合沉淀的形成机制，为高盐工业废水处理提供了关键技术参数。

　　

锑(Sb)作为广泛应用于阻燃剂、半导体和电池制造的有毒类金属，其工业废水处理一直是环境领域的重大挑战。更棘手的是，来自采矿、垃圾填埋场和纺织业的含锑废水往往伴随高盐度特性——澳大利亚矿区废水含5.6-7.9 g/L溶解固体，中国某垃圾渗滤液甚至含有25-100 g/L NaCl。传统物化处理方法成本高昂且易造成二次污染，而基于硫酸盐还原菌(SRB)的生物处理虽具环保优势，却面临高盐环境下性能骤降的瓶颈。

针对这一技术空白，日本研究团队在《Environmental Technology》发表创新成果，通过实验室规模的上流式厌氧流化床反应器(FBR)系统，首次明确了盐度对SRB介导锑去除的剂量效应关系。研究采用1.0L反应器装载500 mL聚乙烯醇(PVA)凝胶珠固定化脱硫弧菌属(Desulfovibrio)菌株NSLLH1b，在28°C、24小时水力停留时间(HRT)条件下，系统测试了0.2-40.2 g/L NaCl梯度对锑和硫酸盐去除的影响。关键技术包括ICP-OES元素分析、SEM-EDX显微表征、16S rRNA基因测序等。

研究结果揭示：在低盐度(0.2 g/L NaCl)的FBR1中，锑主要通过Sb(V)还原为橙色Sb₂S₃沉淀去除(Sb/S摩尔比1.68)，去除率稳定在91.8%。而在梯度升盐的FBR2中，20.2 g/L NaCl成为关键转折点——此时锑去除率仍保持87%，但超过该阈值后性能急剧下降，30.2 g/L盐度下硫酸盐去除率暴跌至20.9%。值得注意的是，高盐环境促使反应器内形成新型白色悬浮物，EDX分析显示其Sb/S比达3.83，证实存在NaSbS₃复合沉淀。

微生物群落分析发现，尽管运行97天后脱硫弧菌属相对丰度从49.4%降至27.6%，但其仍为优势菌群。盐度升高同时导致细菌多样性指数(Shannon-Weaver H')从1.80增至2.50，伴随梭菌目(Clostridiales)等耐盐菌株的富集。质量平衡计算表明，FBR1中64.36%的锑固定在PVA凝胶珠上，而FBR2因高盐干扰仅有41.96%的截留率。

该研究创新性地提出20 g/L NaCl作为SRB介导锑去除的工程应用上限，并首次报道了高盐条件下Na-Sb-S三元化合物的形成机制。研究者建议在实际处理中可通过掺混低盐生活污水实现盐度调控，同时指出回收的Sb_{23和NaSbS3沉淀具有资源化潜力。这些发现为高盐重金属废水处理工艺优化提供了理论依据，推动生物法在复杂工业环境中的实际应用。未来研究需关注长期运行中菌群稳定性，以及不同锑硫化物沉淀的环境行为差异。}