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成都生物所在甲烷氧化耦合硝化反硝化同步脱氮研究中获新进展
发表日期: 2020-10-26 作者: 曹沁 文章来源:
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 垃圾渗滤液和养殖废水,其经厌氧发酵碳源大量消耗且蛋白质降解后,常出现贫碳而高氨氮的情况,使得后续脱氮环节(常用工艺有生物脱氮A/O工艺和A2/O工艺)中反硝化阶段,由于缺少适当C/N而致效率大大降低。与此同时,厌氧发酵产生大量沼气,其主要成分甲烷,被证明可以作为碳源和电子供体来还原硝氮等氧化态污染物。如果将这部分甲烷作为脱氮处理中的碳源,既减少了甲烷排放,又节省了运行成本。另一方面,由于厌氧消化液中氮源污染物主要为氨氮,并且在进行曝气处理后,氨氮仍不能完全转化为硝酸盐,因此研究甲烷氧化耦合氨氧化更具实际意义。基于甲烷氧化菌和氨氧化菌的进化同源性,以甲烷为碳源的脱氮系统中很可能呈现甲烷氧化同时耦合硝化和反硝化的现象。 

 中国科学院成都生物研究所生物质能源项目组成员曹沁博士生在前期的研究中发现,矿化垃圾填埋场中甲烷氧化可有效耦合硝酸盐的反硝化作用。并且,在微氧和缺氧条件下,参与其耦合反应的微生物种类不同。基于此研究基础,在该阶段的研究中进行了好氧甲烷氧化耦合硝酸盐/亚硝酸盐反硝化的实验,证明在20%-25%氧气浓度下,以甲烷为碳源的脱碳效率最高。接着,将氮污染物转变为氨氮,发现通入甲烷和25%氧气时,氨氮的去除效率最高;而不通入甲烷时,即使具有高浓度的氧气,氨氮氧化效率也较低,并且有大量亚硝酸盐的积累。由此证明硝化过程的异养性,及甲烷对该硝化过程的促进作用。并且,在对各组微生物群落及甲烷氧化菌、氨氧化细菌、反硝化细菌等功能微生物的高通量测序中发现丰度较高的异养硝化-好氧反硝化菌,证明了甲烷氧化和异养硝化-好氧反硝化的耦合关系。 

 本研究得到了国家自然科学基金(51478448)、中科院西部之光项目(2018XBZG_XBQNXZ_A_004, 2019XBZG_JCTD_ZDSYS_001)等的支持。相关科研成果“Ammonia removal through combined methane oxidation and nitrification-denitrification and the interactions among functional microorganisms”发表在Water Research期刊上。 

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