综述：硫驱动部分反硝化耦合厌氧氨氧化：可持续脱氮的研究进展、优化与工程前景

（编辑推荐）本综述系统阐述了硫驱动部分反硝化（SPD）耦合厌氧氨氧化（AnAOB）的协同脱氮机制，揭示了其通过硫氧化菌（SOB）还原NO3-为NO2-并供给AnAOB的低碳高效特性，同时探讨了反应器优化、硫酸盐（SO42-）控制等工程挑战，为可持续污水处理提供技术路径。

　　

硫驱动部分反硝化耦合厌氧氨氧化的脱氮革命

代谢途径的精密协作

硫驱动部分反硝化耦合厌氧氨氧化（SPD/A）通过硫氧化菌（SOB）和厌氧氨氧化菌（AnAOB）的跨界合作，重构了传统脱氮路径。SOB以单质硫（S⁰）、硫化物（S^2-）或硫代硫酸盐（S₂O₃^2-）为电子供体，将硝酸盐（NO₃^-）还原为亚硝酸盐（NO₂^-），而AnAOB则利用该NO₂^-与氨氮（NH₄⁺）直接生成氮气（N₂）。这一过程不仅规避了传统异养反硝化对有机碳的依赖，还将污泥产量降低90%，同时减少N₂O等温室气体排放。

亚硝酸盐积累的调控艺术

NO₂^-的稳定积累是SPD/A成功的关键。研究发现，硫化物浓度超过20 mg/L会抑制AnAOB活性，而NO₂^-超过15 mg/L则可能毒害SOB。通过调控硫/氮比（S/N）在0.6-1.2范围内，可实现NO₂^-转化率高达80%。值得注意的是，硫代硫酸盐路径因反应吉布斯自由能更低（-297 kJ/mol），比单质硫路径更具热力学优势。

反应器工程的创新突破

为提升SPD/A稳定性，研究者开发了硫磺填充床耦合膜生物反应器（S⁰-MBR），通过生物膜截留AnAOB（粒径<0.5 μm）并控制溶解氧在0.15-0.3 mg/L。某中试项目采用该技术，在处理氨氮浓度100 mg/L的垃圾渗滤液时，总氮去除率（TNRE）达85%，且硫酸盐产量控制在200 mg/L以下。

实际应用的挑战与曙光

尽管SPD/A在实验室规模表现优异（ANRE>70%），但实际污水中硫化物波动、低温（<15°C）抑制等问题仍需攻克。最新研究提出通过投加磁铁矿（Fe₃O₄）促进直接种间电子传递（DIET），可将低温下脱氮效率提升30%。未来需开发整合硫还原（SRB）单元的闭环系统，实现硫资源的循环利用。

走向碳中和的水处理未来

SPD/A技术正从实验室走向工程实践。某制药废水处理厂应用该工艺后，年减排CO₂达1200吨。随着微生物互作机制解析和智能控制系统的引入，这项革命性技术有望成为主流污水处理的标准配置，推动水处理行业迈向碳中和。