摘 要

脱氮硫杆菌除去污水中的硫化物是目前最经济有效的方法，该方法去除H₂S具有去除效率高、工艺设备简单、管理维护方便、运行费用低、二次污染小、可生成单质硫(S)回收矿质资源等优点。所以被广泛应用。

本文以武汉某污水处理厂的活性污泥作为菌种来源，通过脱氮硫培养基的培养和筛选成功选育出具有高效脱硫能力的脱氮硫杆菌，该菌株菌落扁平，颜色为不透明的白色，边缘不规则，湿润易取，菌液为白色悬浊液；在25℃下可以在72h内将初始量为41mg/L的硫离子降低至0.4mg/L，硫的去除率达到99%

本文通过对菌株的生长条件优化研究，发现该株菌的最佳硫源为硫化钠0.1 g/L;最佳氮源为硝酸钾1 g/L；最佳生长条件为25℃;最佳pH范围在7左右；该菌株的适应期为0～24 h，对数生长期为24～54 h，稳定期为54～66 h，66 h后进入衰亡期。

该株菌25℃下，72h 内硫去除率达到 80%以上，具有良好的脱硫能力，因此该菌株能在常温脱硫过程中发挥一定的作用，应用前景非常良好。

关键词：恶臭水；生物处理；脱硫

Abstract

Denitrification thiobacillus to remove sulfide in the wastewater is by far the most economic and effective method, the method to remove H2S has high efficiency, simple processing equipment, management, maintenance convenience, low operating cost, little secondary pollution, can generate elemental sulfur (S) recovery of mineral resources, etc. So it's widely used.

This paper, taking wuhan strains of a sewage treatment plant activated sludge as the source, through the cultivation of the sulfur nitrogen medium and filter successfully bred denitrification with efficient desulfurization ability sulfur bacillus, the flat mutants, color is opaque white, the edge is irregular, wet easy to take, microbial to white suspension; Under 25 ℃ within 72 h the initial amount of sulfur for 41 mg/L ion reduced to 0.4mg/L, the removal rate of sulfur is 99%

In this paper, it was found that the optimal sulfur source of the strain was 0.1g /L of sodium sulfide by studying the optimal growth conditions of the strain. The optimal nitrogen source is potassium nitrate 1 g/L. Optimal growth conditions for 25 ℃;The optimal pH range is around 7.The adaptation period of the strain was 0 ~ 24 h, the logarithmic growth period was 24 ~ 54 h, and the stable period was 54 ~ 66 h. After 66 h, the strain entered the declining period.

Within 72 h of the bacterial strains under 25 ℃, sulfur removal rate reached more than 80, it has good desulfurization ability, so the strain could play a role in the normal temperature desulfurization process, the application prospect is very good.

Key words: malodorous water; Biological treatment; The desulfurization.

目录

摘要 1

Abstract 4

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.1.1恶臭水的特征及危害 1

1.2恶臭水的处理方法 2

1.2.1物理方法 2

1.2.2化学方法 3

1.3脱氮硫杆菌脱硫机理 3

1.4研究意义、主要内容和技术路线 4

1.4.1研究意义 4

1.4.2研究内容 4

1.4.3技术路线 5

第二章 脱氮硫杆菌株的选育 6

2.1实验材料 6

2.1.1菌株来源 6

2.1.2实验药品 6

2.1.3培养基 7

2.1.4实验仪器 7

2.1.5检测方法 8

2.2标准曲线的绘制 8

2.2.1硫（S）标准曲线 8

2.3实验方法 9

2.3.1常温脱硫污泥的富集与驯化 9

2.3.2脱氮硫杆菌株的分离和纯化 9

2.3.3脱氮硫杆菌的筛选 10

2.4实验结果与讨论 10

2.4.1常温脱硫污泥的富集驯化结果 10

2.4.2脱氮硫杆菌的分离和纯化 11

2.4.3脱氮硫杆菌的筛选 12

第三章 脱氮硫杆菌生长条件优化 14

3.1脱氮硫杆菌生长的最佳硫源 14

3.1.1实验方法 14

3.1.2实验结果与讨论 15

3.2脱氮硫杆菌生长的最佳氮源 15

3.2.1实验方法 15

3.2.2实验结果与讨论 16

3.3脱氮硫杆菌菌生长的最佳pH 16

3.3.1实验方法 16

3.3.2实验结果与讨论 16

3.4低温反硝化菌的最佳生长曲线 17

3.4.1实验方法 17

3.4.2实验结果与讨论 17

3.5小结 18

第四章 脱氮硫杆菌在处理恶臭水的应用 19

4.1试验方法 19

4.2实验结果与讨论 20

第五章 结论与建议 21

5.1结论 21

5.2建议 21

致 谢 25

第一章 绪论

1.1引言

近年来，我国在黑臭水体治理方面做出许多努力，但因存量较大，黑臭水体的问题并未得到根治^[1]。根据全国城市黑臭水体整治信息发布数据显示， 截至2017年6月底，全国地级及以上城市2100个黑臭水体中，完成整治工程的有927个，占44.14%；开工整治的有843个，占40.14%；正在开展项目前期工作的有252个，占12.0%；正在制定整治方案的有76个，占3.62%；尚未制定整治方案的有2个，占0.1%。我国《恶臭污染物排放标准》（GB14554-1993）将恶臭污染物定义为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。迄今凭人的嗅觉即能感觉到的恶臭物质有4000多种，其中对健康危害较大的有硫醇类、氨、硫化氢、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚类等几十种^[1-5]。
　　恶臭物质分布广，影响范围大。 随着我国经济发展和城市化进程的加快，人们的生活水平和环境意识的日益提高，恶臭污染问题逐渐凸现出来。大中城市市民关于恶臭污染的投诉占整个环境污染投诉的25%以上，且呈现不断上升的趋势。

十八届三中全会以来，我国政府多次将生态文明提到更加重要的位置，政府对整个环境治理方面的重视程度不断增加。在水环境治理方面，城市黑臭水体治理则是政府最为关注的领域。可以预见，未来几年，城市黑臭河治理将会是水环境治理的重中之重。当前我们的处理技术仍旧处于比较落后的地步，因此寻找一种高效除硫技术迫在眉睫。

1.1.1恶臭水的特征及危害

恶臭水的处理过程中会产生大量的恶臭气体,其中硫化氢(H₂S)是主要 的恶臭污染物质之一^[1]。恶臭水处理过程中产生的H₂S主要来源于进水中硫酸盐 (SO₄²⁻)的转化和含硫有机物的脱硫两个方面。在厌氧或缺氧的条件下硫酸盐还原菌(SRB)利用SO₄²⁻作为电子受体氧化水的有机物，同时SO₄²⁻被还原为S²⁻；S²⁻与H 结合形成H₂S，从水中逸散到空气中形成恶臭污染^[2]。人体吸入这种有害气体，先是会对人体的呼吸系统造成危害，也会对循环系统、内分泌系统、神经系统等造成一定的危害。长期吸入恶臭气体，会减少食欲、恶心甚至于呕吐，更严重的可能造成消化功能减退。恶臭气体不但会对人体肠胃造成损害，还能对精神造成伤害，比如能使人心情烦躁，心神不宁，注意力难以集中，判断力和记忆力下降，导致智商下滑，更严重甚至可以导致大脑层兴奋与抑制的调节功能失调，如此长期生活在这种恶臭环境下，最终可能导致死亡^[3]。

1.1.2恶臭水处理的难点

恶臭水的主要来源于工业生产和生活设施所产生的废水。随着科学技术的不断进步和人们生活方式的剧烈改变，生活污水越来越复杂，恶臭的产生越来越多。由于工业废水和生活污水一起排放，成分更加复杂。恶臭水处理的难点主要有：

（1）通过化学试剂的方法，还有物理方法对于恶臭水中的部分能源进行回收，这两种方法成本高，回收效益小，经济不划算。

（2）恶臭水成分日益复杂、污染物浓度偏低，并且波动大，因而很难选出一种稳定的处理方法。

（3）恶臭气体对于人体环境危害很大，常规的处理方法，达不到处理要求，会造成二次污染。

（4）恶臭水处理工艺和技术的选择，受到地方、住户各方面的影响。经济发展水平、环境条件、地理因素都有很大的负面影响。

1.2恶臭水的处理方法

当前去除污水中的硫化物的物理方法主要有直接吹脱、曝气氧化、化学氧化、化学沉淀及吸附等方法^[4]。

1.2.1物理方法

最早使用的是直接吹脱方法，由于吹脱出的H₂S对环境污染很大，所以被取代，曝气氧化是指向废水中注入空气或纯氧，将硫化物氧化成无毒的硫代硫酸盐或硫酸盐。但是该方法在处理过程中会有大量的硫化氢随着空气逃逸，达不到清理的目的^[5] 吸附法指用活性炭或高分子吸附剂利用物理吸附将水中 硫化物吸附于吸附剂上，从而去除水中硫化物的方法。方便快捷，但是处理的范围有限制，像杂质较多的污水则没有办法彻底处理。

1.2.2化学方法

化学沉淀法是往水中投加某种化学试剂是指与水中的硫化物发生互换反应，生成难溶于水的盐类，形成沉淀从而降低水中硫化物含量的方法。该方法便捷经济，但是要处理沉淀物，较为繁琐^[6] 。

1.2.3生物处理方法

由于物理化学方法在处理范围和处理效果上的不足，于是采用生物的方法对水体进行脱硫处理是目前最为经济有效的方法。与传统的物化处理方法相比生物法去除H₂S具有去除效率高。工艺设备简单。管理维护方便，运行费用低，二次污染小，可生成单质硫(S)回收矿质资源等优点因而得到广泛的应用^[7]。在研究过程中发现硫细菌是参与生物氧化H₂S的主要微生物。硫细菌能以氧气(O₂)或硝酸盐(NO₃⁻)为电子受体氧化硫化物，获取能量或在细胞内聚集S^[8]。脱氮硫杆菌是硫杆菌中较为特殊的一种，因具有菌种来源广泛、生态幅宽、胞外聚集S⁰等适合于工程应用的特点，成为氧化H₂S和其他硫化物的重要的脱硫工程菌^[9]。

1.3脱氮硫杆菌脱硫机理

以氧(O₂)作为电子受体的好氧氧化途径脱氮硫杆菌能够以空气中的 O₂ 为电子受体将H₂S 氧化为 SO₄²⁻，氧化过程经由多个步骤完成[反应式(1)−(7)]。根据反应体系中 O₂ 的量，氧化产物为 S0、S₂O₃²⁻或 SO₄²⁻。当 O₂ 不足时，H₂S的氧化途径如反应式(8)所示，氧化产物是硫单质；O₂ 量充足时，S0 逐渐被氧化为 S₂O₃²⁻[反应式(9)]；当 O₂ 过量时，S₂O₃²⁻作为中间产物被过量的 O₂ 氧化，菌对硫化物有高度的亲和性，其对硫化物的生物氧化超过硫化物的化学氧化。有氧条件下，脱氮硫杆菌产物的形式为 SO₄²⁻[反应式(10)]。

1.H₂S 0.5O₂→S⁰ 2H

2.2S₀ 2O₂ OH⁻→S₂O₃²⁻ H

3.S₀ 1.5O₂ H₂O→SO₄²⁻ 2H

4.S₀ O₂ H₂O→SO₃²⁻ 2H

5.2S₂O₃²⁻ 0.5O₂ 2H →S₄O₆²⁻ H₂O

6.S₂O₃²⁻ 1.5O₂ 2H₂O→2H₂SO₄

7.SO₃²⁻ 0.5O₂→S O₄²⁻

8.H₂S 0.5O₂→S⁰ H₂O

9.H₂S O₂→0.5S₂O₃²⁻ 0.5H₂O H

10.H₂S 2O₂→SO₄²⁻ 2H

1.4研究意义、主要内容和技术路线

1.4.1研究意义

由于物理化学方法在处理范围和处理效果上的不足，于是采用生物的方法对水体进行脱硫处理是目前最为经济有效的方法。与传统的物化处理方法相比生物法去除H₂S具有去除效率高。工艺设备简单。管理维护方便，运行费用低，二次污染小，可生成单质硫(S)回收矿质资源等优点因而得到广泛的应用^[10-11]。在研究过程中发现硫细菌是参与生物氧化H₂S的主要微生物。硫细菌能以氧气(O₂)或硝酸盐(NO₃⁻)为电子受体氧化硫化物，获取能量或在细胞内聚集S^[5]。脱氮硫杆菌是硫杆菌中较为特殊的一种，因具有菌种来源广泛、生态幅宽、胞外聚集S⁰等适合于工程应用的特点，成为氧化H₂S和其他硫化物的重要的脱硫工程菌^[12]。本研究通过对脱氮硫杆菌进行富集、筛选、分离出常温下具有高效去除H₂S和其他硫化物的脱氮硫杆菌，并且在实验室条件下模拟恶臭水环境探究其除硫能力。希望可以广泛的应用到恶臭水处理和污水处理当中。更加高效，更加经济的解决污染问题^[13]。

1.4.2研究内容

本研究以武汉某污水处理厂的活性污泥作为泥种，进行定向选育和富集，以期可以通过筛选得到具有良好脱硫性能的脱氮硫杆菌。并对菌株鉴定以及其生长特性和常温下脱硫能力等方面的研究。研究内容包括：1）进行脱氮硫杆菌的富集和培养；2）对富集污泥进行分离和纯化，得到纯菌株后，进行脱氮硫杆菌的筛选；3）筛选出一株常温下具有高效脱硫能力的菌株后，对其进行生长特的研究；4）根据菌株生长特性的研究结果，对菌株进行培养用来常温下脱硫特性的研究。

1.4.3技术路线

菌株的分离与纯化

好养段底泥的富集与驯化

常温脱氮硫杆菌筛选

图1.1

第二章 脱氮硫杆菌株的选育

菌株的选育过程主要包括两个步骤：初筛和复筛。初筛是指根据应用目的，选择合适的富集培养基，将可能含有目标菌株的污泥等进行定向培养，通过富集和驯化，可以把目标菌株尽量保留下来。在富集过程中检测目标物的降解情况，以确定富集情况，在达到富集目标后进行菌株的分离和纯化，以使混合的菌株分离开。复筛是对分离出的菌株进行目标功能认定，进一步确定其是否为所需的目标菌株^[14-15]。

2.1实验材料

2.1.1菌株来源

武汉某污水处理厂的活性污泥

2.1.2实验药品

实验药品及实际见表2.1。

表2.1 主要药品及试剂

2.1.3培养基

LB培养基：蛋白胨10g/L；酵母粉5g/L；NaCl 10g/L；pH 7.0-7.5，用于菌株的保存。