徐葉凈

(北京綠長(zhǎng)城環(huán)?？萍加邢挢?zé)任公司，北京 102200)

0 引言

單質(zhì)硫(常寫(xiě)為S0、S8)是地殼中硫的主要形態(tài)(硫化物、S0、硫酸鹽)之一，是地球化學(xué)硫循環(huán)的中間體[1].例如，S0是硫化物生物氧化生成硫酸鹽過(guò)程中的關(guān)鍵中間體[2].S0也可以是光營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌[3]或以O(shè)2、硝酸鹽或鐵離子為電子受體的硫化物氧化細(xì)菌(SOB)的最終產(chǎn)物[4].也就是說(shuō)，在生物反應(yīng)中，S0既可以作為電子受體(S0還原)，也可以作為電子供體(S0氧化).這表明S0可能在水和污水處理工藝中有廣泛的應(yīng)用.

近幾十年來(lái)，生物S0還原或氧化在水和污水處理中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注.各種基于S0的生物技術(shù)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，如污泥減量、反硝化和含金屬污水處理等.這些技術(shù)可以以更經(jīng)濟(jì)有效的方法解決當(dāng)前污水處理過(guò)程中出現(xiàn)的復(fù)雜環(huán)境問(wèn)題[5-7].然而，對(duì)于新興的S0生物技術(shù)的關(guān)鍵進(jìn)展仍缺乏全面的總結(jié)和討論，尤其是在S0生物工藝的關(guān)鍵功能菌群(如S0還原菌、S0氧化菌)、基本機(jī)制(如S0還原、S0氧化)和使用場(chǎng)景(如生活污水、工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水、冶金污水)等方面.因此，有必要對(duì)各種基于S0生物技術(shù)的原理有一個(gè)清晰的了解.

雖然關(guān)于硫氧化代謝的研究也有一些綜述(例如，硫化物，S0，亞硫酸鹽和硫代硫酸鹽)[8-10]，但是硫代謝特別是S0代謝，并沒(méi)有被用來(lái)解釋和指導(dǎo)工藝設(shè)計(jì)和優(yōu)化.已知S0的水溶性極低(25℃時(shí)為5 μg/L)，限制了S0的生物可及性，這可能是其規(guī)模擴(kuò)大和廣泛應(yīng)用于污水處理的瓶頸.因此，系統(tǒng)評(píng)估微生物對(duì)S0的可及性及其代謝，有助于制定可行的策略，提高S0的生物利用效率，從而大幅提高工藝性能.

本文綜述了與S0相關(guān)的微生物學(xué)，以及吸硫細(xì)菌接觸和代謝幾乎不溶性硫的機(jī)制，綜述了S0生物技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀，具體場(chǎng)景中涉及的化學(xué)和生化機(jī)制及其工藝優(yōu)化.本綜述旨在豐富新興的以S0為基礎(chǔ)的污水處理生物技術(shù)的知識(shí)，并為其潛在的工程應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo).

1 基于S0的生物技術(shù)原理和S0呼吸菌

1.1 S0還原

S0還原菌(S0reducing bacteria, S0RB)以S0為電子受體，以硫化物為副產(chǎn)物氧化有機(jī)物(以醋酸鹽為例，式(1)).因此，S0還原可用于污水的有機(jī)物去除.生物硫化物可通過(guò)形成不溶性金屬硫化物來(lái)沉淀金屬，表明其在含金屬污水處理中的可行性.這種多功能性使它們能夠參與各種環(huán)境中的污水處理.

CH3COO-+ 4S0+ 2H2O→
2CO2+ 4HS-+ 3H+
ΔG0= - 39 kJ/mol

(1)

S0RB利用廣泛的有機(jī)物，如醋酸鹽、甲酸鹽、糖、乳酸鹽、丙酸鹽、乙醇和酵母提取物[11]. 此外，一些S0RB可以利用其他電子受體，如亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽、氧、鐵、硝酸鹽和亞硝酸鹽.值得注意的是，一小部分硫酸鹽還原菌(Sulfur reducing bacteria, SRB)也能還原S0.

1.2 S0氧化

S0氧化細(xì)菌(S0oxidizing bacteria, S0OB)以S0為電子供體，以硫酸鹽為副產(chǎn)物(以硝酸鹽為例，式(2))還原氧化物質(zhì)(硝酸鹽、亞硝酸鹽、鐵離子等).原則上，S0氧化可用于去除水中和污水中的硝酸鹽、高氯酸鹽和氧化金屬.光養(yǎng)硫化物氧化細(xì)菌可以氧化S0，但在特定的污水處理環(huán)境生物技術(shù)中，光養(yǎng)硫化物氧化細(xì)菌只用于硫化物氧化而非S0氧化[12].

S0+ 1.2NO3-+ 0.4H2O→
SO42-+ 0.6N2+ 0.8H+
ΔG0= - 547.6 kJ/mol

(2)

大部分化養(yǎng)性S0OB屬于變形菌門(mén)，主要分布在γ-變形菌綱.除了嗜中性，它們的居住環(huán)境還包括嗜冷和嗜熱條件[13-14].因此，基于S0OB的環(huán)境技術(shù)的應(yīng)用并不局限于中性條件，還包括酸性條件下重金屬的生物浸出[15]等.

2 基于S0的污水處理技術(shù)

在過(guò)去的幾十年里，以S0還原/氧化為驅(qū)動(dòng)的生物技術(shù)在污水處理方面得到了卓有成效的發(fā)展.這些生物處理技術(shù)大致可以分為3類(lèi)：①S0作為電子受體進(jìn)行有機(jī)去除；②S0作為電子供體去除硝酸鹽、高氯酸鹽和氧化金屬；③S0生成硫化物，用于重金屬沉淀.

2.1 高效去除有機(jī)碳并實(shí)現(xiàn)污泥減量

剩余活性污泥的處理和處置一直是污水處理廠面臨的難題.減少厭氧污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥是一種有前途的方法[16].S0還原工藝是一種高效的厭氧污水處理工藝，去除率達(dá)1.71 kg COD/m3(chemical oxygen demand, COD：化學(xué)需氧量)，水力停留時(shí)間(hydraulic retention time, HRT)為3 h[7].污泥產(chǎn)率為0.16 kg VSS/kg COD，遠(yuǎn)低于常規(guī)活性污泥法的0.35-0.47 kg VSS/kg COD[17].獲得的高速率性能歸因于涉及多硫化物的間接S0還原[18].產(chǎn)生的硫化物可進(jìn)一步作為自養(yǎng)反硝化的電子供體，特別適合處理低C/N比的污水[19-20].然而，S0衍生化合物(硫酸鹽)仍殘留在污水中，可能造成二次硫酸鹽污染.一個(gè)有希望的解決方案是通過(guò)控制硝酸鹽/硫化物(N/S)的摩爾比在最佳水平(即≤0.4)終止硫化物氧化[3].生物硫化物也可以通過(guò)微曝氣回收.Zhang Y等[21]開(kāi)發(fā)了一個(gè)內(nèi)部硫循環(huán)(internal sulfur cycle, ISC)系統(tǒng)，由S0還原反應(yīng)堆和硫化反應(yīng)堆恢復(fù)S0構(gòu)成(圖1).

圖1 內(nèi)部硫循環(huán)系統(tǒng)原理圖和流程圖

實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的ISC系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行了200天，去除了94%的COD(約300 mg/L),并且沒(méi)產(chǎn)生剩余污泥，76%的硫化物被選擇性氧化為S0.在微好氧條件下，梭狀芽胞桿菌(Clostridium)對(duì)S0的還原起重要作用，而硫桿菌(Halothiobacillus)和硫單胞菌(Thiomonas)對(duì)硫化物氧化至S0起重要作用.

2.2 低碳氮比污水中硝酸鹽的經(jīng)濟(jì)有效去除

還原硫物種(即硫化物、S0和硫代硫酸鹽)經(jīng)常被報(bào)道作為電子供體參與化能富營(yíng)養(yǎng)化反硝化[22].3種電子給體的反硝化速率依次為硫代硫酸鹽>硫化物> S0.考慮到運(yùn)行成本和硫酸鹽產(chǎn)量，S0自養(yǎng)反硝化(sulfur-based autotrophic denitrification，SADN)比硫代硫酸鹽或硫化物驅(qū)動(dòng)的自養(yǎng)反硝化具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).

2.2.1 全程反硝化

SADN是一種從飲用水、雨水徑流、地下水和低碳氮比污水中除氮的具有吸引力的低成本工藝(式(2))[23-25].同樣重要的是，與異養(yǎng)反硝化相比，SADN產(chǎn)生較少或相似的N2O(氮負(fù)荷的0.01%-0.6% vs 0.005%-1.2%)[26-27].硫桿菌和硫單胞菌常作為SADN系統(tǒng)中兩種占優(yōu)勢(shì)的自養(yǎng)反硝化菌.值得注意的是，SADN去除1 g硝酸鹽會(huì)消耗4.57 g堿度[22]，因此會(huì)降低了系統(tǒng)的pH，并可能影響反應(yīng)器的脫氮效率.為解決這一問(wèn)題,崔等人通過(guò)添加在S0-填料床反應(yīng)器中添加石灰石構(gòu)建了S0-石灰石自養(yǎng)反硝化(S0-limestone autotrophic denitrification，SLAD)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中石灰石作為中和劑起到平衡pH值和無(wú)機(jī)碳的作用.固體S0和石灰石也可作為支撐生物膜發(fā)育的載體，有利于生物質(zhì)的保留和硝酸鹽去除性能的提高.在實(shí)際運(yùn)行中也可以使用其他固相緩沖劑(方解石、粉碎牡蠣殼等).此外，帶有碳酸氫鹽的膜生物反應(yīng)器(membrane bioreactor，MBR)實(shí)現(xiàn)了高生物量的保留和出水質(zhì)量的提高[5,28-29].目前，SADN過(guò)程已被應(yīng)用于處理污水的中試和全規(guī)模系統(tǒng)[30].

硫酸鹽的生成是SADN過(guò)程中的主要問(wèn)題.雖然當(dāng)前我國(guó)污水排放標(biāo)準(zhǔn)中并沒(méi)有限制硫酸鹽的排放，但高濃度的硫酸鹽會(huì)導(dǎo)致明顯的味道(400 mg/L)，甚至腹瀉(1 000-1 200 mg/L)[31].一種折衷的方法是將基于S0的自養(yǎng)反硝化和異養(yǎng)反硝化結(jié)合起來(lái)形成混養(yǎng)反硝化，因?yàn)楫愷B(yǎng)反硝化產(chǎn)生堿度并降低硫酸鹽產(chǎn)量.

將SADN與鐵基自養(yǎng)反硝化結(jié)合是另一種更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的解決方案.研究發(fā)現(xiàn)添加菱鐵礦(FeCO3)的SADN系統(tǒng)不僅降低了硫酸鹽產(chǎn)量，而且顯著提高了硝酸鹽去除率[32].這是由于S0和FeCO3對(duì)反硝化的協(xié)同作用.該過(guò)程也在一個(gè)中試規(guī)模的系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)[33].與菱鐵礦類(lèi)似，硫化鐵(如磁黃鐵礦，式(4))也可用于SADN系統(tǒng)中減少硫酸鹽產(chǎn)量和提高硝酸鹽的去除[34-35].值得注意的是，生成的Fe(III)可以通過(guò)吸附過(guò)程進(jìn)一步去除磷酸鹽[36-37].

FeCO3+ 0.2NO3-+ 1.6H2O→
Fe(OH)3+ 0.1N2+ 0.8CO2+ 0.2HCO3-
ΔG0= - 54.3 kJ/mol

(3)

FeS + 1.8NO3-+ 1.6H2O→
Fe(OH)3+ 0.9N2+ SO42-+ 0.2H+
ΔG0= - 3 817 kJ/mol

(4)

由式(2)可知，硝態(tài)氮完全還原為N2時(shí)，硫氮的理論化學(xué)計(jì)量比為1.9 (g S/g N)，但如果采用該比值，NO2和N2O會(huì)累積.這可能是S0的低水溶性所導(dǎo)致的從固相到液相的有限傳質(zhì)，或與氮氧化物還原相關(guān)的酶(如NO3, NO2, N2O)對(duì)有限的電子供體具有不同的競(jìng)爭(zhēng)能力[38]導(dǎo)致的.生物源S0比化學(xué)合成S0具有更高的生物利用度.因此，生物源S0會(huì)導(dǎo)致硝酸鹽還原過(guò)程中中間產(chǎn)物的積累減少.為了減少亞硝酸鹽積累，S0通常以過(guò)剩的形式存在，以提供足夠的電子供體[28,39].

2.2.2 短程反硝化與厭氧氨氧化耦合過(guò)程

短程反硝化(NO3-→NO2-)耦合厭氧氨氧化(anammox)過(guò)程(PD/A)是一種具有吸引力的自養(yǎng)脫氮工藝，可用于高效節(jié)能的工業(yè)和生活污水處理[40].厭氧氨氧化過(guò)程不可避免地產(chǎn)生相對(duì)于進(jìn)水氨濃度11%的硝酸鹽.在厭氧氨氧化系統(tǒng)中添加異養(yǎng)反硝化工藝可以去除硝酸鹽，但在反硝化過(guò)程中施用適量的有機(jī)物非常復(fù)雜，容易造成二次污染.而SADN工藝可以替代全程反硝化，以亞硝酸鹽補(bǔ)充厭氧氨氧化工藝，因?yàn)橄跛猁}只有轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽后，才會(huì)進(jìn)一步向氮?dú)夥聪趸?式(5)、式(6))[41].

3NO3-+ S0+ H2O→
3NO2-+ SO42-+ 2H+
ΔG0= - 277.8kJ/mol

(5)

NH4++ NO2-→N2+ 2H2O
ΔG0= - 357.8 kJ/mol

(6)

硫氮比是影響亞硝酸鹽積累的關(guān)鍵因素.如上所述，當(dāng)根據(jù)化學(xué)計(jì)量的硫氮比供應(yīng)S0時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的積累.然而，能否有效地將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽是非常不確定的.因此，在實(shí)踐中，反應(yīng)器中S0過(guò)高.如何優(yōu)化硫氮比以實(shí)現(xiàn)亞硝酸鹽的有效積累還有待進(jìn)一步研究.pH和溫度是另外兩個(gè)關(guān)鍵因素.弱堿性條件可促進(jìn)硝酸鹽轉(zhuǎn)化，同時(shí)減少亞硝酸鹽的去除[41]，有利于亞硝酸鹽的累積.雖然溫度對(duì)硝酸鹽和亞硝酸鹽的去除影響不大，但適宜的溫度有利于反硝化活性，并且由于硝酸鹽的還原速率高于亞硝酸鹽的還原速率，可以產(chǎn)生滿(mǎn)意的亞硝酸鹽積累.

2.3 污水中金屬的去除

生物S0還原或氧化過(guò)程均可用于去除污水中的金屬.S0還原生成的硫化物可通過(guò)形成不溶性金屬硫化物直接沉淀金屬(Cu(II)、Pb(II)、Fe(II)、Cd(II)、Zn (II)、Ni(II)、Hg(II)等).在處理砷和汞污染污水時(shí)，S0還原比硫酸鹽還原具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì).

2.3.1 S0驅(qū)動(dòng)硫化工藝處理含金屬污水

硫酸鹽還原在實(shí)際中已廣泛應(yīng)用于含金屬污水處理，如冶金污水.然而，含金屬污水中的有機(jī)物含量通常太低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高速率硫酸鹽還原工藝[42].補(bǔ)充額外的碳源肯定會(huì)增加運(yùn)營(yíng)成本，反過(guò)來(lái)限制其廣泛應(yīng)用.S0還原可能是一個(gè)很有前途的替代方案，每個(gè)硫化物只需要兩個(gè)電子，而非硫酸鹽還原需要8個(gè)電子(式(9)、式(10)).與硫酸鹽減少相比，理論上減少了75%的有機(jī)消耗.實(shí)驗(yàn)室規(guī)模研究表明，與硫酸鹽還原相比，S0還原可降低25.6%-78.9%的硫化物生產(chǎn)化學(xué)成本[43].

SO42-+ 10H++ 8e-→H2S + 4H2O

(9)

S0+ 2H++ 2e-→H2S

(10)

在無(wú)pH改善的情況下處理酸性礦山污水(AMD)時(shí)，在極酸性條件(pH 2.6-3.5)下，S0還原率仍可達(dá)36 mg S/L-h[44]，與中性條件下的硫酸鹽還原過(guò)程相當(dāng)(表1).在酸性條件下，細(xì)胞與S0的直接接觸和細(xì)胞外電子轉(zhuǎn)移(extracellular electron transfer, EET)是S0利用的主要途徑.此外，酸性S0還原生物反應(yīng)器可以進(jìn)一步減少對(duì)堿性供應(yīng)的化學(xué)需求，并需要進(jìn)一步研究，以驗(yàn)證其在中試或全尺寸應(yīng)用的可行性.

表1 S0驅(qū)動(dòng)和硫酸鹽驅(qū)動(dòng)硫化反應(yīng)器的比較

2.3.2 砷的還原和沉淀

地下水砷污染已被認(rèn)為是許多發(fā)展中國(guó)家的主要問(wèn)題，特別是在孟加拉國(guó)[50].砷酸鹽(As(III))和砷酸鹽(As(V))是水環(huán)境中最常見(jiàn)的砷種類(lèi)，前者比后者具有更高的遷移率和毒性[51].硫酸鹽還原產(chǎn)生的生物成因硫化物可以通過(guò)形成不溶性硫化砷沉淀(As2S3和AsS)來(lái)去除As(III)(式 (11)和式(12))[52].硫化物還可以將As(V)化學(xué)還原為As(III)，最終固定As為 As2S3和AsS[53].然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于可溶性硫代亞砷酸鹽(As(OH)S22-)的生成，硫酸還原法不能穩(wěn)定地去除污水中的砷.這是硫酸鹽還原過(guò)程中pH值升高和HS-過(guò)多的結(jié)果，促進(jìn)硫代砷絡(luò)合物的產(chǎn)生(式 (13))[54].為了減少硫代砷絡(luò)合物的形成，在高As/S摩爾比(0.67)時(shí)pH應(yīng)小于6.9，在低As/S摩爾比(0.05)時(shí)pH應(yīng)小于5.5[55].

酸性條件下S0還原是一種很有前途的選擇，因?yàn)檫@一過(guò)程產(chǎn)生大量的硫化物而不提高pH.研究發(fā)現(xiàn)，pH約為4.3的S0填料反應(yīng)器排出的污水可以有效地去除砷(>99%)，且As/S摩爾比范圍寬(0.05-0.55)，沒(méi)有硫代亞砷酸鹽的形成.然而，即使在完全除砷后，產(chǎn)生的硫化物仍然是過(guò)剩的.硫化物很可能導(dǎo)致設(shè)備腐蝕，特別是在酸性條件下，這意味著需要采取反作用措施來(lái)避免此類(lèi)腐蝕問(wèn)題.

2H3AsO3+ 3HS-→
As2S3+ 3H2O + 3OH-

(11)

H3AsO3+ HS-+ 2H+→
AsS + 3H2O

(12)

As2S3+ HS-+ 3OH-→
2As(OH)S22-+ H2O

(13)

2.3.3 汞(II)的去除和甲基汞的消除

水環(huán)境中的汞離子(Hg(II))對(duì)人類(lèi)和其他生物具有高度毒性.雖然硫酸鹽還原可以通過(guò)形成汞硫化物沉淀來(lái)去除汞，但大多數(shù)SRB是汞甲基化物，這意味著它們可以在有機(jī)物和硫酸鹽的存在下將汞離子(Hg(II))轉(zhuǎn)化為神經(jīng)毒性甲基汞(MeHg)[56].最近，S0的降低已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在不積累甲基汞的情況下有效去除汞[33].一項(xiàng)為期326天的S0還原工藝處理汞污染污水的研究表明，該工藝可以在不檢測(cè)甲基汞的情況下有效去除濃度為0 - 50 mg/L的汞(II).隨著時(shí)間的推移，汞甲基化功能基因(HgcA)的豐度顯著降低，但并沒(méi)有完全消失.主要鑒定出的S0RB為Geobacter和Desulfumicrobium，其中部分成員為汞甲基化物[57].然而，該過(guò)程中甲基汞缺失的機(jī)制尚不清楚.該研究提出，甲基汞的缺失可能歸因于溶解有機(jī)物與汞(II)的結(jié)合，從而抑制汞甲基化[58].因此，對(duì)甲基汞缺失的機(jī)制有待進(jìn)一步研究.

3 未來(lái)前景和研究方向

盡管近年來(lái)S0在污水中的應(yīng)用受到越來(lái)越多的關(guān)注，并取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但基于S0的生物技術(shù)的基本機(jī)理和應(yīng)用方面的許多問(wèn)題仍然沒(méi)有得到解答.筆者認(rèn)為，基于S0的生物技術(shù)研究應(yīng)著眼于以下幾個(gè)方面.

(1) 提高S0生物利用度是拓寬S0生物技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵一步.由于S0的水溶性極低，其生物利用度低，限制了S0生物技術(shù)的規(guī)?；蛷V泛應(yīng)用.盡管已經(jīng)證明了一些可行的方法可以提高S0的生物利用效率，但仍需要更多功能的策略來(lái)使它們更具競(jìng)爭(zhēng)力和生命力.建議關(guān)注S0顆粒與生物膜界面生物(化學(xué))過(guò)程的理解和調(diào)控，探索S0表面修飾，將細(xì)胞外氧化還原介質(zhì)或?qū)щ姴牧弦隨0基體系，并優(yōu)化生物過(guò)程中多硫化物的形成.

(2) S0歧化是全球生物化學(xué)硫循環(huán)中的一個(gè)重要過(guò)程，在淡水和海洋沉積物以及生物增強(qiáng)系統(tǒng)中均發(fā)現(xiàn)了S0歧化細(xì)菌.S0歧化可能被潛在地用于同時(shí)提供易于生物可利用的電子給體和接受體的水和污水處理.然而，S0歧化在水或污水處理過(guò)程中的工程應(yīng)用尚待報(bào)道.未來(lái)的研究可以指向開(kāi)發(fā)新的S0歧化水和污水處理工藝.

(3) 生物質(zhì)S0是一種生物廢棄物，比化學(xué)生產(chǎn)S0具有更高的生物可及性.在這些生物技術(shù)中對(duì)生物質(zhì)S0的應(yīng)用應(yīng)該進(jìn)行更多的探索，并確定生物質(zhì)S0如何影響硫代謝.然而，生物質(zhì)S0并不是普遍可用的，在進(jìn)行成本效益分析時(shí)應(yīng)考慮運(yùn)輸所造成的成本.為了有一個(gè)更可持續(xù)的方法，硫源可以通過(guò)額外的過(guò)程回收.例如，生物源硫化物可以通過(guò)微曝氣或硫化物驅(qū)動(dòng)的自養(yǎng)反硝化再氧化為S0[18-19].副產(chǎn)物硫酸鹽也可以通過(guò)生物電化學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為S0[59-60].S0的回收和循環(huán)可以幫助閉合循環(huán)，從而促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì).因此，基于S0的生物技術(shù)與生物電化學(xué)系統(tǒng)的集成可能是未來(lái)的另一個(gè)研究方向.

(4) 種間相互作用在維持系統(tǒng)功能方面比單個(gè)種群發(fā)揮更重要的作用，這可能有助于提高S0的生物利用度和提高系統(tǒng)性能.例如，發(fā)酵細(xì)菌可以將大分子有機(jī)底物分解為簡(jiǎn)單底物，支持S0RB的活性和呼吸.在SADN體系中，產(chǎn)硫細(xì)菌產(chǎn)生的硫化物可以提高S0的生物可達(dá)性，從而改善硝酸鹽還原細(xì)菌介導(dǎo)的反硝化作用.因此，應(yīng)通過(guò)宏基因組、轉(zhuǎn)錄組和蛋白質(zhì)組分析以及穩(wěn)定同位素標(biāo)記等新興技術(shù)，進(jìn)一步研究整個(gè)群落水平和分子水平上的微生物群落結(jié)構(gòu)和微生物相互作用.這些信息將有助于通過(guò)校準(zhǔn)操作參數(shù)和促進(jìn)更好的微生物途徑來(lái)優(yōu)化工藝性能.

與傳統(tǒng)污水處理方法相比，基于S0的生物技術(shù)可以大幅降低添加外源碳源(甲醇、乙醇、醋酸鹽、葡萄糖等)帶來(lái)的運(yùn)行成本，不會(huì)產(chǎn)生殘留有機(jī)物引起的二次污染.S0極低的水溶性是實(shí)現(xiàn)高水平工藝性能的主要瓶頸，通過(guò)進(jìn)一步闡明微生物對(duì)S0的可及性和微生物S0代謝的基本機(jī)制，可以克服這一瓶頸.還應(yīng)研究以S0為基礎(chǔ)的生物系統(tǒng)中新出現(xiàn)的污染物的命運(yùn)及其與微生物群落的相互作用.總的來(lái)說(shuō)，S0轉(zhuǎn)換的多功能性將導(dǎo)致未來(lái)用于水和污水處理的新的生物技術(shù)過(guò)程.