微藻-细菌协同处理甘蔗糖蜜发酵尾气：实现高H2S负荷下的碳硫同步减排与资源化

针对甘蔗乙醇副产物糖蜜发酵产生的高浓度H2S（50,000 ppmv）和CO2（90%）尾气污染难题，西班牙巴利亚多利德大学可持续过程研究所团队创新开发微藻-细菌耦合系统（CMB），在14 L光生物反应器中实现72小时内100% H2S和98.2% CO2同步去除，最大H2S消除容量达30.3 gS-H2S m-3 h-1，为生物精炼厂提供无堵塞、低成本的废气处理方案。

　　

甘蔗乙醇产业每年产生大量糖蜜（vinasse），这种高硫酸盐副产物在厌氧消化过程中会产生剧毒硫化氢（H₂S浓度高达50,000 ppm_v）和高浓度二氧化碳（CO₂达90%），不仅腐蚀设备、威胁工人健康，还会形成酸雨破坏生态环境。传统物理化学脱硫技术存在成本高、易堵塞等问题，而生物滤塔又面临硫单质积累和供氧不足的瓶颈。西班牙巴利亚多利德大学可持续过程研究所（Institute of Sustainable Processes, University of Valladolid）的André do Vale Borges团队在《Journal of Hazardous Materials》发表研究，首次将耐硫微藻Chloroidium ellipsoideum与硫氧化细菌（SOB）耦合，构建了革命性的联合微藻-细菌（CMB）系统。

研究人员采用14 L鼓泡塔光生物反应器，通过三阶段梯度增加气流量（1.7-6.8 mL/min）测试系统性能。关键技术包括：（1）预适应H₂S的Chloroidium ellipsoideum藻种接种；（2）碱性矿物盐培养基（MSM）维持pH>8.8；（3）连续光照（1040 μmol m^-2 s^-1 PAR）驱动光合供氧；（4）气相色谱实时监测H₂S/CO₂浓度；（5）硫质量平衡分析评估代谢路径。

【3.1 气流量对污染物去除的影响】

系统在72小时内实现H₂S完全去除（100%）和CO₂ 98.2%固定，最大H₂S消除容量（30.3 gS-H₂S m^-3 h^-1）远超传统生物滤塔（8.0-78.6 gS-H₂S m^-3 h^-1）。微藻光合作用使溶解氧（DO）维持在15.0 mg L^-1，确保SOB将H₂S完全氧化为硫酸盐，避免硫单质堵塞。

【3.2 环境条件与系统稳定性】

碱性条件（pH 8.8-9.7）和充足无机碳（IC 1.8-3.4 g L^-1）维持系统稳定。量子产率（QY）稳定在0.6，显示微生物群落对极端条件的适应性。

【3.3 碳硫氮代谢路径】

硫平衡显示99%的硫被同化为生物质，硫酸盐浓度控制在186-1170 mgS-SO₄^2- L^-1非抑制范围。硝酸盐去除率随运行阶段提升至70.4%，证实微藻对氮的高效利用。

【3.4 微生物生长响应】

生物量在零排放策略下增长4.5倍，Chloroidium ellipsoideum丰度达1.05×10¹⁰ ind. L^-1，展现卓越的H₂S耐受性（72 gS-H₂S m^-3）。

该研究开创性地证明CMB系统处理极端H₂S负荷的可行性，其内源供氧机制克服了传统生物脱硫的技术瓶颈。通过将有毒气体转化为藻类生物质（含32%粗蛋白），不仅实现碳硫减排，还为生物精炼厂提供增值产品。未来整合两相厌氧消化沼液作为碱度来源，可进一步降低90%的化学药剂成本，推动甘蔗产业向循环经济转型。这项突破为全球每年3.5亿吨糖蜜副产物的绿色处理提供了标杆方案。