硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

付淘真，劉玉玉，楊麗原

(濟南大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，山東 濟南 250022)

人類活動的影響，如生活污水和畜禽糞便的不當(dāng)排放、化肥農(nóng)藥的濫用和流失等造成的水體中硝酸鹽污染已成為重大環(huán)境問題[1]。有報道稱，水體中硝酸鹽濃度過高可能導(dǎo)致包括高鐵血紅蛋白血癥和癌癥等嚴重的人類健康問題，以及水體富營養(yǎng)化等生態(tài)環(huán)境問題[2]，因此，如何有效去除硝酸鹽一直是水處理領(lǐng)域的研究重點。

目前水中硝酸鹽的去除方式主要分為物化法和生物法。物化法主要包括離子交換法、反滲透法、電滲析法和蒸餾法等，這些方法脫氮效果好，但是成本

較為昂貴[3]。生物法是目前主流的污水廠脫氮方式，主要采用好氧區(qū)硝化和厭氧區(qū)異養(yǎng)反硝化過程，將硝酸鹽還原成氮氣，從而完成脫氮。該方法在應(yīng)用過程中仍然有較多不足：一方面，傳統(tǒng)異養(yǎng)反硝化階段通常需要污水處理廠額外投加有機碳源(如甲醇、乙酸、葡萄糖等)作為還原硝酸鹽的電子供體以及供給微生物生長，不僅增加了污水處理廠運行成本，而且也帶來了出水化學(xué)需氧量超標的風(fēng)險；另一方面，化學(xué)藥劑的大量投加必定生成大量的剩余污泥，極大地增加了污泥的處理處置成本[4]。

近20 a來，硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)因無需外加有機碳源、產(chǎn)泥量少且價格低廉等優(yōu)點而逐漸受到國內(nèi)外水處理領(lǐng)域的廣泛關(guān)注[5-7]。該技術(shù)主要通過硫自養(yǎng)反硝化細菌，以無機硫源如硫單質(zhì)、硫鐵礦和硫代硫酸鹽等作為電子供體還原硝酸鹽完成脫氮。雖然硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)可以在很大程度上彌補異養(yǎng)反硝化的不足，但還是存在一些問題亟待解決。依據(jù)硫自養(yǎng)反硝化的機理，在還原硝酸鹽的同時會產(chǎn)生大量的硫酸鹽，因此可能造成出水硫酸鹽超標；同時，反應(yīng)過程中還會明顯消耗體系中堿度，導(dǎo)致出水pH減小。此外，在以固相硫源作為電子供體時，細菌與材料之間的傳質(zhì)速率低，也是限制反硝化效果和脫氮效率的重要因素。

為了解決上述問題，進一步提高硫自養(yǎng)反硝化的脫氮效率，推廣該項技術(shù)的實際應(yīng)用，近年來很多學(xué)者展開了更為深入的完善工作，因此，本文中將對硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行綜述，包括硫自養(yǎng)反硝化中微生物群落結(jié)構(gòu)和代謝機制、電子供體的選擇、在水處理中的應(yīng)用，以及與異養(yǎng)反硝化的協(xié)同反硝化等，同時對該技術(shù)未來發(fā)展進行展望。

1 硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)中的微生物群落

無論是異養(yǎng)反硝化技術(shù)還是自養(yǎng)反硝化技術(shù)，反硝化效果都最終取決于微生物的種類和活性。眾多學(xué)者通過快速發(fā)展的微生物檢測技術(shù)，如定量聚合酶鏈式反應(yīng)(qPCR)技術(shù)和高通量測序(NGS)技術(shù)等，詳細分析了硫自養(yǎng)反硝化體系中的微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性，并從微生物代謝機制的層面解釋了試驗結(jié)果。

微生物群落是反應(yīng)系統(tǒng)中微生物種群的集合，通常用相對豐度表示[8]。群落結(jié)構(gòu)決定了整個反應(yīng)系統(tǒng)的生態(tài)功能和特性，其穩(wěn)定性也是保證反應(yīng)效果和抗水質(zhì)變化能力的關(guān)鍵因素。Qian等[8]對比了以硫化鈉和硫代硫酸鈉為電子供體的硫自養(yǎng)反硝化污泥系統(tǒng)中的造粒過程，并通過高通量焦磷酸測序分析了其微生物群落的差別，結(jié)果表明，在以硫化鈉驅(qū)動的體系中，主要菌種為嗜鹽單胞菌度(Halomonas)和溶桿菌屬(Lysobacter)，相對豐度分別為17.19%和18.05%，在以硫代硫酸鹽驅(qū)動的反硝化體系中，主要菌種為噬硫桿菌(Thiobacillus)和硫螺旋菌(Sulfurimonas)，相對豐度分別占15.01%和15.26%。Yang等[9]建立了一種從城市污水廠厭氧污泥中富集硫自養(yǎng)反硝化菌的高效、經(jīng)濟的方式，通過以硫代硫酸鹽為電子供體，在溫度為30 ℃的厭氧條件下培養(yǎng)28 d后，Thiobacillus菌種的相對豐度達到55%，表明從厭氧污泥成功富集了硫基自養(yǎng)反硝化菌群。Ge等[10]研究了以天然硫鐵礦為基質(zhì)的人工濕地系統(tǒng)中的微生物群落，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中相對豐度最高的五大菌屬分別為厭氧黏細菌(Anaeromyxobacter，4.9%)、Ramlibacter(4.8%)、Defluviicoccus(4.2%)、固氮弓菌屬(Azoarcus，3.7%)、地桿菌(Geobacter，3.4%)，而硫自養(yǎng)反硝化菌Thiobacillus的相對豐度僅為0.12%。Zhang等[11]通過宏基因組學(xué)得到了反硝化硫轉(zhuǎn)化相關(guān)強化生物除磷(DS-EBPR)反應(yīng)器內(nèi)11類菌種近乎完整的代謝通路，揭示并描述了各類菌種的相互作用和碳(C)、氮(N)、磷(P)、硫(S)元素的循環(huán)模式，不僅為硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的優(yōu)化提供了理論依據(jù)，也拓寬了人們對不同元素在生物地球化學(xué)循環(huán)中的認識。

總的來說，Thiobacillus和Sulfurimonas是2種最常見的硫氧化反硝化菌。隨著研究的深入，尤其是硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化技術(shù)的研究，人們對具有自養(yǎng)反硝化功能的細菌和群落結(jié)構(gòu)具有了更深的認識。

2 電子供體的選擇

電子供體是硫自養(yǎng)反硝化的關(guān)鍵部分，了解電子供體的機理和特性有助于透徹理解硫自養(yǎng)協(xié)同反硝化過程。1977年，Bisogni等[12]采用硫代硫酸鹽和硫化物作為電子供體，通過脫氮硫桿菌(Thiobacillusdenitrificans)進行了自養(yǎng)反硝化的研究，并測定了該反應(yīng)的化學(xué)計量比，開啟了硫自養(yǎng)反硝化領(lǐng)域的研究。

2.1 傳統(tǒng)硫源

電子供體是硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)中反應(yīng)速率和反硝化效果的決定性因素。目前，硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的電子供體是硫化物、硫單質(zhì)、鐵硫化物，相關(guān)化學(xué)反應(yīng)式及熱力學(xué)數(shù)據(jù)見表1。

表1 硫自養(yǎng)反硝化電子供體的化學(xué)反應(yīng)式及熱力學(xué)數(shù)據(jù)

2.1.1 硫化物

硫化物往往具有明顯的臭味和腐蝕性，是造成管道破損和河道黑臭的主要因素之一，因此，在一些特定情況下人們會采用硫化物驅(qū)動的自養(yǎng)反硝化完成同步脫硫脫硝過程[17-18]。Moraes等[19]利用厭氧反應(yīng)器出水中的硫化物作為電子供體，在間歇曝氣的情況下實現(xiàn)了同步硝化-自養(yǎng)反硝化過程，硝化和反硝化效率分別達到85.7%和53.0%。Liu等[20]研究了利用沼氣中的硫化氫作為電子供體，以沼氣中的二氧化碳作為無機碳源時的反硝化效果，并對比了麥飯石和磷礦2種天然礦石作為新型pH調(diào)節(jié)材料的效果，結(jié)果表明，2種礦石都能使體系的pH從4.5增加到6.0以上，磷礦反應(yīng)體系中反硝化效率更是達到99.1%。利用硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)完成同步脫硫脫硝，實現(xiàn)了污染物的資源化，符合當(dāng)前的循環(huán)經(jīng)濟政策，但也對裝置的搭建和工藝的運行提出了更高的要求。

2.1.2 硫單質(zhì)

硫單質(zhì)價格低廉，同時也便于運輸和操作，是目前應(yīng)用最廣泛的硫自養(yǎng)反硝化電子供體[21-24]。Kong等[25]搭建了硝化-反硝化土壤滲濾裝置處理生活污水，以硫單質(zhì)為電子供體，以好氧區(qū)產(chǎn)生的二氧化碳為無機碳源，以牡蠣殼作為堿度劑，在60 d的運行時間里硝酸鹽去除率達到了84.86%。Wang等[26]構(gòu)建硫單質(zhì)-菱鐵礦自養(yǎng)反硝化體系處理二級出水，通過間歇式的中試驗證了菱鐵礦作為無機碳源和pH緩沖劑的可能性，并確定了硫單質(zhì)與菱鐵礦的最佳體積比為1∶3，在長達401 d的正常運行中將出水硝酸鹽質(zhì)量濃度穩(wěn)定控制在4 mg/L左右。2020年，Huiliir等[27]提出并校準了一種硫單質(zhì)自養(yǎng)反硝化動力學(xué)模型，能夠很好地模擬反硝化系統(tǒng)，推動了硫自養(yǎng)反硝化在智慧水廠中的應(yīng)用。雖然在硫單質(zhì)自養(yǎng)反硝化效果出色，但是出水中持續(xù)增長的硫酸鹽濃度和持續(xù)減小的pH等問題仍然不可忽視。

2.1.3 鐵硫化物

鐵硫化物是指由鐵元素和硫元素組成的一系列化合物，包括硫鐵礦(FeS2)、磁黃鐵礦(Fe1-xS)、硫富鐵礦(Fe3S4)、隕硫鐵(FeS)等[20,28]，其中硫鐵礦和磁黃鐵礦儲量豐富，分布廣泛，是理想且廉價的自養(yǎng)反硝化電子供體。目前，鐵硫化物已被證實是自養(yǎng)反硝化技術(shù)中有效的電子供體，相關(guān)研究多集中在地下水硝酸鹽污染修復(fù)和污水處理廠二級出水深度脫氮等領(lǐng)域。

J?rgensen等[29]通過實驗測定證實了以硫鐵礦為電子供體的自養(yǎng)反硝化過程可還原砂質(zhì)含水層中1/2的硝酸鹽。Li等[30]將磁黃鐵礦和硫單質(zhì)顆?；旌?，通過間歇式、柱式和中試試驗研究了磁黃鐵礦-硫自養(yǎng)反硝化體系，在1 a的運行時間中將出水硝酸鹽質(zhì)量濃度穩(wěn)定在(0.28±0.14)mg/L。從化學(xué)計量學(xué)和實驗中不難發(fā)現(xiàn)，在與其他電子供體相比較時，鐵硫化物還原等量硝酸鹽時的硫酸鹽產(chǎn)量相對較低，但仍超過了地表水排放國家標準規(guī)定的質(zhì)量濃度值(250 mg/L)。此外，穩(wěn)定的礦物結(jié)構(gòu)和較大的顆粒粒徑也使得微生物對礦物的利用速率較低，多項研究中的反應(yīng)水力停留時間(HRT)均長達數(shù)天[10,31-32]，因此，探究硫自養(yǎng)細菌對鐵硫化物的生物浸出機理[33-34]，提高鐵硫化物的自養(yǎng)反硝化速率，將是今后的研究趨勢。

2.2 新型材料開發(fā)

為了提高硫自養(yǎng)反硝化體系中微生物的附著能力和反硝化速率，學(xué)者們開發(fā)出具有高比表面積的新型生物載體材料。Woo等[35]通過混合粉末狀硫磺、碳酸鈣和活性炭，以硅酸鈉為黏合劑在溫度為105 ℃時干燥40 h，最終制成粒徑為3～5 mm的顆粒狀生物載體材料，以膜生物反應(yīng)器(MBR)的形式大幅提高了系統(tǒng)的脫氮效率。Yang等[36]將塊徑為250～425 mm的天然硫鐵礦經(jīng)過一系列預(yù)處理后在溫度為600 ℃的氮氣氣氛中煅燒1 h，最終制成具有納米晶粒組成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的納米硫鐵礦，能夠在HRT為1.2 h的情況下將出水的總氮質(zhì)量濃度穩(wěn)定在(0.05±0.01)mg/L，除氮效果十分出色，但是，該研究僅是實驗室小試，若進一步推廣該納米級材料的應(yīng)用，其抗堵塞能力仍需深入探究。Liang等[37]將熔融態(tài)的硫單質(zhì)分別與石灰石(碳酸鈣)粉末和廚余垃圾(如蛋殼、扇貝殼)粉末混合，冷卻后制成粒徑為2～5 mm的顆粒狀生物載體材料，采用錐形瓶進行實驗，考察不同種類新型生物載體材料對地下水的修復(fù)效果，結(jié)果表明，這類生物載體材料的反硝化效率均達到96%以上，且可為系統(tǒng)提供足夠的無機碳和堿度。

3 硫自養(yǎng)反硝化在水處理中的應(yīng)用

3.1 地下水修復(fù)

自20世紀70年代以來，集約化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式導(dǎo)致地下水硝酸鹽污染成為一個全球性的環(huán)境問題[38-39]。研究表明，在有機碳含量有限的地下含水層，自然發(fā)生的自養(yǎng)反硝化作用普遍占主導(dǎo)地位[40]。Zhang等[41]采用同位素分析證實了在荷蘭奧斯特拉姆的一個硝酸鹽嚴重污染的硫鐵礦砂質(zhì)含水層中，硫鐵礦是反硝化反應(yīng)主要的電子供體，同時產(chǎn)生大量硫酸鹽，以及硫單質(zhì)、亞硫酸鹽的一些中間產(chǎn)物。萬東錦等[42]搭建了以硫單質(zhì)和無煙煤為填料的硫自養(yǎng)反硝化柱，探究實際地下水的硫自養(yǎng)反硝化動力學(xué)過程，同時考察溫度對動力學(xué)的影響，結(jié)果表明，該反應(yīng)符合1/2級動力學(xué)模型，且反硝化效果受溫度影響十分明顯。Li等[43]以磁黃鐵礦、硫單質(zhì)和石灰石為填料，搭建了升流式的厭氧填充柱，考察了硫自養(yǎng)反硝化菌對模擬地下水中硝酸鹽和砷的去除效果，研究發(fā)現(xiàn)，在HRT為6 h時，硫自養(yǎng)反硝化菌可同步并有效去除砷、硝酸鹽和磷酸鹽。Pu等[44]采用燒杯進行實驗，考察了酸洗硫鐵礦的預(yù)處理方式對地下水中反硝化效率和硫酸鹽產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，在不添加pH緩沖劑的條件下，酸洗硫鐵礦可提高約8%的反硝化速率，并大幅降低硫酸鹽的初始濃度。雖然采用硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)對地下水修復(fù)的研究廣泛展開，但是多集中于小試階段，未在中試及實際的地下水原位修復(fù)中進行應(yīng)用研究。

3.2 污水處理廠尾水

水體的富營養(yǎng)化一直是國內(nèi)外嚴重的環(huán)境問題，如何控制氮、磷的輸入是控制水體富營養(yǎng)化的重點。以國內(nèi)為例，盡管城鎮(zhèn)污水處理廠出水的一級A標準(GB 18918—2002)中規(guī)定的總氮、總磷的質(zhì)量濃度分別為15、0.5 mg/L，但仍然給水體帶來了較多的氮、磷。為了進一步降低污水處理廠尾水中的氮、磷含量，必須進行尾水的深度脫氮、除磷處理?？紤]到污水處理廠尾水中碳與氮的質(zhì)量比(簡稱碳氮比)較低，與傳統(tǒng)的異養(yǎng)反硝化相比，硫自養(yǎng)反硝化無需有機碳源，產(chǎn)泥少，且運行費用低，因此是更適用于污水處理廠尾水的深度脫氮技術(shù)。

李天昕等[45]利用水泥、沙子構(gòu)成的膠凝骨架材料作為填料骨架，再混入等比例的硫單質(zhì)粉末和石灰石粉末制成自養(yǎng)反硝化填料，考察了該填料對低碳氮比的城市污水處理廠尾水的深度脫氮性能，當(dāng)HRT為3.2 h時，總氮去除率達90%以上。李芳芳等[46]對比了以硫磺-白云石、黃鐵礦-白云石為填料的硫自養(yǎng)反硝化生物濾池對模擬污水廠尾水的脫氮除磷效果，結(jié)果表明，硫磺-白云石反應(yīng)器不僅可以快速啟動，對尾水中的硝態(tài)氮也可以快速(HRT為45 min)、有效地去除，黃鐵礦-白云石反應(yīng)器脫氮性能相對較差，但是具有一定的除磷特性。Li等[24]構(gòu)建了以硫單質(zhì)和硫鐵礦為填料的曝氣生物濾池，用來去除污水處理廠尾水的氮、磷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硫鐵礦分解產(chǎn)生的Fe2+能夠提高自養(yǎng)反硝化性能，同時體系中的脫氮性能還與微生物胞外聚合物中的類蛋白物質(zhì)含量呈正相關(guān)。如今，城市水環(huán)境質(zhì)量受到越來越高的重視，包括硫自養(yǎng)反硝化在內(nèi)的污水處理廠尾水深度脫氮技術(shù)必將在河道富營養(yǎng)化控制、水環(huán)境綜合治理等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

3.3 高鹽廢水

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)不僅可應(yīng)用于處理低濃度的硝酸鹽廢水，在高鹽廢水如海水、工業(yè)廢水的處理領(lǐng)域也有較多研究。例如，我國香港地區(qū)普遍采用海水沖廁系統(tǒng)，導(dǎo)致污水中的硫酸鹽濃度達到500～1 000 mg/L[47]。由于香港的土地成本極高，如何節(jié)約污水廠剩余污泥處理處置空間是一個大問題。香港科技大學(xué)的陳光浩課題組針對硫酸鹽還原、自養(yǎng)反硝化和硝化的一體化(SANI)污水處理工藝進行研究[48]。該工藝主要依靠硫酸鹽還原生物反應(yīng)池中的硫酸鹽還原菌，在厭氧環(huán)境下將高濃度的硫酸鹽還原成硫化物，并以此作為電子供體完成第二階段的硫自養(yǎng)反硝化過程，從而實現(xiàn)污水脫氮。這一工藝不僅充分利用進水中硫酸鹽這一資源，而且通過硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)實現(xiàn)了污泥的源頭減量，大大減少了污水處理的運行費用和占地面積。此后數(shù)年，陳光浩課題組不斷完善和推廣硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)在高鹽廢水處理中的應(yīng)用[49-50]，并建成了日處理體積800～1 000 m3的污水處理廠，在減少30%～40%用地面積的同時，減少了60%～70%的產(chǎn)泥量[51]。

4 硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化技術(shù)

考慮到異養(yǎng)反硝化具有運行成本高、產(chǎn)泥量大等問題，自養(yǎng)反硝化又存在脫氮速率慢、硫酸鹽產(chǎn)量高、消耗堿度大等不足，國內(nèi)外學(xué)者們希望采用硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化技術(shù)取長補短，但是，微生物的代謝產(chǎn)物和裂解產(chǎn)物的存在使得反應(yīng)體系內(nèi)絕對的自養(yǎng)反硝化也是不現(xiàn)實的。目前典型的硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化中相關(guān)電子供體的選擇和運行參數(shù)匯總見表2。

表2 硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化中電子供體及運行參數(shù)

Sahinkaya團隊利用硫單質(zhì)為電子供體，甲醇為有機碳源，采用填充床、膜生物反應(yīng)器等工藝探究了硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化技術(shù)對地下水[57-58]、地表水[59]和飲用水[60-61]中硝酸鹽的去除效果以及硫酸鹽的控制效果，結(jié)果表明，相比于完全的硫自養(yǎng)反硝化體系，添加適量甲醇的協(xié)同反硝化體系中脫氮效率有所提高，同時硫酸鹽產(chǎn)量大幅降低，基本低于生活飲用水衛(wèi)生標準值(硫酸鹽質(zhì)量濃度為250 mg/L)。

上海交通大學(xué)的何圣兵課題組[62-65]和中國地質(zhì)大學(xué)馮傳平課題組[66-70]是研究硫自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化技術(shù)較多的團隊。Fan等[71]搭建了以硫代硫酸鈉和醋酸鈉為電子供體的自養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化裝置，考察了磷對其反硝化性能的影響，結(jié)果表明，磷的加入明顯提高了2個體系中反硝化菌的比例和活性，反硝化效率提高了35%～40%。Sun等[72]通過構(gòu)建生態(tài)浮床考察了添加醋酸鈉對硫代硫酸鹽驅(qū)動的反硝化系統(tǒng)出水中硫酸鹽和氮氧化物產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，醋酸鈉的添加增加了系統(tǒng)中兼養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化菌的比例，并有效降低了出水中硫酸鹽的濃度和氮氧化物的產(chǎn)量。He等[73]搭建了以木屑和硫單質(zhì)作為電子供體的自養(yǎng)-異養(yǎng)協(xié)同反硝化過濾系統(tǒng)來處理海洋養(yǎng)殖廢水，反硝化效率高達(103±8.5)g/(m3·d)，取得了良好的處理效果。

鑒于異養(yǎng)反硝化和自養(yǎng)反硝化技術(shù)的特點和局限性，將硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)和異養(yǎng)反硝化技術(shù)相結(jié)合的協(xié)同混養(yǎng)反硝化技術(shù)或許是未來深度脫氮領(lǐng)域的最佳處理方式之一。

5 展望

硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)是通過硫自養(yǎng)菌，以無機硫源為電子供體，以污水中硝酸鹽為電子受體的新型生物脫氮技術(shù)，具有能耗低、產(chǎn)泥少等優(yōu)勢。目前，硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的研究重點多集中于硫源的選擇和開發(fā)、與異養(yǎng)反硝化結(jié)合的協(xié)同反硝化等，并已在多種污廢水處理中得到應(yīng)用；但是該技術(shù)仍處于探索階段，尚未得到真正的推廣和大規(guī)模應(yīng)用，因此，未來將以下幾方面進行深入研究，進一步推廣該項技術(shù)的合理應(yīng)用。

1)微生物反硝化機理研究。硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的本質(zhì)仍是微生物利用硫源作為電子供體進行氧化、還原反應(yīng)的生物化學(xué)過程，多數(shù)廉價硫源材料都以固相的形式應(yīng)用于反硝化過程，且普遍存在傳質(zhì)速率低等問題，因此，需要深刻認識相關(guān)硫氧化反硝化菌對各類固相硫源的生物浸出機理，以及明確還原態(tài)硫元素在細胞外聚合物和細胞外膜等場所的遷移過程等，在相關(guān)理論體系完善的基礎(chǔ)上，通過人為調(diào)控的方式從根本上提高硫自養(yǎng)反硝化的效率。

2)生物載體材料的開發(fā)。生物膜法是污水處理的主要方法之一，其關(guān)鍵在于生物載體材料的開發(fā)。生物載體可以為生物膜的生長提供附著位點，具有比表面積大、抗沖擊負荷強等優(yōu)勢，被國內(nèi)外廣泛研究。未來應(yīng)開發(fā)制備流程簡單、成本低廉、物化穩(wěn)定性強、機械強度高、傳質(zhì)阻力小的生物載體材料，將足夠的硫源負載至生物載體材料上，使基于硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)的生物膜法能夠高效、實用地應(yīng)用在水處理領(lǐng)域中。

3)開展協(xié)同反硝化的推廣和研究?？紤]到自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化的特點，協(xié)同反硝化可能更符合多數(shù)生活污水和污水處理廠尾水處理的需求。未來應(yīng)進一步開展協(xié)同反硝化領(lǐng)域的研究，考察不同有機碳源(如化學(xué)藥劑和廉價有機廢物)與無機硫源的協(xié)同反硝化效果，探究自養(yǎng)反硝化菌和異養(yǎng)反硝化菌的耦合機制。此外，應(yīng)開展協(xié)同反硝化技術(shù)中試和實際工程的研究，為該項技術(shù)的推廣積累建設(shè)和運行維護的經(jīng)驗。

4)建立評價方法。為了優(yōu)選出符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展的污水處理技術(shù)，需要通過科學(xué)分析建立包括技術(shù)經(jīng)濟、運行管理、處理效果和環(huán)境影響等多方面的污水處理綜合評價方法和指標體系。在評價方法成熟的條件下，根據(jù)不同地方環(huán)境因素和經(jīng)濟條件，因地制宜地篩選出合適的深度脫氮工藝，大力推廣硫自養(yǎng)反硝化技術(shù)這一新型污水處理工藝。