Page 207 - 《精细化工》2023年第9期

第 9 期 邵 磊，等: 改性黄铁矿为电子供体的生物反硝化脱氮性能 ·2055·

铁矿（煅烧时间 2 h，煅烧温度 600 ℃，改性剂为 2 结果与讨论
二甲基亚砜）。
1.6.1 投加量的影响 2.1 微生物群落分析
在 SBR 反应器中加入 1 L 驯化后的菌群污泥， 在第 25 d 时从 SBR 反应器中取出污泥进行微
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NO 3 -N 初始质量浓度为 20.00 mg/L，分别投加 200、 生物群落分析，SBR 反应器中微生物群落在属水平
300、400、500、600 mg/L 改性黄铁矿，平均粒径为 上的相对丰度（选择两个样本相对丰度高的前 20 个
276 nm，pH=7.5~8.0，温度 25~30 ℃，搅拌器转速为 属）见图 1。从图 1 可以看出，当黄铁矿为电子供
90 r/min 的条件下，定时取样检测 SBR 反应器中 体时，优势属为硫杆菌属(Thiobacillus)、发酵菌属
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NO 3 -N 和 NO 2 -N 质量浓度变化，确定最佳投加量。 (Ornatilinea)和硝化螺旋菌属(Nitrospira)，相对丰度
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1.6.2 NO 3 -N 初始质量浓度的影响 分别为 16.4%、7.4% 和 6.6%。结果表明，在 SBR
在 SBR 反应器中加入 1 L 驯化后的菌群污泥， 反应器中，Thiobacillus 相对丰度最高，它是黄铁矿
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初始 NO 3 -N 质量浓度分别为 8.00、13.00、23.00、 自养反硝化的主要功能微生物，是典型的硫氧化硝
33.00、43.00 mg/L（分别加入 8、13、23、33、43 mL 酸盐还原细菌，能够利用化学能自养生长，在氧化
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NO 3 -N 溶液），改性黄铁矿投加量 500 mg，平均粒 硫或硫化物的同时还原硝酸盐 [17] 。研究表明，
径为 276 nm，pH=7.5~8.0，温度 25~30 ℃，转速为 Thiobacillus 除利用硫化物进行自养反硝化作用外，
90 r/min 的条件下，定时取样检测 SBR 反应器中 还能利用 Fe(Ⅱ)进行自养反硝化作用 [18] ；Ornatilinea
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NO 3 -N 质量浓度变化，考察不同初始 NO 3 -N 质量浓 是发酵细菌，能够发酵多种蛋白质底物和糖类产生
度对改性黄铁矿脱氮性能的影响。 乙酸、乙醇和 H 2 ，在反应器中利用脱落的生物膜和
1.6.3 粒径的影响 死亡微生物发酵 [19] ；Nitrospira 是存在于污水处理厂
通过球磨后酸洗再研磨得到黄铁矿粉末，再用 和实验室反应器中主要的亚硝酸氧化菌，可将亚硝
1500 目、3000 目的滤布过滤得到平均粒径分别为 酸盐氧化成硝酸盐。
10 和 5 μm 的黄铁矿粉末，同时通过只改变球磨时间
（分别为 12 和 24 h）的方式得到平均粒径分别为 0.7
和 0.2 μm 的黄铁矿粉末。在 SBR 反应器中加入 1 L
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驯化后的菌群污泥，初始 NO 3 -N 质量浓度为 20.00
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mg/L（加入 20 mL NO 3 -N 溶液），改性黄铁矿投加
量 500 mg/L，pH=7.5~8.0，温度 25~30 ℃，搅拌器
转速为 90 r/min 的条件下，定时取样检测 SBR 反应
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器中 NO 3 -N 质量浓度变化，考察不同粒径对改性黄
铁矿脱氮性能的影响。
1.6.4 pH 的影响
图 1 微生物在属水平上的群落结构
在 SBR 反应器中加入 1 L 驯化后的菌群污泥， Fig. 1 Community structure of microorganisms at genus level
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初始 NO 3 -N 质量浓度为 18.00 mg/L（加入 18 mL
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NO 3 -N 溶液），改性黄铁矿投加量 500 mg/L，平均 2.2 XRD 分析
粒径为 200 nm，温度 25~30 ℃，搅拌器转速为 天然黄铁矿、煅烧黄铁矿（煅烧温度分别为 500、
90 r/min 的条件下，用稀 HCl 和 NaOH 溶液调节反
600、800 和 1000 ℃，煅烧时间为 2 h）以及混合煅
应器中 pH 为 6.0、6.5、7.0、7.5 和 8.0，定时取样 烧黄铁矿（煅烧温度 600 ℃，改性剂二甲基亚砜，
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检测 SBR 反应器中 NO 3 -N 质量浓度变化，考察不
煅烧时间 2 h）的 XRD 如图 2 所示。实验所用天然
同 pH 对改性黄铁矿脱氮性能的影响。
黄铁矿主要成分为 FeS 2 且色谱纯度 100%，不含其
1.6.5 温度的影响 他杂质，从图 2 可以看出，在 2θ=28.5°、33.0°、37.0°、
在 SBR 反应器中加入 1 L 驯化后的菌群污泥，
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初始 NO 3 -N 质量浓度为 18.50 mg/L（加入 18.5 mL 40.7°、47.4°、56.2°、59.0°、61.6°、64.3°处衍射峰
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NO 3 -N 溶液），改性黄铁矿投加量 500 mg/L， 分别对应(111)、(200)、(210)、(211)、(220)、(311)、
(222)、(023)、(321)晶面，与黄铁矿的标准图谱
pH=7.0，平均粒径 200 nm，搅拌器转速为 90 r/min
（PDF#71-2219）一致。500 ℃煅烧下无其他物质
的条件下，用加热棒调节反应器中温度为 20、25、
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30、35 和 40 ℃，定时取样检测 SBR 反应器中 NO 3 -N 生成；但 600 ℃煅烧后，在 2θ= 44.0°处出现新的衍
质量浓度变化，考察不同温度对改性黄铁矿脱氮性 射峰对应 (102 ) 晶 面 ， 与磁黄铁矿 的标准图谱
能的影响。 （PDF#75-0600）一致；煅烧温度提高至 800 ℃时，