污泥处理革新：天然气产量暴增200%，处置成本腰斩

一项针对污水处理厂污泥处理新方法的初步研究发现，这种方法不仅能高效产出可再生天然气，还能降低处理成本。这项研究发表在《化学工程杂志》上，它可能帮助社区在可持续清理垃圾的同时，获得满足能源需求的可再生天然气。

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研究人员预处理了从附近污水处理厂收集的污泥，结果可再生天然气产量比现有方法高出200%，最终处置成本也减少了近50%。可再生天然气和化石燃料天然气一样，可以用于发电、家庭供暖、交通运输等多种用途，而且不会像化石燃料那样影响气候。

"这项技术差不多能把高达80%的污泥变成有价值的东西，"该论文的通讯作者、华盛顿州立大学生物产品科学工程实验室以及基因与琳达·沃伊兰化学工程与生物工程学院的教授比尔吉特·阿林说。"如果我们能在其他有机材料上复制这个成果，我们就能拥有一项效率世界一流的废物处理技术。"

污水处理设施使用大量电力来净化城市污水，占美国总电力需求的3%至4%。在小型社区中，它们通常是最大的电力用户。这些处理过程还会让全球变暖更严重，每年向大气排放约2100万公吨温室气体。

美国约1.5万家污水处理厂中，约有一半采用厌氧消化技术来减少污水废物并生产沼气，但这个过程靠微生物分解废物，效率很低，难以分解污泥中的所有复杂分子。沼气主要由二氧化碳和甲烷组成，用途有限，而残留的污泥（称为生物固体）最后大多都被填埋了。

在这项研究中，华盛顿州立大学的研究团队增加了一个预处理步骤：在厌氧消化过程之前，先往污泥里加氧气，再在高温高压下处理。在高压条件下，少量氧气能充当催化剂，分解材料中的长聚合物链。研究人员表明，他们的预处理使每吨干污泥的处理成本从494美元降至253美元。

The team then used a novel bacterial strain that they discovered and isolated to upgrade the biogas, converting carbon dioxide with hydrogen into methane or renewable natural gas. The researchers analyzed and verified the renewable gas, showing that it was 99% pure methane.

"This (bacterial strain) bug doesn't need anything—it is a workhorse," said Ahring. "It doesn't need organic additives or a lot of nursing. It does well with water and a vitamin pill."

The researchers are working with WSU's Office of Innovation and Entrepreneurship and have patented the bacterial strain. They are now working with an industrial partner to develop a larger scale project.

研究团队随后使用他们发现并分离出的新型细菌菌株对沼气进行升级，将二氧化碳与氢气转化为甲烷或可再生天然气（即甲烷）。研究人员分析并验证了这种可再生气体，表明其甲烷纯度高达99%。

"这种（细菌菌株）微生物不需要任何东西——它就是个干活的能手，"阿林说。"它不需要有机添加剂，也不用怎么照顾。给它水和一片维生素片，它就能长得好。"

研究人员正在和华盛顿州立大学的创新与创业办公室合作，并已经给这种细菌菌株申请了专利。他们目前正在与一家行业合作伙伴合作，开发一个更大规模的项目。

阿林表示：“这种方法不仅提高了碳转化效率和甲烷产量，还能直接生产出CO2含量极低的管道级可再生天然气——将现有污泥能源系统的两大局限通过一种可扩展的方法一并解决。通过成功结合先进的预处理与生物沼气升级技术，这项工作为可持续污泥处理提供了全新的集成范式，在最大化能源回收的同时，促进循环生物经济发展。”

除阿林外，项目团队还包括来自太平洋西北国家实验室以及位于里奇兰的清洁技术初创公司Clean-Vantage LLC的研究人员。

更多信息： Birgitte K. Ahring 等人，《利用先进预处理与厌氧消化技术（APAD）改善污水污泥厌氧消化以生产可再生天然气：中试测试》，《化学工程杂志》（2026年）。DOI: 10.1016/j.cej.2026.173931