傳統(tǒng)生物脫氮技術(shù)通過異養(yǎng)反硝化過程將硝酸鹽還原為氮氣，從而完成水中氮素的去除。但是傳統(tǒng)的脫氮技術(shù)存在兩方面不足：一是需要投加大量的有機碳源（如甲酸、乙酸、葡萄糖等），不僅增加污水處理廠的運行成本，而且可能會增大出水COD超標(biāo)的風(fēng)險；二是投加大量的化學(xué)藥劑必然會導(dǎo)致大量剩余污泥的生成，從而增加污泥處置成本。硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)利用化能自養(yǎng)微生物，在缺氧或厭氧條件下以低價態(tài)硫（S0、S2-、S2O32-等）作為電子供體將硝酸鹽還原為氮氣，從而實現(xiàn)污水脫氮。該技術(shù)以總氮去除率高、污泥產(chǎn)率低、N2O還原速率快、N2O溫室氣體產(chǎn)生量少等特點被廣泛應(yīng)用于污水及地下水的處理。介紹了硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的脫氮原理、影響因素及其耦合工藝在實際應(yīng)用中的效果，對硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的未來發(fā)展方向進行展望，以期為硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)進一步的推廣應(yīng)用提供參考。

1、硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)脫氮原理

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)利用還原態(tài)硫作為電子供體，將NO3-、NO2-還原為N2從而去除水中的氮元素。不同形態(tài)的硫進行自養(yǎng)反硝化的反應(yīng)式如表1所示。

硫自養(yǎng)反硝化的本質(zhì)是硫自養(yǎng)反硝化菌利用以上硫源發(fā)生反硝化作用，目前從自然界中分離鑒定出的硫自養(yǎng)反硝化菌種類已超過10種，根據(jù)能量來源不同可分為3種：①嚴(yán)格化能自養(yǎng)型細(xì)菌，如Thiobacillusdenitrificans、Thiobacillusthioparus等；②兼性自養(yǎng)型細(xì)菌，如Paracoccusdenitrificans；③巨大絲狀細(xì)菌，如Beggiatoa和Thioplaca。在湖泊、海洋沉積物以及油田等自然環(huán)境中均發(fā)現(xiàn)了硫自養(yǎng)反硝化菌，而在污水處理系統(tǒng)中大量存在的硫自養(yǎng)反硝化菌則更多是球菌與桿菌，如趙晴等在成熟的硫化物自養(yǎng)反硝化顆粒污泥中發(fā)現(xiàn)大量的球菌與桿菌，其中與硫化物自養(yǎng)反硝化過程相關(guān)的自養(yǎng)反硝化功能菌的比例在65%以上，如Thiobacillusdenitrificans和Sulfurimonasdenitrificans等。

2、硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)脫氮的影響因素

2.1 電子供體類型

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)研究中的還原性無機硫化物主要有6類：①硫化物（H2S/HS-/S2-）；②單質(zhì)硫S0（化學(xué)合成單質(zhì)硫以及生物單質(zhì)硫）；③硫代硫酸鹽（S2O32-）；④天然硫鐵礦物（硫鐵礦FeS2/磁黃鐵礦FeS）；⑤硫氰化鹽（SCN-）；⑥亞硫酸鹽（SO32-）等。其中，單質(zhì)硫、硫化物、硫代硫酸鹽以及天然硫鐵礦物是較為常用的4種電子供體類型。在以單質(zhì)硫為硫源的自養(yǎng)反硝化體系中，通常使用硫磺作為電子供體，硫磺廉價且無毒，性質(zhì)穩(wěn)定，但是其在常溫下的溶解度較低，因此會對生物有效性產(chǎn)生限制；硫化鈉等硫化物雖然較易溶解，但其溶解后造成的強堿性環(huán)境會對系統(tǒng)中的微生物造成沖擊；硫代硫酸鹽相較于單質(zhì)硫有更高的溶解度，因此傳質(zhì)效果、生物有效性都有較大的提升，但采用作為電子供體時，需要增加溶藥、加藥等設(shè)備，對運行管理要求相對較高；天然硫鐵礦物廉價易得，含有豐富的鐵、硫元素，其反硝化過程產(chǎn)生的酸能促進礦石的溶解，可提供更多的硫化物和Fe2+作為電子供體，且反硝化過程產(chǎn)生的Fe3+能夠與PO43-反應(yīng)生成沉淀，可以達(dá)到同時脫氮除磷的效果。但是硫鐵礦物作為填料需要較長的HRT才能取得較好的出水效果，這限制了硫鐵礦物的工程實際應(yīng)用。

電子供體的選擇不同會導(dǎo)致微生物種類有較大的差異，最終影響硫自養(yǎng)反硝化工藝的脫氮效果。袁瑩等在升流式厭氧污泥反應(yīng)床（UASB）中分別考察了以S0、Na2S和Na2S2O3作為電子供體的3個系統(tǒng)的脫氮效果，其中以Na2S2O3為電子供體的反應(yīng)器脫氮好，其次是S0反應(yīng)器，Na2S系統(tǒng)對總氮的去除率，其原因在于不同硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)培養(yǎng)馴化的自養(yǎng)反硝化菌不同。Carboni等分別使用S0、FeS2、S2O32-、S2-作為反硝化電子供體，并比較了來自污水廠的消化污泥和UASB反應(yīng)器的厭氧顆粒污泥兩種接種污泥的微生物群落發(fā)展情況。研究結(jié)果表明，除了S2-系統(tǒng)外，其他3種系統(tǒng)都發(fā)現(xiàn)了以自養(yǎng)反硝化為主的微生物群落，其中在FeS2系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了以Thiobacillus、Thioprofundum以及Ignavibacterium為主導(dǎo)的優(yōu)勢菌種；S2O32-系統(tǒng)的反硝化速率最高，分別比S0、FeS2系統(tǒng)快1.5倍和6倍。李冬梅等以硫鐵礦為填料構(gòu)建了人工濕地裝置，在微污染水源條件下，水力停留時間為60h時，硫鐵礦人工濕地對NH4+-N、NO3--N、TN的去除率分別為60.9%、67.2%以及49.2%；人工濕地礦石表面菌落中Proteobacteria是優(yōu)勢菌種，相對豐度占45%左右，Thiobacillus為自養(yǎng)反硝化脫氮的主要功能菌種。除了常規(guī)的硫化物作為電子供體外，有研究利用煉油廠的廢硫化堿（含有較高濃度的硫，以S2-為主）作為自養(yǎng)反硝化的替代電子供體來源，提高了反硝化效率，TN去除率增加約9%。

2.2 溫度

溫度是影響微生物活性的關(guān)鍵因素之一，作為硫自養(yǎng)反硝化過程中的優(yōu)勢菌種，自養(yǎng)反硝化菌如脫氮硫桿菌等通常在高溫條件下表現(xiàn)出最佳的生長狀態(tài)，最適溫度為25~35℃。溫度差異導(dǎo)致不同電子供體的溶解度和整個系統(tǒng)的傳質(zhì)效率也有所改變，因此會影響系統(tǒng)對氮素的去除效率。

李天昕等利用硫粉和石灰石粉制備自養(yǎng)反硝化填料，并將其裝填于濾柱反應(yīng)器中，實驗結(jié)果表明，當(dāng)溫度從10℃上升至30℃時，脫氮硫桿菌的生長速率逐漸增大；當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，菌株的生長速率開始減慢。在此系統(tǒng)中，菌株的最適反硝化溫度為32.8℃，高于其自身生長的最適溫度（29.5℃）。袁瑩等的研究表明，Na2S2O3系統(tǒng)對低溫的適應(yīng)能力，在10~20℃時，HRT由6h降至4h，NO3-的平均去除率仍高達(dá)92%，但是在低溫條件下，系統(tǒng)內(nèi)NO2-積累量增加，說明NO3-在低溫條件下未轉(zhuǎn)化。

2.3 pH

與溫度的影響方式類似，pH的變化也會造成微生物活性的改變。李文斐的研究表明，pH影響了微生物細(xì)胞膜中膜電荷電位的變化，進而引起反應(yīng)過程中微生物酶活性的改變，最終導(dǎo)致反硝化效率發(fā)生變化。目前，研究普遍認(rèn)為自養(yǎng)反硝化菌的最適pH為6.8~8.2，大多數(shù)研究結(jié)果證明硫自養(yǎng)反硝化的最佳pH為中性條件。

此外，不同形態(tài)的硫電子供體在發(fā)生反硝化作用過程中會產(chǎn)酸或產(chǎn)堿（見表1），因此系統(tǒng)pH發(fā)生變化，若不補充堿度或酸度，則反應(yīng)體系的脫氮過程會受到抑制。較為常用的4種硫電子供體發(fā)生的自養(yǎng)反硝化作用均是產(chǎn)酸過程，因此實際應(yīng)用中為了維持pH穩(wěn)定，通常會添加含有堿度成分的物質(zhì)。在傳統(tǒng)的硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)中，因為石灰石成本低且易獲取，所以常被作為外加堿度物質(zhì)來調(diào)節(jié)pH。在以石灰石作為堿度來源的硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)中，硫與石灰石的體積比（S/L）是一個關(guān)鍵因素，在保證堿度充足的前提下，應(yīng)盡可能提高反應(yīng)器中硫的比例，從而達(dá)到更高的脫氮率。Kilic等評估了3個填充不同S/L（1∶1、2∶1和3∶1）的平行填充床生物反應(yīng)器的工藝性能，在S/L為3∶1的反應(yīng)器中觀察到了最大的硝酸鹽還原率，硝酸鹽負(fù)荷為0.66gNO3--N/（L·d）。

盡管石灰石在低硝酸鹽負(fù)荷情況下是有效的外加堿度來源，但在高濃度硝酸鹽負(fù)荷條件下，石灰石緩慢的溶解速率可能會成為自養(yǎng)反硝化過程的限制因素，同時，石灰石產(chǎn)生的出水硬度、溶解性總固體（TDS）提高等問題也不容忽視。Sahinkaya等比較了S0-石灰石和S0-碳酸氫鹽固定床生物反應(yīng)器的反硝化性能，兩者的自養(yǎng)反硝化速率分別為0.1和0.36gNO3--N/（L·d），使用碳酸氫鹽作為堿度來源提高了反應(yīng)器的脫氮效率。除了常規(guī)的碳酸氫鹽外，還有白云石、蛋殼、牡蠣殼等非常規(guī)的含堿度材料構(gòu)建的硫自養(yǎng)反硝化體系。

2.4 HRT

HRT是影響硫自養(yǎng)反硝化反應(yīng)程度的一個重要參數(shù)，對反硝化是否以及副產(chǎn)物的積累量和硝態(tài)氮的去除率具有決定性作用。李維維等的研究表明，HRT越長，NO2--N和S0的積累率越小，說明較長的HRT可使反硝化過程進行得更為，反應(yīng)產(chǎn)物最終轉(zhuǎn)化為N2和SO42-。此外，HRT對微生物的生長也有一定影響，當(dāng)HRT過短時，反硝化過程產(chǎn)生的能量可能不滿足微生物生長代謝的需要。更多的研究表明，TN的去除率隨HRT的增加而升高，在硫磺-石灰石系統(tǒng)中，當(dāng)HRT>6h時，NO3--N及TN的去除率均能達(dá)到100%；當(dāng)HRT<5h時，雖然NO3--N去除率仍能達(dá)到100%，但是TN去除率明顯降低。這主要是因為反硝化過程中硝酸鹽還原速率大于亞硝酸鹽還原速率，所以當(dāng)HRT不夠長時，亞硝酸鹽還原不，導(dǎo)致亞硝酸鹽的積累。由天然硫鐵礦物（如FeS2、FeS等）構(gòu)建的人工濕地往往需要更長的HRT才能達(dá)到脫氮的目的，因為硫鐵礦等礦物的溶解率極低，所以其向水體提供硫源是一個緩慢的過程，最佳的HRT往往在24h以上。為實現(xiàn)高效脫氮、降低HRT，田家宇等使用-海藻酸鈉-活性炭懸浮填料開展了流化床型硫自養(yǎng)反硝化脫氮研究，實現(xiàn)了優(yōu)勢菌種的快速富集，TN處理負(fù)荷是傳統(tǒng)固定床的3.6~13.7倍。不同HRT下硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)對氮素的去除率見表2。

2.5 硫氮比（S/N）

在不同的硫自養(yǎng)反硝化工藝體系中，進水硝酸鹽負(fù)荷與硫的濃度是影響NO3--N去除率的重要因素。S/N（硫與硝酸鹽的比）對NO3--N去除率的影響主要體現(xiàn)在兩方面：一是進水硫化物濃度過高會對微生物產(chǎn)生抑制作用，二是硫化物濃度過低會因電子供體不足而導(dǎo)致反硝化效率較低。因此，合適的S/N是硫自養(yǎng)反硝化工藝中的關(guān)鍵參數(shù)。

蘆昭霖等探究了S/N對SBBR反應(yīng)器系統(tǒng)硫自養(yǎng)反硝化的影響，發(fā)現(xiàn)隨著S/N的增加，NO3--N的去除速率越來越大，但是TN去除率有所下降，在S/N=1.3時，系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生完整的硫自養(yǎng)反硝化過程，TN去除率高達(dá)94.8%；但S/N增加到1.5后，系統(tǒng)中出現(xiàn)了硝酸鹽異化還原成銨（DNRA）的現(xiàn)象，產(chǎn)生了NH4+-N，TN去除率下降至79.7%，同時造成了SO42-的積累。研究發(fā)現(xiàn)，活性污泥系統(tǒng)中也有類似的現(xiàn)象發(fā)生，其原因在于游離硫化物（S2-）會抑制反硝化過程中N2O和NO的還原，從而積累亞硝酸鹽，為DNRA提供電子供體。

2.6 其他因素

其他因素如硫源的粒徑、進水水質(zhì)等都會影響硫自養(yǎng)反硝化的效率。粒徑更小意味著可反應(yīng)的硫表面積更大，因此，系統(tǒng)的反應(yīng)傳質(zhì)效率也更高。當(dāng)反應(yīng)條件相同時，顆粒硫粒徑為3~5mm時的脫氮率僅是粒徑為0.5~1mm時的1/2。但是，硫粒粒徑過小易隨水流失，導(dǎo)致反應(yīng)器脫氮效率較低，且投資成本提高。

研究表明，進水中含有少量無機鹽對硫自養(yǎng)反硝化過程有促進作用。進水中維持一定濃度的磷酸鹽有利于硝酸鹽的去除，磷濃度為0.034mg/L時的硝酸鹽去除量是3.25mg/（L?h），是磷濃度為0.023mg/L時的3倍以上；當(dāng)Mg2+<0.059mg/L時，其濃度變化對硫反硝化過程的影響較大；Fe2+的限制濃度應(yīng)低于0.058mg/L。袁玉玲等的研究也表明，初始磷濃度對TN去除有較大影響，當(dāng)磷元素濃度過低時，反硝化菌亞硝酸還原酶的合成會受到抑制，為使TN去除率保持在90%以上，磷酸鹽的初始濃度應(yīng)不低于0.4mg/L。

3、硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)耦合工藝研究進展

硫自養(yǎng)反硝化工藝存在反應(yīng)裝置啟動時間長、反應(yīng)過程產(chǎn)酸和產(chǎn)SO42-等缺點，若與其他工藝耦合則可以有效避免上述缺點，從而達(dá)到更好的脫氮效果。

3.1 硫自養(yǎng)-異養(yǎng)反硝化

將硫自養(yǎng)反硝化與異養(yǎng)反硝化工藝進行耦合，可以減少堿度的投加，降低運行成本。為了強化脫氮性能，Sahinkaya等在含有硫和石灰石的填充床生物反應(yīng)器內(nèi)加入甲醇以刺激自養(yǎng)和異養(yǎng)反硝化過程，當(dāng)甲醇/NO3--N（質(zhì)量比）為1.67時，實現(xiàn)了對濃度為75mg/L的NO3--N的去除，出水硫酸鹽約為225mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于甲醇/NO3--N為2.47時的異養(yǎng)反硝化理論值。李祥等在異養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中添加S0后發(fā)現(xiàn)，硫自養(yǎng)反硝化菌能在異養(yǎng)反硝化反應(yīng)器中快速生長；相比于異養(yǎng)反硝化過程，協(xié)同反硝化的TN去除率達(dá)到85%以上，污泥產(chǎn)量僅為異養(yǎng)反硝化的60%，極大地降低了污泥產(chǎn)量。史航等構(gòu)建了陶粒-硫磺混合生物填料自養(yǎng)-異養(yǎng)反硝化耦合工藝用以處理城市污水處理廠的尾水，在C/N為4、HRT為4h的條件下與異養(yǎng)反硝化工藝對比后發(fā)現(xiàn)，在保證相同脫氮效率的情況下，硫自養(yǎng)-異養(yǎng)反硝化耦合工藝減少了碳源的投加量，降低了運行成本。

另一方面，雖然硫自養(yǎng)-異養(yǎng)反硝化耦合工藝具有明顯的優(yōu)勢，但是在處理高濃度NO3--N廢水的同時會產(chǎn)生NO2--N的積累，需要進行深度處理。除此之外，硫自養(yǎng)菌在與反硝化異養(yǎng)菌的底物競爭中容易處于劣勢，從而導(dǎo)致協(xié)同系統(tǒng)失穩(wěn)，影響脫氮效果。

3.2 硫自養(yǎng)反硝化-厭氧氨氧化

近年來，傳統(tǒng)脫氮工藝效率不足和能耗較大等缺點日益凸顯，無需有機碳源和曝氣的厭氧氨氧化技術(shù)逐漸成為研究熱點。在缺氧條件下，厭氧氨氧化菌以NO2--N作為電子受體，將NH4+-N氧化為N2，同時伴隨少量NO3--N的產(chǎn)生。硫自養(yǎng)短程反硝化產(chǎn)生的NO2--N可以作為厭氧氨氧化反應(yīng)的氧化劑，耦合工藝得以形成。Li等為了同時去除含氟半導(dǎo)體廢水中NH4+-N和NO3--N，將S0驅(qū)動的自養(yǎng)反硝化和厭氧氨氧化工藝進行耦合后發(fā)現(xiàn)，耦合工藝實現(xiàn)了對含氟半導(dǎo)體廢水中TN的去除，出水TN<20mg/L。方文燁等在硫自養(yǎng)反硝化耦合厭氧氨氧化的過程中同樣發(fā)現(xiàn)，引入S0后的厭氧氨氧化系統(tǒng)對TN的去除率達(dá)到了97%以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于厭氧氨氧化理論的TN最高去除率。

由此可見，通過向厭氧氨氧化體系中投加如單質(zhì)硫、硫化鐵等硫源，在適當(dāng)?shù)?span style="font-family: Calibri;">pH、溫度等條件下，可以實現(xiàn)耦合工藝的穩(wěn)定運行，并且達(dá)到較好的除氮效果。但是，厭氧氨氧化菌群和硫自養(yǎng)反硝化菌群對共同底物（如NO2--N）的競爭、反應(yīng)過程中硫化物對厭氧氨氧化菌群的抑制作用等都會限制耦合工藝的長期穩(wěn)定運行。

3.3 短程硝化反硝化-厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化

短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化工藝在不額外添加有機碳源的情況下可直接將高濃度NH4+-N轉(zhuǎn)化為N2排出，運行過程中耗氧量少，污泥產(chǎn)率低。但是，該耦合工藝會形成NO3--N的積累，造成二次污染，同時存在的菌群底物競爭問題也未得到有效解決。通過在短程硝化反硝化耦合厭氧氨氧化工藝后添加硫自養(yǎng)反硝化階段，可以解決NO3--N的積累問題，同時實現(xiàn)脫氮。郝理想等通過短程硝化反硝化-厭氧氨氧化-硫自養(yǎng)反硝化耦合工藝來處理老齡填埋場滲濾液，解決了原有生化工藝處理過程中碳源投加量大、污泥產(chǎn)生量高等問題，其中耦合工藝對COD、NH4+-N、TN、TP、SS的去除率均保持在99%以上。

3.4 硫自養(yǎng)反硝化-生物濾池

傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化濾池需要額外投加碳源，不僅運行成本高，而且存在BOD5超標(biāo)風(fēng)險。劉寶峰等采用硫自養(yǎng)反硝化濾池對市政污水進行深度處理，在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)自養(yǎng)反硝化濾池平均除氮率達(dá)到90%，微生物馴化啟動時間約為12d，出水NO3--N穩(wěn)定在5mg/L以下，運行成本較異養(yǎng)反硝化濾池減少50%以上。此外，為了提高耦合工藝的脫氮效率，新型載體材料的開發(fā)同樣至關(guān)重要。羅黎煜等通過在生物濾池內(nèi)添加新型石灰石改性硫磺材料來處理模擬一級B標(biāo)準(zhǔn)出水，研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)硫磺與石灰石的體積比為3∶1時，改性材料的脫氮除磷；當(dāng)HRT為1h時，對NO3--N和PO43--P的去除率分別高于89%和65%。研究同時分析了生物濾池內(nèi)的微生物群落組成，發(fā)現(xiàn)濾池內(nèi)的硫自養(yǎng)反硝化菌群豐度>79%，保證了濾池始終具有良好的脫氮除磷效果。為了對比該耦合工藝與傳統(tǒng)生物濾池在脫氮性能上的差異，Wang等對硫自養(yǎng)生物濾池與異養(yǎng)生物濾池的運行性能進行了比較，研究發(fā)現(xiàn)硫自養(yǎng)反硝化濾池在無反沖洗條件下運行15d仍能保持穩(wěn)定的反硝化性能，而異養(yǎng)反硝化濾池在停止反沖洗2d后硝酸鹽去除率明顯下降。由此可見，通過在傳統(tǒng)生物濾池內(nèi)添加硫自養(yǎng)反硝化填料，可以有效改善系統(tǒng)的脫氮性能。

3.5 硫自養(yǎng)反硝化-人工濕地

人工濕地可以在一定程度上降低污水處理廠二級出水中的氮磷污染物，運行和維護成本較低。但是，人工濕地系統(tǒng)有機碳源的短缺使其對NO3--N的去除效果較差。因此，通過向濕地系統(tǒng)中投加硫源營造自養(yǎng)反硝化的條件可以有效降低出水中NO3--N的濃度。Wang等研究了3種基于硫自養(yǎng)反硝化的水平、綜合垂直和水平-綜合垂直流人工濕地系統(tǒng)的脫氮效果，在HRT為3.5h、溫度為18.5~23.5℃條件下，采用綜合垂直流濕地系統(tǒng)最為有效，硫自養(yǎng)反硝化系統(tǒng)對NO3--N的去除起主導(dǎo)作用，對NO3--N和TP的去除效率分別為96.1%和44.3%。王翔等通過將硫自養(yǎng)反硝化和人工濕地相結(jié)合，有效解決了潛流濕地脫氮難的瓶頸。其研究發(fā)現(xiàn)，控制濕地系統(tǒng)中還原態(tài)硫-沸石-礫石的體積比為1∶1∶1，在溫度分別為25~30℃和17~19℃條件下，硫自養(yǎng)潛流濕地系統(tǒng)的脫氮率均達(dá)到了90%以上。人工濕地是一個綜合的生態(tài)系統(tǒng)，其在凈化水質(zhì)的同時也具有一定的經(jīng)濟、生態(tài)和美學(xué)價值。與其他耦合系統(tǒng)相比，加入硫源后的人工濕地系統(tǒng)可以使廢水的污染物降解反應(yīng)更加多元化，達(dá)到良好污水處理效果的同時獲得最大資源化利用。

3.6 生物膜-電極耦合硫自養(yǎng)反硝化

生物膜-電極反應(yīng)（BER）通過將電化學(xué)過程與生物降解過程相結(jié)合，利用電化學(xué)過程的產(chǎn)物為生物膜反應(yīng)提供碳源和能源，具有處理效率高、投資成本低等優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的BER電能消耗過高，對硝酸鹽的去除效果受限于陰極表面積和電流強度。因此，為了提高反硝化效率以及節(jié)約電能，BER耦合硫自養(yǎng)反硝化工藝逐漸成為處理高濃度硝酸鹽廢水的。

王旭峰等采用三維電極生物膜與硫自養(yǎng)耦合工藝去除地下水中的硝酸鹽時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)溫度為20~25℃、進水pH為7~7.5、HRT為16h和電流強度為400mA時，反應(yīng)體系對NO3--N的去除率達(dá)到了97.15%。Liu等將生物膜-電極反應(yīng)器與硫自養(yǎng)反硝化過程進行組合來去除地下水中的硝酸鹽，發(fā)現(xiàn)電流強度對耦合過程的反硝化效果影響較大，當(dāng)電流強度為100mA時，硝酸鹽的去除率達(dá)到了99.9%，亞硝酸鹽產(chǎn)量很低。隨著電流強度的增加，SO42-的積累濃度逐漸增加，硫自養(yǎng)反硝化的參與比例逐漸上升。Hao等在處理低C/N廢水時發(fā)現(xiàn)，相較于BER來說，BER耦合硫自養(yǎng)反硝化工藝對氮的去除率可以提高45%左右；與單一的硫自養(yǎng)反硝化工藝或者BER工藝相比，耦合工藝的BER系統(tǒng)內(nèi)氫自養(yǎng)反硝化所產(chǎn)生的堿度可以補充硫自養(yǎng)反硝化消耗的堿度，同時，硫自養(yǎng)反硝化過程產(chǎn)生的H+可作為BER陰極產(chǎn)氫的前驅(qū)物，從而提高系統(tǒng)的產(chǎn)氫速率。

3.7 磁分離-硫自養(yǎng)反硝化

研究表明，磁分離技術(shù)對SS、COD、TP等均有較高的去除率，但是此技術(shù)作為物理方法對氨氮和硝態(tài)氮的去除不甚明顯。在經(jīng)過磁分離工藝處理后，污水的C/N顯著下降，因此后續(xù)增加硫自養(yǎng)反硝化工藝，無需額外添加有機碳源即可實現(xiàn)污水的脫氮除磷。

3.8 小結(jié)

綜上所述，將硫自養(yǎng)反硝化過程與其他工藝進行耦合，可以有效提高系統(tǒng)的脫氮效率，不同耦合工藝的優(yōu)缺點如表3所示。

4、展望

硫自養(yǎng)反硝化工藝因其效率高、能耗低、無需添加有機碳源、污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注，目前已經(jīng)成功應(yīng)用在低濃度生活污水以及高濃度工業(yè)廢水的中小規(guī)模治理中。溫度、pH、HRT、進水S/N、電子供體的選擇等都是硫自養(yǎng)反硝化工藝脫氮效率的重要影響因素，反應(yīng)器類型的選擇及設(shè)計、工藝參數(shù)的設(shè)置、耦合工藝的過程控制都給硫自養(yǎng)反硝化的實際應(yīng)用帶來了困難和挑戰(zhàn)，并且出水硫酸鹽二次污染問題也限制了硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的大規(guī)模推廣。研究表明，HRT是限制硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)應(yīng)用的主要原因，HRT較長則工藝所需的占地面積大，因此該技術(shù)應(yīng)用在一體化污水處理設(shè)備中的可能性較小，與生物濾池、人工濕地等負(fù)荷較小的工藝耦合時較為適用。未來應(yīng)對以下幾個方面進行更為深入的研究，使硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)得到更廣泛的應(yīng)用。

①與其他工藝耦合時，因自養(yǎng)菌增殖速率較異養(yǎng)菌更為緩慢，故亟須富集培養(yǎng)高效的硫自養(yǎng)反硝化菌，縮短硫自養(yǎng)反硝化工藝的啟動周期并提高工藝穩(wěn)定性。

②目前硫源材料存在傳質(zhì)速率低、價格高等問題，因此亟須開發(fā)比表面積大、抗沖擊負(fù)荷能力強、價格低廉、高效耐用的新型生物載體硫源材料。

③根據(jù)硫自養(yǎng)反硝化耦合體系中微生物群落結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化，分析優(yōu)勢菌群的豐度變化，識別硫自養(yǎng)反硝化核心微生物菌群和功能基因，深入研究硫自養(yǎng)反硝化相關(guān)功能基因的表達(dá)對微生物活性的影響。