硫化钠强化黄铁矿/硫固定床反应器：低碱度高级脱氮的协同脱氮机理与微生物群落重构

《Water》：Na2S Enhancement of Pyrrhotite/Sulfur Fixed Bed Reactors: Synergistic Denitrification Mechanism and Microbial Community Restructuring for Low-Alkalinity Advanced Nitrogen Removal

　　

摘要

市政污水处理厂二级出水的深度脱氮面临重大技术挑战。本研究探讨了添加Na₂S强化硫化亚铁/硫耦合自养反硝化生物滤池（PS-CFBR）的反硝化性能及其内在机制。本研究考察了在6 h控水力停留时间（HRT）下，不同碱度投加量（149–446 mg/L，以CaCO₃计）和进水硫氮比（S/N = 0.54–1.62）条件下添加Na₂S的PS-CFBR反硝化性能。结果表明，添加Na₂S使PS-CFBR启动期缩短10天。在HRT为6 h、碱度投加量为149 mg/L（以CaCO₃计）条件下，添加Na₂S的反应器（R1）总氮去除率比对照组（CK）高22.87%，R1的一级速率常数（k）为CK的2.65倍。在低碱度条件（149 mg/L，以CaCO₃计）下，确定有效进水S/N比为0.54–1.08。在S/N比为0.54时，R1的总氮去除率和速率常数（k）分别比CK高22.87%和2.65倍。出水pH稳定维持在7.30，SO₄^2?生成量仅比CK高5.16 mg/L，每去除1 mg N的碱度消耗量比CK低2.15 mg/L。X射线光电子能谱（XPS）和微生物群落分析表明，Na₂S促进了硫化亚铁表面S?^2?的形成，并富集了反硝化菌（Herbaspirillum、Flavobacterium、Sulfurimicrobium）、氧化铁菌（Pseudoxanthomonas）和还原铁菌（Clostridium）。RT-qPCR进一步表明，添加Na₂S增加了反硝化功能基因（narG、nirS、nirK、norB和nosZ）的丰度。这些发现为市政污水处理厂二级出水深度反硝化技术的发展提供了有价值的见解。