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随着大气污染日益严重,烟气脱硫脱硝已经成为控制大气污染的主要途径之一,然而现有的物理和化学法烟气脱硫脱硝技术,虽然可以实现污染物治理的目标,但也都在不同程度上存在着运行成本高、工艺复杂、产生二次污染等问题,因此研究者一直致力于开发更经济高效的烟气脱硫脱硝技术。用生物技术来完成烟气脱硫脱硝并最终实现烟气硫氮无害化及资源化,具有高效、低成本、无二次污染等优点,得到了研究者的广泛关注。本研究在生物法烟气脱硫、氧化吸收法烟气脱硝和生物反硝化技术的基础上,提出了用化学吸收法将烟气中的二氧化硫和氮氧化物转移到水相,在水相通过生物转化实现硫氮无害化和资源化的化学吸收-生物法烟气同步脱硫脱硝工艺,该工艺包括下列过程：首先将烟气中SO2和NOx分别利用两个吸收塔吸收,通过碱性吸收液将SO2转化为亚硫酸盐、硫酸盐,通过含氧化剂的碱性吸收液将NOx转化为亚硝酸盐、硝酸盐；随后将含有亚硫酸盐、硫酸盐的溶液送入厌氧生物反应器,利用硫酸盐还原菌将亚硫酸盐、硫酸盐还原成硫化物（S2’）；然后将厌氧生物反应器排出的含有硫化物的溶液送入微氧生物反应器,同时将前述含有亚硝酸盐、硝酸盐的烟气脱硝吸收液送到同一个微氧生物反应器,在此利用硫氧化细菌（Sulfur-oxidizing bacteria, SOB）、反硝化脱硫细菌（Nitrate-reducing, Sulfide-oxidizing bacteria, NR-SOB）和反硝化细菌（Nitrate-reducing bacteria, NRB）将硫化物转化为单质硫,同时将亚硝酸盐、硝酸盐转化为氮气,实现烟气中硫氮的无害化、硫资源化和碱性吸收液的再生。在上述化学吸收-生物法烟气同步脱硫脱硝工艺中,SO42-和NO3-的生物转化过程是SO2和NOx能否资源化和无害化的关键步骤。针对这一问题,本论文着重研究厌氧生物反应器中的硫酸盐／亚硫酸盐还原过程和微氧生物反应器中硫化物氧化、硝酸盐还原并同时生成单质硫的过程。首先在厌氧生物反应器中研究了葡萄糖作为碳源时的硫酸盐还原过程特性和剩余活性污泥（Waste Activated Sludge, WAS）裂解液作为碳源时的亚硫酸盐还原过程特性,然后在微氧生物反应器中研究了溶解氧（DO）、负荷和碳源对硫化物氧化、硝酸盐还原和单质硫生成过程的影响,并推测了微氧条件下碳氮硫的转化途径。为化学吸收-生物法烟气同步脱硫脱硝工艺的工业化应用提供理论基础和技术支持。论文研究的主要内容和结论如下：在还原硫酸盐／亚硫酸盐的厌氧生物反应器中,对以葡萄糖作为碳源将硫酸盐生物转化为硫化物的效果进行了考察,当反应器(SO42-)进水负荷为2.74 kg SO42-/m3/d(相当于SO42--S负荷为0.89 kg S/m3/d)时,硫酸盐转化率和硫化物生成率均在85%左右。由于葡萄糖作为碳源成本较高,而WAS中含有大量的有机物,也可以被微生物用作碳源。因此,为进一步降低硫酸盐/亚硫酸盐生物转化过程的成本,在厌氧生物反应器中,考察了以WAS裂解液作为碳源时亚硫酸盐转化为硫化物的效果,在最佳COD/SO32-（3:2）条件下,当反应器（SO32--S）进水负荷达到3.55 kg S/m3/d时,亚硫酸盐转化率和硫化物生成率均在80%左右。在同步将硫化物氧化为单质硫、硝酸盐还原为氮气的微氧生物反应器中,以葡萄糖作为碳源,考察了不同溶解氧条件下反应器的运行效果,发现最佳溶解氧浓度为0.1-0.3mg/L。在此条件下,当进水硫化物负荷为8.16kg S/m3/d时,硫化物转化率和单质硫生成率均超过99%,与此同时,硝酸盐进水负荷达到2.48 kg N/m3/d且硝酸盐去除率接近90%。在以葡萄糖作为碳源的同步将硫化物氧化为单质硫、硝酸盐还原为氮气的微氧生物反应器中,当进水S-N负荷下为8.72 ± 0.04 kg S/m3/d和2.49 ± 0.04 kg N/m3/d时,利用PCR-DGGE技术研究了不同溶解氧情况下生物群落多样性、群落结构和功能微生物丰度的变化,发现溶解氧在0.1-0.3 mg/L时,硫化物转化率、硝酸盐去除率和单质硫生成率最佳,同时硫氧化细菌和反硝化细菌的相对丰度最高；而溶解氧高于0.5 mg/L时,反硝化细菌的相对丰度明显降低；碳降解菌的相对丰度随着溶解氧的增加而增加。根据批式实验结果结合反应器性能及功能微生物分析,推测出在最佳溶解氧时硫化物和硝酸盐的转化途径：硫化物氧化成单质硫的过程主要通过异养硫氧化细菌和反硝化脱硫细菌实现,而硝酸盐还原为亚硝酸盐的过程主要通过反硝化脱硫细菌和异养反硝化细菌完成,中间产物亚硝酸盐最终被还原为氮气的过程主要通过异养反硝化菌完成。在同步将硫化物氧化为单质硫、硝酸盐还原为氮气的微氧生物反应器中,考察了硫化物氧化和硝酸盐还原过程利用WAS发酵液替代葡萄糖作为碳源的可行性及其过程特性。当反应器进水硫化物和硝酸盐负荷分别为8.52 kg S/m3/d和2.53kg N/m3/d时,硫化物转化率和单质硫生成率均超过99%,同时硝酸盐去除率也能够达到95%以上。批式实验结果显示,WAS发酵液作为碳源时的硫化物和硝酸盐的生物转化效率高于葡萄糖。