深度脱氮 | 用硫自养反硝化替代传统脱氮工艺，真的能实现同步脱氮除磷吗？
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作者:善清环境
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发布时间: 2024-05-06
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污水处理脱氮通常通过硝化、反硝化生物途径实现。硝化作为生物脱氮的第一步一般并不存在什么技术难点，问题是始于NO3-的异养反硝化（至N2）不仅需要缺氧环境，且要保证有充足的有机碳源，但我国市政污水COD普遍低下，不得不以外加碳源方式来提高异养反硝化速率，而外加碳源势必增加污水处理碳排放。、
硫自养反硝化（SAD）作为一种绿色低碳的污水脱氮技术，具有成本低、污泥产量少、无须外加有机碳源等优点，能克服传统异养反硝化缺点，在处理低C/N污水时是用来替代传统异养反硝化工艺的最佳工艺之一。
Sulfur Autotrophic Denitrification
污水处理脱氮通常通过硝化、反硝化生物途径实现。硝化作为生物脱氮的第一步一般并不存在什么技术难点，问题是始于NO3-的异养反硝化（至N2）不仅需要缺氧环境，且要保证有充足的有机碳源，但我国市政污水COD普遍低下，不得不以外加碳源方式来提高异养反硝化速率，而外加碳源势必增加污水处理碳排放。
硫自养反硝化（SAD）作为一种绿色低碳的污水脱氮技术，具有成本低、污泥产量少、无须外加有机碳源等优点，能克服传统异养反硝化缺点，在处理低C/N污水时是用来替代传统异养反硝化工艺的最佳工艺之一。
硫自养反硝化技术是指某些硫自养反硝化细菌在缺氧或厌氧条件下，利用无机碳(如CO32-、HCO3-)作为碳源，以低价态硫(S0、S2-、S2O32-等)为电子供体，以NO3--N为电子受体，将NO3--N还原为N2的过程。可用作电子供体的低价态硫包括：硫单质、硫化物、硫铁矿和硫代硫酸盐等。硫自养反硝化常见电子供体具体反应式于表1。
单质硫粉的颗粒尺寸是影响固液传质效率的主要因素。小粒径的单质硫颗粒可提供更大的比表面积给微生物菌群，也更有益于反应的传质效率。经实验验证，当单质硫颗粒的粒径降低至 3 mm 以下时，其硝酸盐去除速率较 10 mm 的单质硫颗粒提高了3倍。
硫自养反硝化与传统的异养反硝化具有相同的脱氮路径，与C/N比类似，初始的S/N对反应也起着十分重要的作用。S/N过低容易导致反应不完全，S/N过高不仅会导致成本的增加，还有使硝酸盐异化还原成铵的可能。
温度对于硫自养反硝化过程是一个重要的环境因素，对细菌的生长和反硝化的速率有明显的影响。根据实验，硫自养反硝化的适宜温度在30 ℃左右。
硫自养反硝化反应多为产酸反应，反应过程中pH变化较大，而微生物的适宜pH区间较小，pH的变化会对系统的脱氮效率产生较大影响。硫自养反硝化的最适pH值约为7.0左右。
硫单质是一种廉价、高效的电子供体，具有无生物毒性和不溶于水的优点。与其他电子供体相比，硫单质是目前最有希望替代外加有机碳源的物质，已被广泛应用于废水、地下水、地表水甚至饮用水的生物脱氮处理中。
含有S2-的废水对环境有着较大的危害。污水中的S2-会对管道产生腐蚀，减少管道寿命，在输送过程中水解还会产生H2S气体，散发臭味的同时还具有一定的毒性。利用S2-作为硫自养反硝化的硫源可以将二者同时去除，可以达到以废治废的效果。
自然界中硫铁矿储量丰富，主要以四方硫铁矿(FeS)、雌黄铁矿(Fe1-x-S，x=0~0.125)和黄铁矿(FeS2)等形式存在。利用硫铁矿作电子供体进行自养反硝化的优势在于反硝化能力和自缓冲特性强，可以同步实现脱氮除磷，副产物如: 硫酸盐、废污泥、N2O、NH4+等生成量少。
硫代硫酸盐无毒性、无抑制性、易于被微生物所利用，常用于硫自养反硝化微生物的培养富集 。
硫代硫酸盐作电子供体，有利于生化系统的快速启动，能最大限度地减少污泥产生，降低污泥后处理的能耗和温室气体排放。
研究表明，以硫代硫酸盐作电子供体，进行硫自养反硝化时，硝态氮的转化率更高，分别是硫化物和硫单质的4.6倍和9.5倍，这是由于硫代硫酸盐具有较高的生物可利用性，且硫单质和硫化物对微生物也有一定的抑制作用。
1、无需投加碳源，节省了碳源的消耗；
2、滤料消耗费用小于碳源投加费用；
3、填料自身消耗，无需更换，直接投加；
4、无碳源穿透的问题，防止出水COD升高；
5、该反应产生的生物量很低，最大限度的减少了后续污泥量的处理，降低了后续微生物污染。
6、具备一定的同步脱氮除磷能力；
7、无需曝气，节省占地面积；
8、使用滤料替代碳源投加，避免药剂燃爆风险；
1、填料板结堵塞问题，生物膜容易堵塞填料，需要频繁反洗；
2、出水硫酸盐含量增加；
3、该工艺对温度的要求较高，低温状态下SAD过程脱氮效率较低；
4、反应器单位体积处理负荷较低，需使用粒径较小的So颗粒；
目前，硫自养反硝化多应用于深度脱氮领域，有些污水处理厂的深度脱氮工艺采用了硫自养反硝化滤池，替代了传统的异养反硝化滤池。但在实际应用中应根据项目的实际情况针对性选择合适的处理技术，若您在这方面有相关疑虑可随时联系我们咨询。
