硫生物有效性及其结构对硫化物生物合成与铬还原的调控机制

本研究针对Cr(VI)废水处理中硫化钠储存风险高、成本昂贵的问题，通过建立长期稳定的硫磺生物还原反应器，揭示碳源通过形成巯基促进多硫化物转化机制，发现硫颗粒疏水性向亲水性转变的结构演变规律，最终实现96%的铬去除率，为重金属污染治理提供经济可持续的生物技术方案。

　　

铬污染治理领域长期面临两难困境：剧毒的六价铬Cr(VI)易溶于水且能穿透生物膜，而传统化学还原法依赖危险化学品硫化钠，其储存需严格避光防潮，仅辽宁海城化工厂就发生过5人硫化氢中毒死亡事故。与此同时，自然界储量丰富的单质硫作为石油炼化副产品，价格仅为每吨140-290美元，但如何将其转化为有效铬还原剂成为关键科学难题。

台州市中科成污水处理厂的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究中，创新性地构建了持续运行110天的上流式厌氧污泥床(UASB)反应器系统。通过响应面分析法确定最佳pH7.53和有机碳浓度400 mg/L的操作参数，结合硫颗粒显微结构表征和微生物群落分析，揭示了硫磺生物转化与铬去除的耦合机制。

关键技术包括：1) 采用3.5L工作容积的UASB反应器进行长期动态监测；2) 应用扫描电镜观察硫颗粒孔隙结构演变；3) 通过极性功能基团检测分析硫表面改性；4) 采用16S rRNA测序鉴定优势菌群Sulfurovum。

【长期运行性能】

反应器在四阶段运行中显示明确剂量效应：当乙酸钠浓度从200 mg/L提升至400 mg/L时，出水硫化物浓度从41 mg-S/L倍增到81 mg-S/L。值得注意的是，硫磺颗粒在长期运行中发生显著形貌改变，由致密结构转变为多孔疏松形态，比表面积增加约3倍。

【硫形态转化机制】

Sulfurovum菌代谢碳源产生巯基(-SH)，通过微生物介导将S⁰还原为S^2-并形成多硫化物链S_n^2-。X射线光电子能谱证实硫颗粒表面出现C=O和C-O等亲水基团，接触角下降40%，表明化学硫逐步转化为生物硫。

【铬去除效能】

在进水Cr(VI)浓度50 mg/L条件下，系统通过生物-化学耦合反应实现96%去除率。电子传递路径分析显示：S⁰→S^2-→Cr(III)的转化过程中，反应终点再生元素硫形成循环利用。

该研究突破性地阐明了碳源浓度通过改变硫生物有效性和结构配置影响硫化物生物合成的双重机制。相比传统硫酸盐还原工艺，硫还原路径电子需求从8个降至2个，配合硫磺原位再生特性，使运营成本降低73%。这些发现为发展"以废治废"的重金属废水处理技术提供了理论支撑和实践范式。