生物源硫在硫驱动自养反硝化中的优势：性能提升、污泥特性与微生物响应机制

针对化学硫（chem-S0）在硫驱动自养反硝化（SAD）中溶解性与生物利用度低的问题，研究人员对比了生物源硫（bio-S0）的效能。研究发现，bio-S0使反硝化负荷提升至350.4 mg N/(L·d)，是chem-S0的3.5倍，并通过刺激EPS分泌、富集反硝化菌（如Thiobacillus）和增强硝酸盐还原酶（NAR）活性优化系统性能，为废水低碳氮比处理提供了新策略。

　　

随着全球水资源短缺问题加剧，低碳氮比废水的高效处理成为环境工程领域的焦点。传统异养反硝化需添加有机碳源，易引发二次污染且成本高昂，而硫驱动自养反硝化（Sulfur-driven Autotrophic Denitrification, SAD）因其无需外源有机物的特性备受关注。然而，化学硫（chem-S⁰）作为SAD常用电子供体，存在溶解度低、生物利用度差的缺陷，严重制约了反硝化潜力。与此同时，沼气生物脱硫过程中产生的生物源硫（bio-S⁰）因其亲水性和高分散性，展现出替代chem-S⁰的潜力，但其在SAD系统中的最大效能与调控机制尚未明确。

针对这一科学问题，江苏高校水处理技术与材料协同创新中心等机构的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表论文，通过对比bio-S⁰与chem-S⁰驱动的SAD系统，揭示了前者在反硝化性能、污泥特性及微生物响应方面的优势。研究采用序批式反应器（SBR）长期运行结合批次实验，通过宏基因组学（FAPROTAX功能预测）和酶活性分析（硝酸盐还原酶NAR定量）等技术，系统解析了bio-S⁰的增效机制。

氮去除性能
在HRT（水力停留时间）为12 h和6 h时，两组系统均实现98%以上的总氮（TN）去除率。但当HRT缩短至3 h，bio-S⁰组反硝化负荷达350.4 mg N/(L·d)，显著高于chem-S⁰组的99.8 mg N/(L·d），表明bio-S⁰可支撑更高氮负荷下的稳定运行。

污泥特性与EPS分泌
bio-S⁰组污泥平均粒径增加15.7%，胞外聚合物（EPS）含量提升39.5%，其中蛋白质与多糖比例优化，增强了污泥沉降性。透射电镜（TEM）显示其微生物细胞表面附着的硫颗粒更密集，印证了bio-S⁰的强生物亲和性。

微生物群落与功能
高通量测序发现bio-S⁰组反硝化菌总丰度提高42.7%，优势菌属为Thiobacillus（硫氧化菌）、Ferritrophicum（相对丰度57.6%）和PHOS-HE36。FAPROTAX预测显示，该组硝酸盐还原和硫暗氧化功能更强，与NAR活性提升2.7%的结果一致。

批次实验验证
亲水性实验证实bio-S⁰接触角比chem-S⁰低33.5°，且其富含的钙、铁、锌等微量元素可协同促进反硝化速率（提升18.2%）和EPS合成。

该研究首次阐明bio-S⁰通过“物理特性-化学元素-微生物响应”三重机制优化SAD效能，不仅为沼气脱硫副产物的高值化利用提供路径，更为低碳氮比废水处理工艺升级奠定了理论基础。Haoxing Hu、Bingzheng Wang等作者指出，未来可进一步探索bio-S⁰与化学硫的复合使用策略，以平衡成本与效能，推动SAD技术的规模化应用。