为减少剩余污泥产生量,开发使用低产泥的污水处理工艺是最佳解决途径。应用于香港地区的硫酸盐还原-自养反硝化-硝化一体化工艺(SANI)利用硫酸盐还原菌的低细胞产率特征来处理污水,已被证明能起到显著的污泥减量效果,但是该工艺需要利用海水中的SO42-为电子受体,对常规城市污水难以应用。本课题组拟将单质硫作为S源代替SO42-引入污水处理,在硫还原反应过程中作为有机质降解过程中的电子受体;并在后续的好氧(或缺氧)硫氧化反应器中将负二价硫化物氧化为颗粒态的单质硫,实施泥水分离截留单质硫,从而在污水处理过程中实现内部硫循环,有效降低污泥产率。该新工艺命名为单质硫内循环工艺(Internal Sulfur Recycling process,ISR)。为了研究新工艺的可行性和有效性,本课题开展了以下前期研究工作:　　 (1)为了确定能还原单质硫的硫还原菌((S0RB)和硫氧化菌(SOB)在环境中是否普遍存在,是否易于获取、培养,本研究分别对来自沥滘、猎德污水处理厂的污泥样本以及实验室驯化的脱硫污泥进行了微生物群落分析。通过基因分析结果分别总结出来了每个污泥样本的硫酸盐还原菌(SRB)和S0RB的细菌属高度重合,S0RB在普通的活性污泥的相对丰度达5.20％。在污泥样本中同时鉴定出SOB的种群,说明了SOB也是广泛存在,并能与S0RB共存。　　 (2)为了确定单质硫还原反应对于有机物去除效率及其与硫酸盐还原之间的速率差异,并研究其反应动力学,本文通过对S0与SO42-还原对比批量实验得出,上述三个污泥样本中都发生了硫酸盐和单质硫的还原,其产分别产硫化氢的速率比为:1∶7.1-1∶3之间。而单个泥样的对比其TOC的去除率也很接近,初步证实S0能够作为电子受体替代SANI工艺中的SO42-,同时也证明S0RB广泛存在于自然环境。针对驯化样本以不同碳源分别进行硫酸盐与单质硫的还原实验时,得出S0RB进行单质硫还原时利用乙酸钠、乳酸钠、模拟生活污水的速率非常接近。其中发现以乙酸钠为碳源时,硫酸盐发生了还原反应,说明了该接种污泥中含有大量的完全氧化型SRB;而这类细菌也能利用单质硫氧化乙酸,并且其还原单质硫与硫酸盐产生的硫化氢的速率比例为:7.01∶1。从对不同的单质硫浓度及硫酸盐进行动力学分析实验得出,通过米氏动力学方程计算得出单质硫还原过程中,单质硫的半饱和常数Km=130.5386mgs/L,Vmax=14.28571 mgs/L/h。　　 (3)为研究ISR工艺的有效性,建立和小试反应装置,结果表明在不考虑氨氮去除的情况下,硫磺填料床生物膜反应器经过为期52天的运行时间证实,其TOC的去除率范围80％～90％;产生的硫化物从0mgS/L逐渐增至400mgS/L,说明S0RB在生长,反应器启动顺利并运行稳定;气升式硫氧化生物膜反应器的单质硫的产率由66％提高到81％,绝大部分的负二价硫化物均转化为单质硫。　　 以上结果表明,新工艺在原理上可行,所需的微生物也易于获取和驯化培养,单质硫还原过程的有机物去除效率与硫酸盐还原过程接近,在单质硫浓度较高时可以实现较高的有机物去除效率;小试反应经过50多天启动反应效率不断提升,显示单质硫还原反应具有较好的稳定性和可持续性,可以用于污水处理,而硫氧化反应器也在短期达到较高的硫氧化效率,表明反应器的设计和参数选择是合理的;整体而言,经过此前期研究,证实了ISR工艺具有可行性和有效性,值得进一步开展长期研究和应用推广。