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硫自养反硝化是一种稳定高效的生物脱氮方法,可以用于自养反硝化的还原态硫有多种价态与形态。然而,目前缺少不同硫源脱氮效能的对比研究,且缺乏对于不同硫源反硝化过程中微生物菌群结构、代谢途径的研究。本文采用SBR反应器,分别以S、Na2S2O3、Na2S为硫源培养硫自养反硝化污泥,对比研究不同硫源自养反硝化的脱氮效能,并利用16S rRNA高通量测序技术,对比研究不同硫源自养反硝化微生物菌群结构特性。另外,针对单质硫自养反硝化,本文采用宏基因组测序技术,通过硫颗粒表面与间隙污泥的代谢途径研究,尝试分析微生物利用单质硫的代谢机制。不同硫源脱氮效果研究表明:S、Na2S2O3、Na2S系统最佳硫源投加量分别为理论值的1.5倍、1.0倍、2.0倍;当碱度投加量在理论值的1.5~3.5倍范围内时,不同硫源系统脱氮效果均随投加量增加而提高,超出此范围后三种硫源系统均产生不同程度的抑制作用;在50~125 mg/L进水浓度下,S、Na2S2O3系统具有相近的脱氮能力,而Na2S系统出水水质波动较大,且存在亚硝酸盐氮积累。采用16S rRNA高通量测序技术分析表明,不同硫源对系统微生物菌群结构具有较为显著的影响。单质硫为硫源污泥多样性最高,其次是硫代硫酸钠与硫化钠。S、Na2S2O3系统菌群结构更相似。在93%的相似度条件下,S、Na2S2O3、Na2S系统稳定期内硫自养反硝化菌相对丰度分别为9.3~10.0%、24.3~25.1%、24.6~28.8%。且不同硫源系统富集了不同类别的硫自养反硝化细菌,三种系统内含量最多的硫自养反硝化菌均是Thialkalivibrio thiocyanodenitrificans,且S、Na2S2O3系统中的核心功能微生物还分别包括Thiohalophilus thiocyanoxidans和Sulfurimonas denitrificans。通过宏基因组测序技术分析硫颗粒表面与间隙污泥的氮代谢与硫代谢途径。表面污泥中硝酸盐同化还原作用相关的功能基因丰度较高;间隙污泥中N2O还原为N2,胞外NO3-、NO2-转运蛋白合成和反硝化作用相关的功能基因丰度较高。硫表面与间隙污泥的硫代谢基因丰度基本接近,亚硫酸根是硫氧化代谢的必经中间产物。对于亚硫酸根氧化为硫酸根代谢途径,表面污泥与间隙污泥通过APS途径氧化的基因丰度均远高于直接氧化为硫酸盐的基因丰度。综合以上结论初步推断硫颗粒表面与间隙污泥在利用单质硫进行自养反硝化的过程中存在协同作用。