孟成成,郝瑞霞,王建超,王潤眾,任曉克,趙文莉(.北京工業(yè)大學(xué)北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 0024；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖北 武漢 43007)

3BER-S耦合脫氮系統(tǒng)運(yùn)行特性研究

孟成成1,2,郝瑞霞1*,王建超1,王潤眾1,任曉克1,趙文莉1(1.北京工業(yè)大學(xué)北京市水質(zhì)科學(xué)與水環(huán)境恢復(fù)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100124；2.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,湖北 武漢 430071)

為了強(qiáng)化三維電極生物膜脫氮工藝(3BER)的脫氮效果,將3BER與硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)耦合成3BER-S工藝,用于低碳氮比城市污水廠尾水的深度脫氮處理.與3BER對(duì)比研究結(jié)果表明,3BER-S工藝在TN去除率、系統(tǒng)pH平衡能力和NO2--N積累方面均優(yōu)于3BER工藝;當(dāng)進(jìn)水C(NO3--N)= 35±2mg/L,TOC:N:P=10.7:10:1,pH=7.0～7.5時(shí),3BER-S耦合工藝對(duì)TN和NO3--N的去除效率分別為85%和94%,分別比3BER高15%和10%;出水中NO2--N的濃度為3.04mg/L,比3BER低2mg/L.3BER-S中硫自養(yǎng)反硝化作用定量分析表明,硫自養(yǎng)脫氮作用在整個(gè)脫氮過程中所占比例為14.07%,單質(zhì)硫的有效利用率達(dá)到79.5%,硫自養(yǎng)反硝化過程對(duì)穩(wěn)定3BER-S系統(tǒng)出水pH值起重要作用.根據(jù)3BER-S中微生物基于反硝化細(xì)菌特異性基因nirS的克隆文庫結(jié)果,系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌都與β變形菌綱中的細(xì)菌有較高的同源性,其中61.41%的反硝化細(xì)菌屬于陶厄氏菌屬(Thauera);脫氮硫桿菌和嗜酸菌屬(Acidovoraχ)分別占3.50%和19.30%.表明當(dāng)碳源比較充足時(shí),3BER-S工藝的脫氮作用主要以異養(yǎng)反硝化過程為主,以單質(zhì)硫和氫為電子供體的自養(yǎng)反硝化脫氮作用也占有一定比例.

再生水；電極生物膜；單質(zhì)硫；脫氮；反硝化細(xì)菌

三維電極生物膜技術(shù)是在以氫氣為電子供體的自養(yǎng)反硝化基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種生物膜法與電化學(xué)相結(jié)合的水處理技術(shù).該工藝在微弱電流作用下,陰極產(chǎn)生的氫氣能被微生物利用進(jìn)行自養(yǎng)反硝化脫氮,在一定程度上減少了填料生物膜異養(yǎng)反硝化過程所需的碳源消耗[1-3].對(duì)于城市污水廠尾水,由于其碳氮比較低,若要保證較高的總氮去除效率,仍然需要補(bǔ)充甲醇、乙醇和乙酸等有機(jī)碳源,增加了處理成本,且有機(jī)物投加量也不易控制.通過強(qiáng)化三維電極生物膜工藝的自養(yǎng)反硝化過程,可以有效避免由于投加有機(jī)碳源產(chǎn)生的處理成本增加和二次污染問題,并且自養(yǎng)菌合成的生物量較少,對(duì)出水濁度影響也相對(duì)較小[4-6]硫自養(yǎng)反硝化是指硫細(xì)菌以還原態(tài)硫?yàn)殡娮庸w,完成自養(yǎng)反硝化脫氮的過程,該過程適用于低碳氮比污水的脫氮處理[7].將三維電極生物膜工藝與硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)相耦合用于生物反硝化脫氮處理,能夠進(jìn)一步減少有機(jī)碳源的消耗,同時(shí)對(duì)系統(tǒng)出水pH值具有一定的穩(wěn)定作用.硫自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的H+既能促進(jìn)陰極的產(chǎn)氫氣作用,又能中和氫自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的OH-,為反硝化細(xì)菌提供中性環(huán)境,有利于反硝化過程的進(jìn)行[8].王海燕等[4-5]提出一種電化學(xué)氫自養(yǎng)與硫自養(yǎng)集成的反硝化脫氮系統(tǒng)用于地下水脫氮處理,其主體部分為硫自養(yǎng)段和氫自養(yǎng)段,在進(jìn)水C(NO3--N)=30mg/L,pH=8.0時(shí),系統(tǒng)NO3--N的去除率達(dá)到90%以上,出水中SO42-的積累量為170mg/L,硫自養(yǎng)段和氫自養(yǎng)段出水的pH值分別在7.1和7.5左右.將這兩種自養(yǎng)反硝化過程集成,既可減少以硫作為電子供體產(chǎn)生的SO42-,也可以使硫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的H+作為電化學(xué)產(chǎn)氫的前驅(qū)物.Wan等[8-9]通過改變反應(yīng)器的有效容積和組成形式對(duì)該集成工藝進(jìn)行了深入研究,并確定了其最佳反應(yīng)條件.

本文將三維電極生物膜工藝與硫自養(yǎng)反硝化工藝結(jié)合在一起,形成耦合脫氮系統(tǒng)(3BER-S),異養(yǎng)生物反硝化、氫自養(yǎng)生物反硝化和硫自養(yǎng)生物反硝化作用在同一空間中進(jìn)行,有利于發(fā)揮各種微生物在碳源利用和代謝產(chǎn)物的互補(bǔ)協(xié)同作用.通過與3BER對(duì)比運(yùn)行,研究3BER-S耦合系統(tǒng)對(duì)城市污水廠尾水脫氮特性及平衡系統(tǒng)酸堿度的能力,為城市污水廠尾水深度脫氮技術(shù)提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

1.1.1 試驗(yàn)裝置 采用連續(xù)升流式反硝化生物濾柱反應(yīng)器,結(jié)構(gòu)如圖1.反應(yīng)器內(nèi)徑25cm,高度1.4m,有效容積22L.以石墨棒作為陽極,置于反應(yīng)器的正中央;為增大陰極區(qū)的表面積,便于微生物的附著和提高陰極H2的產(chǎn)率,以內(nèi)夾聚丙烯晴活性炭纖維的雙層泡沫鎳作為陰極,沿反應(yīng)器內(nèi)壁布置.在反應(yīng)器外壁包裹一層厚度為1.5cm的保溫棉,以維持反應(yīng)器內(nèi)部溫度恒定.3BER-S反應(yīng)器的陰極和陽極之間充滿體積比為8:1的顆?；钚蕴亢土蚧穷w粒的均勻混合物,其中活性炭顆粒的粒徑為5～8mm,硫磺顆粒的粒徑為3～5mm; 3BER工藝反應(yīng)器僅使用活性炭顆粒作為填料.反應(yīng)器承托層高度為0.1m,填料高度為0.96m.

圖1 試驗(yàn)裝置示意Fig.1 Schematic layout of 3BER-S and 3BER

1.1.2 分析儀器 TOC和TN:TOC/TN分析儀(Jena multi N/C 3100);pH:上海三信PHS-3C PH計(jì);NO3--N、NO2--N和SO42-:Metrohm 861離子色譜儀.

1.2 試驗(yàn)用水

采用CH3COONa、KNO3和KH2PO4人工配水,模擬城市污水廠尾水水質(zhì),TOC:N:P質(zhì)量濃度比為10.7:10:1,其中C(NO3--N)=35±2mg/L.用1mol/L的鹽酸和1mol/L NaOH溶液調(diào)節(jié)配水的pH,使pH值維持在7.0～7.5之間.

1.3 試驗(yàn)方法

按照接種、掛膜和馴化的順序啟動(dòng)3BER-S和3BER反應(yīng)器,接種污泥取自北京某污水處理廠回流污泥,污泥濃度為5.25g/L,具體參考Hao[2]和李素梅等[10]提供的三維電極生物膜反應(yīng)器啟動(dòng)方法.

啟動(dòng)成功后,將3BER-S反應(yīng)器和3BER反應(yīng)器在相同條件下對(duì)比運(yùn)行,維持反應(yīng)器溫度在15～18℃,電極間的電流為60mA,水力停留時(shí)間(HRT)為12h,NO3--N的濃度為35mg/L,TOC與TN的比值為1.07:1,同時(shí)檢測出水水質(zhì)變化情況,檢測項(xiàng)目包括NO3--N、NO2--N、SO42-、pH值、TOC和TN.穩(wěn)定運(yùn)行一個(gè)月后,取3BER-S反應(yīng)器中的生物膜,采用基于nirS基因的克隆文庫分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)生物膜中的反硝化細(xì)菌群落進(jìn)行分析[11-12].

2 結(jié)果與分析

2.1 工作原理

在以石墨為陽極的3BER-S反應(yīng)器中,陽極主要發(fā)生碳的電解反應(yīng)[2].陰極以產(chǎn)氫為主,陰極區(qū)的異養(yǎng)反硝化細(xì)菌、氫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌和硫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌分別以有機(jī)碳源、H2和單質(zhì)硫?yàn)殡娮庸w進(jìn)行反硝化脫氮.

陽極區(qū)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng):

陰極區(qū)發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng):

生物膜上的生物化學(xué)反應(yīng):

電化學(xué)方程式中,e0為標(biāo)準(zhǔn)電極電位,陽極優(yōu)先發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)電極電位低的反應(yīng),因此先發(fā)生碳的電解反應(yīng);陰極同時(shí)發(fā)生反應(yīng)(3)和(4)[5].式(5)～(7)分別為不考慮細(xì)胞合成時(shí)異養(yǎng)反硝化細(xì)菌、氫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌和硫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌分別以CH3COONa、H2和單質(zhì)硫作為電子供體時(shí)的生物反硝化過程理論方程式.由式(5)～(7)可知,硫自養(yǎng)反硝化過程為產(chǎn)酸過程,異養(yǎng)反硝化過程和氫自養(yǎng)反硝化過程為產(chǎn)堿過程.硫自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的H+可以促進(jìn)反應(yīng)(3)的進(jìn)行[5],產(chǎn)生的H2可以供陰極生物膜上的細(xì)菌進(jìn)行氫自養(yǎng)反硝化反應(yīng).陽極碳電解反應(yīng)產(chǎn)生的CO2可以保證系統(tǒng)的缺氧環(huán)境、為反硝化細(xì)菌提供無機(jī)碳源和緩沖系統(tǒng)pH值.

2.2 3BER-S耦合工藝的運(yùn)行特性

2.2.1 TN去除率 3BER-S和3BER出水TN的濃度及TN和NO3--N的去除率對(duì)比情況見圖2a.

圖2 出水TN及其去除率及NO3--N去除率Fig.2 TN in the effluent and TN removal rate, nitrate-N removal rate

由圖2可知,在相同條件下,3BER-S反應(yīng)器的出水TN在4.5mg/L左右,TN的去除率在85%以上,NO3--N去除率在94%以上;3BER反應(yīng)器出水TN穩(wěn)定在8mg/L附近,TN去除率在70%～80%之間,NO3--N去除率在80%～90%之間.兩個(gè)反應(yīng)器的TN去除負(fù)荷分別為62.75g/(m3?d)和52.85g/(m3?d).3BER-S系統(tǒng)在脫氮效率和脫氮負(fù)荷方面均優(yōu)于3BER系統(tǒng).

由此可見,將硫自養(yǎng)反硝化過程耦合在三維電極生物膜系統(tǒng)中,可以有效強(qiáng)化三維電極生物膜工藝的脫氮作用.由于耦合脫氮系統(tǒng)在時(shí)間和空間上同步發(fā)生異養(yǎng)反硝化過程、電化學(xué)氫自養(yǎng)反硝化過程和硫自養(yǎng)反硝化過程,在微生物生態(tài)、電子供體補(bǔ)償和酸堿平衡等方面存在協(xié)同促進(jìn)作用.一方面,硫自養(yǎng)反硝化脫氮作用減少了系統(tǒng)脫氮對(duì)碳源的消耗;另一方面,所產(chǎn)生的H+可以直接平衡系統(tǒng)由于異養(yǎng)反硝化、氫自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的堿度,同時(shí)也能促進(jìn)電化學(xué)產(chǎn)氫氣作用,進(jìn)一步降低了系統(tǒng)反硝化脫氮對(duì)碳源的需求;異養(yǎng)反硝化作用所產(chǎn)生的CO2又為自養(yǎng)微生物(如脫氮硫桿菌)提供無機(jī)碳源[13-14].

2.2.2 系統(tǒng)pH平衡能力 pH值是影響反硝化速率和最終產(chǎn)物的一個(gè)重要環(huán)境因子,適宜的pH值更加有利于脫氮系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌的生長,有利于提高TN的去除效率[15].

圖3 進(jìn)出水pH值對(duì)比Fig.3 Comparison of pH between influent and effluent

由圖3可知,在進(jìn)水pH值在7.0～7.5時(shí), 3BER-S系統(tǒng)出水pH值穩(wěn)定在7.8～8.1之間, 3BER系統(tǒng)出水pH值在8.2～8.4之間.這是由于硫自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的H+可以中和部分氫自養(yǎng)反硝化過程和異養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的OH-,因此相對(duì)于3BER工藝,3BER-S工藝有較強(qiáng)的穩(wěn)定系統(tǒng)pH值的能力.

圖4 3BER-S每升出水SO42-積累量和pH值變化及其線性關(guān)系Fig.4 The variation of SO42-accumulation and pH and the linear relationship

由于單質(zhì)硫被硫自養(yǎng)反硝化細(xì)菌利用時(shí)有SO42-生成,因此,出水SO42-的積累量在一定程度上可以反映3BER-S反應(yīng)器的硫自養(yǎng)反硝化過程.為了更好地說明3BER-S反應(yīng)器中硫自養(yǎng)反硝化過程與出水pH值之間的關(guān)系,分析了3BER-S反應(yīng)器出水pH值和出水中SO42-積累量的相關(guān)性.由圖4可見,每升出水中SO42-的積累量在15～ 45mg之間,遠(yuǎn)低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的250mg/L.且出水pH值與出水中SO42-的積累量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)為0.815,大于自由度為18、置信度為99%時(shí)的相關(guān)系數(shù)臨界值0.5614[17].因此,硫自養(yǎng)反硝化過程對(duì)穩(wěn)定3BER-S系統(tǒng)pH值起重要作用.

2.2.3 NO2--N積累情況 定義反應(yīng)器出水中NO2--N的積累量和NO3--N去除量的比值為β.β可以作為NO2--N積累程度的度量值,該值越大說明NO2--N積累越多.

由圖5可見,在相同的進(jìn)水條件下,3BER-S系統(tǒng)出水中NO2--N的濃度為1.0～6.0mg/L,3BER系統(tǒng)出水中NO2--N的濃度為3.0～8.0mg/L. 3BER-S系統(tǒng)的β值也低于3BER系統(tǒng).據(jù)有關(guān)研究報(bào)道,對(duì)于生物反硝化過程,電子供體不足和pH值過高都會(huì)使出水中產(chǎn)生NO2--N的積累.徐亞同[18]通過批式試驗(yàn)證明了適合于反硝化過程的最佳pH值在7.0～8.0之間,當(dāng)pH值不在適宜的范圍內(nèi)時(shí),特別是高于適宜值時(shí),會(huì)影響NO2--N還原酶的活性,導(dǎo)致NO2--N的積累,但是對(duì)NO3--N還原酶的活性影響不明顯.當(dāng)進(jìn)水C/N增加時(shí),出水中的NOx--N也會(huì)顯著下降[18-19].

圖5 3BER-S和3BER出水中NO2--N濃度和β值Fig.5 The concentration of NO2--N and β ratios of 3BER-S and 3BER in effluent

由式(5)可知,本實(shí)驗(yàn)中采用的配水碳氮比(TOC與N元素的質(zhì)量濃度比)為理論上異養(yǎng)反硝化脫氮完全時(shí)所需的碳氮比,但是在實(shí)際運(yùn)行過程中,由于氧的存在和細(xì)胞合成的需要,反硝化過程中的有機(jī)碳源消耗量往往大于理論值.因此電子供體不足是引起3BER反應(yīng)器出水NO2--N積累的原因之一.

2.3 3BER-S耦合系統(tǒng)中硫自養(yǎng)反硝化作用的定量分析

為定量分析單質(zhì)硫作為電子供體在3BER-S系統(tǒng)中的反硝化作用,將3BER-S和3BER運(yùn)行期間出水的部分指標(biāo)平均值進(jìn)行匯總,見表1.在本實(shí)驗(yàn)所設(shè)定的條件下,僅將3BERS工藝看作是3BER工藝和硫自養(yǎng)反硝化工藝的簡單疊加,即忽略3BER工藝和硫自養(yǎng)反硝化工藝在生物和化學(xué)上的協(xié)同促進(jìn)作用,且忽略NO3--N在被還原為N2和單質(zhì)硫被氧化成SO42-的過程中所產(chǎn)生的其他中間產(chǎn)物.

表1 3BER-S和3BER出水水質(zhì)指標(biāo)平均值Table 1 The average value of water quality index in effluent of 3BER-S and 3BER

假設(shè)3BER-S系統(tǒng)每處理一升水消耗的有效電子供體物質(zhì)的量為V1;3BER系統(tǒng)每處理一升水消耗的有效電子供體物質(zhì)的量為V2; 3BER-S系統(tǒng)單質(zhì)硫?yàn)樘幚砻可峁┑碾娮庸w物質(zhì)的量為Vs;3BER-S與3BER系統(tǒng)每處理一升水消耗的有效電子供體物質(zhì)的量之差為VΔ.n1為每摩爾NO3--N被還原成N2需要的電子供體數(shù)目;n2為每摩爾NO3--N被還原成NO2--N需要的電子供體數(shù)目;ns為每摩爾單質(zhì)硫轉(zhuǎn)化成SO42-可以提供的電子供體的數(shù)目.MN為N元素的相對(duì)原子質(zhì)量,Mso4為SO42-的相對(duì)分子質(zhì)量.

母親的冬衣不必拿了。阿東捧在手上，看了看，然后聞了一聞，重新疊好放回箱中。阿里突然冒了一句：“這是姆媽的?！?/p>

已知,每升進(jìn)水中NO3--N的含量為35mg, NO2--N的含量為0mg;n1=5,n2=1,ns=6, MN=14,Mso4=96.則,用VΔ/V1表示3BER-S系統(tǒng)硫自養(yǎng)反硝化脫氮作用所占比例,VΔ/V1=14.07%;用VΔ/Vs表示3BER-S系統(tǒng)中單質(zhì)硫的有效利用率,VΔ/Vs= 79.5%.上述結(jié)果表明,3BER-S系統(tǒng)中硫自養(yǎng)反硝化脫氮占有一定的比例,且單質(zhì)硫的利用率較高.單質(zhì)硫?yàn)榉聪趸^程提供電子供體,可以有效解決系統(tǒng)的電子供體不足的情況,保證了系統(tǒng)的高脫氮效率.

2.4 3BER-S耦合系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌群落分析

圖6 3BER-S中反硝化細(xì)菌按目分類時(shí)所占的比例(a),按種分類時(shí)所占的比例(b)Fig.6 Proportion of the denitrifying bacteria based on orders(a),proportion of denitrifying bacteria based on species (b) in 3BER-S

針對(duì)3BER-S耦合反硝化系統(tǒng)的微生物,構(gòu)建了基于反硝化細(xì)菌特異性基因nirS的克隆文庫,文庫中的57個(gè)克隆子都與β變形菌綱(Beta proteobacteria)中的細(xì)菌有較高的同源性.因此,β變形菌綱的細(xì)菌在3BER-S復(fù)合反硝化系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用.若將3BER-S系統(tǒng)中反硝化細(xì)菌按目分類,77.20%的反硝化細(xì)菌都屬于紅環(huán)菌目(Rhodocyclales),如圖6a所示.圖6b為3BER-S系統(tǒng)中各種反硝化細(xì)菌所占的比例.由圖可以看出,61.41%反硝化細(xì)菌屬于陶厄氏菌屬(Thauera),為3BER-S反硝化系統(tǒng)中的優(yōu)勢種群;脫氮硫桿菌(Thiobacillusdenitrificans)占3.50%;嗜酸菌屬(Acidovoraχ)占19.30%.厭氧條件下,陶厄氏菌屬和脫氮硫桿菌可以分別以乙酸鹽和單質(zhì)硫作為電子供體反硝化脫氮[20-22];嗜酸菌屬屬于具有氧化H2進(jìn)行反硝化脫氮功能的叢毛單胞菌科(Comamonadaceae)[2,23].說明當(dāng)耦合脫氮系統(tǒng)碳源較為充足時(shí),脫氮作用主要以異養(yǎng)反硝化過程為主,以單質(zhì)硫和氫為電子供體的自養(yǎng)反硝化細(xì)菌脫氮作用也占有一定比例.

3 結(jié)論

3.1 與3BER工藝相比,3BER-S耦合工藝具有較高的脫氮效率.在C(NO3--N)=35±2mg/L,TOC: N:P=10.7:10:1,pH=7.0～7.5時(shí),其TN去除率和NO3--N去除率分別達(dá)到了85%和94%以上,分別比3BER高15%和10%.

3.2 3BER-S耦合工藝具有較強(qiáng)的pH平衡能力,出水中NO2--N的積累量也較低.在相同反應(yīng)條件下,其出水pH低于3BER出水pH;出水中的NO2--N的平均積累量為3.04mg/L,比3BER低2mg/L.且每升出水中SO42-的積累量在15～45mg之間,滿足地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)要求(250mg/L).

3.3 3BER-S耦合工藝有較好的碳源和電子供體補(bǔ)償能力,硫自養(yǎng)反硝化脫氮作用在整個(gè)脫氮過程中所占比例為14.07%,單質(zhì)硫的有效利用率達(dá)到79.5%.

3.4 在3BER-S系統(tǒng)中,脫氮作用主要以異養(yǎng)反硝化過程為主,以單質(zhì)硫和氫為電子供體的自養(yǎng)反硝化脫氮作用也占有一定比例.系統(tǒng)中的反硝化細(xì)菌都與β變形菌綱中的細(xì)菌有較高的同源性,其中61.41%的反硝化細(xì)菌屬于陶厄氏菌屬,脫氮硫桿菌占3.50%,嗜酸菌屬占19.30%.

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Study on the performance for a coupleddenitrifying systemof 3BER-S.

MENG Cheng-cheng1,2, HAO Rui-xia1*, WANG Jian-chao1, WANG Run-zhong1, REN Xiao-ke1, ZHAO Wen-li1(1.Key Laboratory of Water Quality Science and Water Environment Recovery Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China；2.CCCC Second Harbor Consultants Co., Ltd, Wuhan, 430071, China). China Environmental Science, 2014,34(11)：2817～2823

To improve the denitrogenation effect of three-dimensional biofilm-electrode reactor (3BER), 3BER-S coupled system of 3BER and sulfur autotrophic denitrification technology has been applied for nitrate removal of simulated municipal wastewater treatment plant (WWTP) effluentwithlowcarbon-nitrogen ratio (C/N). Results of the comparative test between 3BER and 3BER-S indicated that 3BER-S was superior in TN removal efficiency, pH buffering and nitrite nitrogen accumulation. When TOC:TN:P = 10.7:10:1, C(NO3--N) = 35±2mg/L and pH=7.0～7.5 in the influent of the systems, the average total nitrogen and nitrate removal efficiency was about 85% and 94% for 3BER-S, which was 15% and 10% higher than 3BER respectively. And the average accumulation of nitrite nitrogen was 3.04mg/L for 3BER-S, which was 2mg/L lower than 3BER. The quantitative analysis of sulfur autotrophic denitrification process in 3BER-S showed that the effective availability of elemental sulfur was about 79.5%, and sulfur autotrophic denitrification process accounted 14.07 percent of whole denitrification process which played an important role in buffering pH of the coupled system. Based on the clone library of nitrite reductase genes (nirS) fragments, all the denitrifying bacteria in 3BER-S system showed a high similarity with Betaproteobacteria, in which Thauera, Thiobacillusdenitrificans and Acidovoraχhavea accounted for 61.41%, 3.50% and 19.30% respectively. Therefore when the organic carbon source was sufficient relatively in influent of 3BER-S, the heterotrophic denitrification process played the dominant role, as well ashydrogenotrophicand sulfur autotrophic denitrification processes owe a certainproportionin the system.

reclaimed water；biofilm-electrode；sulfur；denitrification；denitrifying bacteria

X703.1

A

1000-6923(2014)11-2817-07

孟成成(1986-),男,湖北隨州人,北京工業(yè)大學(xué)碩士研究生,主要研究方向?yàn)槲鬯幚砼c資源化回用.

2014-02-18

北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(8132017);國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51378028)

* 責(zé)任作者, 教授, haoruixia@bjut.edu.cn