光伏电池片生产的制绒、刻蚀工序大量使用氢氟酸和硝酸的混酸，由此产生的废水同时含有高浓度硝态氮（NO₃⁻-N可达200-800mg/L）和氟离子（F⁻可达500-2000mg/L），且碳氮比极低。传统的异养反硝化需投加大量外购碳源，成本高昂。厌氧氨氧化（Anammox）虽能自养脱氮，但无法直接利用硝态氮，且会产生约11%的硝酸盐副产物。硫自养反硝化（SAD）则能以单质硫为电子供体，将硝酸盐还原为氮气。将两者在一体化反应器中科学耦合，有望在不消耗有机碳源的条件下实现总氮的极限脱除。
本研究设计了一套处理量为5m³/d的一体化升流式中试反应器。反应器下部填充高活性的厌氧氨氧化颗粒污泥，中部设有曝气或亚硝酸盐投配区，上部铺设硫磺-石灰石混合填料作为硫自养反硝化区。实际光伏废水首先经过钙盐沉淀除氟预处理，将F⁻降至10mg/L以下，随后进入该一体化反应器。在反应器下部Anammox区，投配的亚硝酸盐与原水中的氨氮被厌氧氨氧化菌转化为氮气和少量硝酸盐。水流携带残余硝酸盐继续上升，进入上部的SAD区，附着在硫磺颗粒上的硫自养反硝化菌利用硫磺为电子供体，将硝酸盐高效还原为氮气。
中试装置连续运行了365天，经历了完整的四季温度变化。在进水总氮负荷为1.5 kgN/(m³·d)的条件下，系统总氮去除率稳定在95%以上，出水总氮浓度低于15mg/L。冬季水温降至15℃时，通过适当延长水力停留时间，仍可维持90%以上的去除率。微生物群落高通量测序分析证实，Anammox菌（主要为Candidatus Kuenenia属）和硫自养反硝化菌（主要为Thiobacillus属）在各自的区域形成了稳定的优势群落，功能菌群的空间分层现象十分清晰。硫磺填料的消耗速率为每去除1kg NO₃⁻-N消耗约2.5kg硫磺，石灰石有效缓冲了反应产生的H⁺。
经济性分析表明，与传统的异养反硝化工艺相比，该一体化自养脱氮系统可节省约100%的外加碳源费用和50%的曝气能耗。该中试研究为光伏、电子、不锈钢酸洗等产生高硝态氮、低碳氮比废水的行业，提供了一种高效、节能、运行成本低的深度脱氮工程化方案，具有广阔的推广应用前景。
