驯化微生物 “吃掉”硫化物

2025-02-05 15:38:00 来源：科技日报

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如何在工业化进程中，减少污染物排放、改善大气环境？如何将含硫烟气变为环境友好、可循环利用的物质？日前，南京工业大学食品与轻工学院院长、教授胡永红团队研发的生物脱硫技术取得突破性进展。在中国石油化工股份有限公司西南油气分公司牵头组织的“十条龙”项目“高硫高酸天然气短流程低碳化净化技术开发与工业应用”工作推进会上，生物脱硫技术的净化效果获得使用方肯定。

微生物充当“清洁工”

生物脱硫技术主要用于脱除天然气中的硫化物。为什么要脱硫？胡永红解释，天然气中含有的二氧化硫和硫化氢等气体，不仅影响人体健康，而且易燃易爆。

当前，业界含硫烟气净化方法虽多达近百种，但常用的湿法脱硫与干法脱硫工艺均面临能耗高、处理费用昂贵、废水和污泥处置难度大等问题。为解决这些问题，科研工作者们正积极研发能耗低、效率高、绿色环保的新型脱硫技术。

“为利用微生物这群‘环保卫士’，来一场针对硫化物的‘精准打击’，我们在所研发的生物脱硫技术的基础上，开发了生物滴滤塔装置。”胡永红介绍，生物滴滤塔装置主要由碱吸收池、厌氧反应器和好氧反应器三部分组成。

“通过集成碱吸收、厌氧还原及好氧氧化三大核心反应步骤，我们构建了一套既完整又高效的工艺流程，实现气体净化与资源化利用。”胡永红说，生物滴滤塔装置通过优化内部填料设计与气液流动路径，大幅提升了反应效率，同时具备占地面积小、结构紧凑、运行可靠等优点，在工业化应用方面具有灵活性与可操作性。

“生物滴滤塔装置中的关键环节就是脱硫，即将有害的二氧化硫气体转化为无害的、可用于农业生产的生物硫黄，达到环保的目的。”胡永红说，团队重点突破了碱吸收与微生物代谢的匹配优化，开发出稳定、高效、环保的脱硫解决方案，满足复杂工业环境的多样需求。

生物脱硫技术让微生物“清洁工”悄无声息地潜入烟气中，将那些不受欢迎的硫化合物中和掉，整个过程温和而高效。胡永红形象比喻说：“这好比鱼缸里的水变脏后，我们不是直接倒掉脏水进行换水，而是放入一些能够分解杂质的鱼儿或水草。”

胡永红带领团队经过数千次实验，成功筛选并驯化出能“吃掉”硫化物的微生物。它们便是硫酸盐还原菌系列、硫氧化菌系列等一批拥有自主知识产权的高活性、高耐受性的特种微生物菌株。

该团队博士生王梓腾介绍，在生物滴滤塔装置中，碱液首先将烟气中的二氧化硫吸收并转化为硫酸根和亚硫酸根，随后通过硫酸盐还原菌的作用，将硫酸根和亚硫酸根还原成硫离子。最后，硫氧化菌再将硫离子转化为生物硫黄，进而实现烟气中硫的资源化利用。

从实验室走向产业一线

历经10余年，胡永红团队的生物脱硫技术完成了从小试、中试，到工业试验验证的全过程。技术已经在中国石油化工股份有限公司西南油气分公司川西气田彭州3号脱硫站实现了应用。

“尾气焚烧炉烟气经生物脱硫后，二氧化硫浓度可从6500毫克每标准立方米降至小于10毫克每标准立方米，二氧化硫去除率达到99.8%。”胡永红介绍。

目前，团队已与中石油、中石化下属多家石化企业达成合作协议，助力天然气中含硫废气的脱除，帮助企业实现超低排放。

胡永红说，他们研发的技术，通过微生物的还原和氧化作用，不仅实现了硫化物的高效转化和单质硫回收，还解决了原络合铁脱硫系统硫黄堵塞问题。这种技术和装置设备减少了占地面积，简化了操作流程，降低了运营成本，提高了生物脱硫效率。

中国石油化工股份有限公司西南油气分公司高级工程师徐秦川介绍，采用胡永红团队研发的技术和装置后，脱硫能耗较使用原有技术下降10%以上。