基于缓释碳源驱动的硫酸盐还原-硫自养反硝化协同脱氮工艺在含硫酸盐废水中的应用研究

针对低碳氮比废水脱氮成本高、硫自养反硝化(SAD)副产物硫酸盐超标等问题，研究人员创新性开发了硫酸盐还原-硫自养反硝化(SR-SAD)耦合工艺。通过缓释碳源驱动硫酸盐还原菌(SRB)将SO42-转化为低价硫，实现硫循环与高效脱氮，出水COD(19.07 mg/L)和TN(1.49 mg/L)达国家一级A标准，为工业废水处理提供了经济可持续的解决方案。

　　

随着城市化进程加速，工业废水中的氮污染和硫酸盐超标问题日益严峻。传统异养反硝化工艺需要投加有机碳源，而硫自养反硝化(Sulfur Autotrophic Denitrification, SAD)虽能利用无机硫作为电子供体，却会产生500-1500 mg/L的硫酸盐副产物，不仅超出《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)二级限值(SO₄^2-≤600 mg/L)，更可能引发水体酸化、土壤板结等环境风险。更棘手的是，作为电子供体的单质硫不可再生，需持续补充，极大提高了运行成本。

针对这一双重挑战，国内某研究机构的研究人员独辟蹊径，将目光投向废水中本就大量存在的硫酸盐。他们提出通过硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria, SRB)将硫酸盐转化为低价硫化合物，既消除硫酸盐污染，又为SAD提供可持续的硫源，从而构建"硫酸盐还原-硫自养反硝化"(SR-SAD)的闭环硫循环系统。这项创新性研究发表在《Journal of Environmental Chemical Engineering》上，为工业废水处理提供了全新思路。

研究团队采用三大关键技术：首先从厌氧反应器中分离纯化高效SRB菌株YS1（经鉴定为Desulfovibrio desulfuricans），其次开发缓释碳源调控微生物群落，最后设计SR-SAD耦合反应器优化水力停留时间(HRT)。通过16S rRNA测序和电子显微镜等技术，系统解析了功能微生物的代谢机制。

Isolation and Purification of Sulfate-Reducing Bacteria

从厌氧反应器分离的YS1菌株在含铁培养基中形成黑色FeS沉淀，电镜显示其具有23 μm×10 μm的杆状形态和鞭毛结构。经Postgate培养基优化培养，该菌株在缓释碳源（乳酸钠）辅助下实现82.98%的硫酸盐还原率。

Morphology and Identification of Strain YS1

微生物群落分析揭示，SR-SAD系统中Desulfobacterota（占比38.7%）和Proteobacteria（31.2%）构成核心功能菌群。前者主导SO₄^2-→S^2-的还原过程，后者驱动S^2-→SO₄^2-的氧化循环。这种协同作用使反应器在HRT=5 h时，出水COD和TN分别稳定在19.07 mg·L^-1和1.49 mg·L^-1。

Conclusion

该研究开创性地实现了三大突破：一是通过缓释碳源精准调控SRB代谢，将电子传递效率提升至0.29 g COD/g NO₃^--N，较传统工艺降低90%碳源消耗；二是构建的硫循环系统使污泥产量减少30-40%；三是破解了SAD工艺硫酸盐副产物累积的行业难题。这种"以废治废"的策略，为化工、冶金等行业高硫酸盐废水处理提供了可推广的解决方案。正如通讯作者Yanhe Han强调的，该技术兼具环境效益与经济效益，有望成为下一代废水脱氮的标准工艺。