基于自然解决方案和循环经济的创新生物沼气脱硫技术：强化人工湿地硝化液作为电子受体在缺氧生物脱硫中的应用验证

研究人员针对沼气中H2S杂质引发的环境与运营问题，创新性地将人工湿地(CWs)硝化液作为电子受体，结合缺氧悬浮生物反应器(SBBs)实现高效生物脱硫。研究表明，当硝酸盐+亚硝酸盐(NO3?+NO2?)和正磷酸盐(PO43?)浓度分别超过10 mgN L?1和10 mgP L?1时，H2S去除率可达95%，为沼气净化提供了低碳、低成本的循环经济解决方案。

　　

随着全球对可再生能源需求的增长，沼气作为有机废弃物资源化的重要产物，其净化技术成为制约能源转化的关键瓶颈。传统沼气脱硫工艺面临高运营成本、催化剂中毒和二次污染等问题，尤其在污水处理厂(WWTPs)向能源回收设施转型的背景下，如何实现低碳高效的硫化氢(H₂S)去除成为行业痛点。欧洲最新指令要求2045年前实现污水处理厂100%能源中和，更凸显了开发可持续净化技术的紧迫性。

在这项发表于《Bioresource Technology》的研究中，来自西班牙的研究团队开创性地将人工湿地(CWs)与缺氧生物脱硫技术耦合，验证了自然生态系统在工业流程中的循环应用价值。研究团队发现，传统活性污泥法硝化液虽能有效支持缺氧脱硫，但其高能耗特性与碳中和目标相悖。而人工湿地通过植物-微生物-基质的协同作用实现硝化，不仅能耗为零，还能提供碳封存和生物多样性保护等生态系统服务。

研究采用了两项核心技术：1）多级强化人工湿地处理消化液离心上清液(centrate)，2）并联运行48L和130L悬浮生物反应器(SBBs)进行真实沼气脱硫实验。结果显示，当切换至人工湿地硝化液时，反应器无需适应期即可实现94%的H₂S去除率，但受限于湿地系统磷酸盐(PO₄^3?)的天然缺乏，需补充原液以维持10 mgP L^?1的关键浓度阈值。在最佳工况下，大容积反应器(SBB2)达到13.1 gH₂S Nm^?3h^?1的消除容量，气体停留时间仅需3.1分钟。

研究通过三个关键阶段揭示了技术优势：

1. 硝化液来源转换：从活性污泥硝化液无缝切换至人工湿地硝化液，证明生物脱硫菌群对电子受体来源具有广谱适应性。
2. 营养限制突破：发现磷酸盐是湿地硝化液应用的唯一限制因素，通过原液补充策略将去除效率从70%提升至95%。
3. 规模效应验证：大容积反应器(SBB2)在13.1 gH₂S Nm^?3h^?1负荷下仍保持稳定性，证实技术可扩展性。

结论部分指出，该技术创造了"污水处理-湿地硝化-沼气净化"的闭环系统：每处理1kg硫化物，较传统工艺减少6.7kg CO₂排放，且避免了生物滴滤器(BTFs)的爆炸风险和NO_x排放。研究还提出将饮用水处理污泥(DWTS)作为湿地基质，可同步解决磷去除和重金属吸附问题，为未来集成Power-to-X(PtX)技术奠定基础。这项研究首次实现了自然生态系统与工业脱硫流程的深度融合，为污水处理厂的能源转型提供了可复用的技术范式。