生猪养殖废水具有氨氮高、总氮高、有机物浓度高的特点，水量变化大且水质复杂，目前多采用厌氧/好氧法处理。由于可生物降解有机物在厌氧段即被大量去除，造成异养反硝化碳源不足，而市政污水处理厂对纳管废水TN要求较高，导致猪场废水TN常难以达标，即使采用两级AO工艺脱氮效率仍然不高，氮去除率仅为74.1%~83.5%，需要减少进水量、延长第二级AO的停留时间、增大内回流比来提高脱氮效果，且仍需外加大量碳源，增加处理成本的同时存在二次污染风险。

自养脱氮技术具有无需外加有机碳源、剩余污泥产量少、脱氮效率高、运行稳定和耐低温等优点，可有效节省处理成本，同时避免了因碳源难以精准投加，造成脱氮效率不高或出水COD升高的弊端。

其中硫自养反硝化是以脱氮硫杆菌、脱氮副球菌等硫氧化细菌为功能菌，以无机碳源（CO32-、HCO3-等）构建细胞体，还原态硫作为电子供体完成反硝化过程的新型脱氮工艺，具有运行简便、脱氮效果好等优势。

目前实际工程多采用单质硫驱动的自养反硝化技术，具有底物来源广泛、运行安全系数高、出水水质好、无二次污染的优点，反硝化过程见下式：

然而，由于单质硫具有疏水性，以及较差的水溶性、颗粒分散性和固液传质性能，硫氧化菌对单质硫的利用效率不足，限制了该工艺脱氮潜力的发挥。

当前硫自养反硝化工艺多以固定床形式构建，为保证脱氮性能，需较高的硫填料填充率，初期建设投资成本高，且微生物和填料易在反冲洗等环节大量流失，制约了工艺的推广应用。

减小硫颗粒的尺寸可增加比表面积，提高传质并为微生物提供更多的黏附位点，提升单质硫的生物利用效率，因此研发和应用基于粉末单质硫的新型硫自养脱氮工艺对提升脱氮负荷，进一步推广工艺应用场景具有重要意义。

某生猪养殖基地污水处理站设计处理能力为150m3/d，原主体处理工艺采用两级AO工艺，工艺流程如图1所示。

由于使用年限长、设备老化，出现厌氧塔无法持续产沼维持水温、反硝化碳源不足等问题，导致污水处理站运行不稳定、出水TN易超标，现场抽检结果见表1。此外，下游污水处理厂对接管废水水质要求提高，严于行业标准，加大了污水处理站TN处理达标的难度，亟需开展工艺改造升级。

针对TN超标问题，对原有AO池检修碳源投加管路和硝化液回流系统，增加DO检测设备，挖掘原生化系统的反硝化潜能。同时在现有二沉池出水后串联高效硫自养脱氮塔深度脱氮。硫自养反硝化高效脱氮系统具有施工周期短、占地面积小、脱氮效率高且稳定的优点。

经试验验证，结果表明对NO3--N去除率达90%，Zui大脱氮负荷可达1158mg/（L·d），且系统运行成本较传统反硝化低，仅为0.11元/m3。该技术对现有构筑物、设备、场地等干扰小，尤其适用于已建废水处理系统的升级与提标改造。

循环流化自养反硝化塔规格为Ø3.2m×12.0m，有效容积125m3，包括进出水系统、布水系统、固液分离系统、循环系统、药剂投加系统、pH在线监测系统。自养反硝化塔接二沉池出水，现场及平面示意如图2所示。

该项目总体分为启动、调试运行和稳定运行三个阶段。循环流化自养反硝化设备搭建安装完成后，试运行确认管路畅通无渗漏。启动阶段为期一周，主要目的是使高效自养脱氮硫自养反硝化系统进入工作状态，使接入的菌种由休眠状态恢复活性并逐步适应废水水质。

经优化运行后，该高效循环流化自养脱氮塔脱氮负荷达到240mgNO3--N/（L·d），脱氮效果显著。该项目将将新型循环流化自养脱氮塔用于养猪废水深度处理，应用简便，施工周期短，启动时间短，脱氮效果显著，在进水NO3--N浓度为250mg/L情况下，出水NO3--N浓度为5mg/L以下，平均脱氮效率为98%以上，脱氮负荷为240mgNO3--N/（L·d）。

经过成本核算，采用高效硫自养脱氮装置运行成本为7.56元/kgN，较传统异养反硝化可节约运行成本20~40万元/年。