技术完成单位：华南理工大学环境与能源学院
项目负责人：黄少斌教授
电话：020-39380587，邮箱：chshuang@scut.edu.cn
一、技术简介
面源污染导致湿地碳氮硫综合排放量较高。湿地中氧化还原过程可影响硝化反硝化菌群和硫酸盐还原菌群等微生物在结构与功能方面的差别。显然，菌群的改变可正面影响湿地中碳氮硫循环，并促进综合负排放与碳中和的实现。本研究发现溶解氧、水质差异对硝化反硝化菌群和硫酸盐还原菌群等结构与功能有显著影响；同步基于原位电化学等监测手段，获得微生物结构与功能差异引起的水体和沉积物中N和S等代谢产物（NOx和硫化氢等气体释放规律）的变化；结合物料平衡计算，获得了生物驱动的硝化反硝化、硫酸盐还原与硫化物氧化等相关的碳氮硫循环关键路径及其电子传递机制；通过数值模拟和在线技术分析，能够对碳氮硫综合负排放进行测算，发现了湿地实现二氧化碳、NOx和硫化氢的综合负排放与碳中和的途径。可为地方政府实现区域可持续碳氮硫循环和综合负排放及评估环境影响提供技术基础、实验方法、成果统计与政策决策。
2018年12月获中国循环经济协会科学技术奖三等奖。
二、产业化背景及预期介绍
针对目前碳氮硫综合负排放与碳中和的国际和国内需求。而国内的水环境，因工农业和生活等废水的排放导致湿地中含有较高浓度的氨氮、硝氮、硫酸盐和有机污染物。由于环境中的硝化反硝化菌和硫酸盐还原菌等各类微生物的作用，导致湿地成为向大气环境排放二氧化碳CO2、氮氧化物NOx（NO、N2O）等温室气体和硫化氢H2S等恶臭气体释放量较高的区域。其中N2O的温室效应潜势是CO2的298倍；全球2016年N2O的排放量是工业化前的122倍；H2S的排放量也呈显著增加趋势。湿地作为容纳净化陆源污染物、削减其入海通量的天然屏障，利用好湿地的功能，可促进湿地碳氮硫的良性循环及CO2、NOx 和H2S等的负排放。
湿地中的溶解氧和COD等可显著影响微生物群落丰度与活性，但通过实际调控、监测、分析和理论计算，能够找实现CO2、NOx和H2S负排放的途径。
本项目重点突破水相中N2O、NO、H2S气体组份生物转化机理及其定性定量监测分析难等的问题，并通过数值模拟技术及综合负排放测算，获得CO2、N2O、NO、H2S排放通量，以及碳氮硫源汇功能和变暖潜能。通过探索生物协同驱动的可持续湿地碳氮硫循环和综合负排放及其环境影响，可为实现“减排”和“增汇”的国家和地方碳中和战略专项总体目标和解决相关核心科学与技术难题提供技术基础。这对制定地方政府的减排增效方针和发展规划意义显著，并能带来持续的社会经济效益。
三、成果转化需求
该项目强调如何强化湿地在实现综合负排放方面的功能，结合现场的研究、分析与计算，可以为地方政府的区域生态环境改善和碳中和与减排策略提供技术研究基础与决策服务。
四、有无形成知识产权
目前，本工艺已经获得发明专利多项。并正在申请新的发明专利。
五、成果展示图
(ADB-好氧反硝化菌；NB-硝化菌；DB-反硝化菌；SRB-硫酸盐还原菌；SOB-硫氧化菌）
图 1 湿地中（不同COD 环境）白天和黑夜碳氮硫转化与气体释放机制示意图
图 2 湿地中碳氮硫循环与电子传递机制
图 3 湿地中碳氮硫综合负排放示意图