请来微生物“清洁工”“洗”掉硫化物“毒素”
如何在工业化进程日趋深入的当下，减少污染物排放、改善大气环境；如何让含硫烟气“洗”掉“毒素”，成为环境友好、可循环利用的物质？南京工业大学食品与轻工学院院长胡永红团队多年来一直关注上述问题。
日前，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，该技术的净化效果获得使用方肯定。
近10多年来，胡永红带领团队深耕生物科学技术领域。团队聚焦生物脱硫技术展开研究，与南京化学化工研究院合作开发了“生物滴滤塔技术”，为生物脱硫穿上“绿色的外衣”。谈及其运行原理，胡永红打了一个形象的比方：“我们利用微生物这群小小的环保卫士，来一场针对硫化物的精准打击。”
胡永红团队的技术大多数都用在脱除天然气中的二氧化硫气体。为何需要脱硫？胡永红以家用天然气为例介绍说，天然气中未经处理的气体含有的二氧化硫和硫化氢等不仅影响人体健康，还存在易燃易爆风险等安全风险隐患，所以在抵达各家各户前一定要进行脱硫。
“我们采用三步一循环法进行脱硫。”胡永红告诉《中国科学报》，脱硫第一步是将含有二氧化硫气体的天然气通入碱吸收池，使二氧化硫转化为亚硫酸根离子和硫酸根离子；第二步，将含有两种离子的溶液通入厌氧反应器，转化为硫离子；第三步，含硫离子的溶液通入好氧反应器，使硫离子转化为生物硫磺和少量的硫酸根离子。一循环，即将少量的硫酸根离子通过循环系统再次做处理。“脱硫的过程就是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磺，实现绿色环保的目的。”
当下，业界含硫烟气净化方法近百种，其中，工业上常用的技术分为湿法脱硫和干法脱硫，但这两种脱硫工艺存在能耗高、处理费用高、废水和污泥处置难及导致二次污染等问题。为解决这一问题，科研工作者们竞相研发能耗低、效率高、绿色环保的新型脱硫技术，于是生物脱硫成为“团宠”。
生物脱硫技术更像是请了一群微生物“清洁工”，它们悄无声息地潜入烟气中，将那些不受欢迎的硫化合物“请出”，整一个完整的过程温和而高效。胡永红举例说，就好比家里的鱼缸水脏后，并不是直接倒掉换水，而是放入一些能够分解杂质的鱼或水草，让它们在享受美食的同时，也帮助净化水质。
胡永红带领团队经过数千次实验，成功筛选并驯化了那些能“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。
团队成员、博士生王梓腾介绍，生物滴滤塔中的碱液将烟气中的二氧化硫吸收并转化为硫酸根和亚硫酸根后，正是通过硫酸盐还原菌将硫酸根和亚硫酸根还原成硫离子，再由硫氧化菌将硫离子转化为生物硫磺，进而实现烟气中硫的资源化利用。“采用新型生物反应器，将碱洗和细菌的还原与氧化相结合，形成了一套完整脱硫流程，实现生物脱硫过程的连续化、自动化、可持续。”
历经10余年，从实验室、小试、中试到完成工业侧线试验，再到长周期运行，胡永红“生物滴滤塔”先进生物脱硫技术在西南油气田彭州3号脱硫站实现了工业应用。“尾气焚烧炉烟气经生物脱硫后，二氧化硫浓度从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%。”胡永红表示，该技术在侧线试验装置中的数据令人振奋。
胡永红介绍，生物脱硫不会像传统化学脱硫法那样产生大量的废水、废渣等二次污染物，大幅度的降低了对环境的负面影响。目前，团队已与中国石油、中国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。其中，二氧化硫的去除率高达95%以上，明显提高了气品质量，帮企业创建了超低排放标准。
胡永红表示，他们研发的“生物还原-生物氧化”联合工艺，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的回收，还解决了原络合铁脱硫系统硫磺堵塞问题。
这种设计减少了占地面积，简化了操作的过程，降低了经营成本，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表示，采用胡永红团队的设备与技术后，能耗较使用原有技术下降10%以上。“微生物脱硫实现了对烟气中含硫化合物的充分的利用，转化得到的生物硫磺经分离提纯后还可作为化工行业原料进行深度加工利用，应用于医疗、化工等领域，减少对自然资源的开采，实现可持续发展。”
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