熱線：021-66110810,66110819
手機：13564362870
Inhibition effect of magnetic field on nitrous oxide emission from sequencing batch reactor treating domestic wastewater at low temperature
磁場對低溫處理生活污水的序批式反應器中氧化亞氮排放的抑制效應
來源：Journal of Environmental Sciences, Volume 87, 2020, Pages 205-212
《環境科學學報》，第87卷，2020年，頁碼205-212
摘要
摘要指出本研究旨在探討磁場對低溫（10°C）下處理低濃度生活污水的序批式反應器（SBR）中氧化亞氮（N2O）排放的影響。平行運行124天后，磁場-SBR（MF-SBR）的N2O轉化率比常規SBR（C-SBR）降低了34.3%，同時MF-SBR的總氮（TN）和氨氮（NH4-N）去除效率分別提高了22.4%和39.5%。高通量測序顯示，MF-SBR中能夠將N2O還原為N2的氨氧化細菌（AOB，如Nitrosomonas）、亞硝酸鹽氧化細菌（NOB，如Nitrospira）和反硝化細菌（如Zoogloea）的豐度顯著提升。MF-SBR的反硝化酶活性（Nir）和基因豐度（nosZ、nirS和nirK）也明顯高于C-SBR。研究表明，在低溫處理生活污水的SBR中，應用磁場通過影響污泥的微生物特性，是抑制N2O產生和提高脫氮效率的有效方法。
研究目的
研究目的是探究磁場在低溫（10°C）下對SBR處理生活污水時抑制N2O排放和增強脫氮效果的影響，并從微生物學角度通過測定反硝化功能基因和酶活性以及高通量16S rRNA基因測序分析微生物群落，以解釋磁場的作用機制，為污水處理廠（WWTP）提高脫氮效率和減少N2O排放提供依據。
研究思路
研究思路是通過設置兩個SBR反應器（MF-SBR和C-SBR）在低溫（10°C）下平行運行124天，對比磁場（30 mT）對N2O排放和脫氮性能的影響。實驗測量N2O排放率、氮去除效率（TN、NH4-N）、反硝化酶活性（NIR、NOS）和基因豐度（nosZ、nirS、nirK），并利用高通量16S rRNA基因測序分析微生物群落結構，以闡明磁場影響N2O排放和脫氮的微生物機制。
測量的數據及研究意義
1 N2O排放和氮去除數據：來自圖1和表1，顯示MF-SBR的N2O轉化率比C-SBR降低34.3%，TN和NH4-N去除效率分別提高22.4%和39.5%。研究意義是證實磁場在低溫下能有效抑制N2O排放并提升脫氮性能，為污水處理提供經濟高效的技術選擇，避免昂貴溫控設施。
2 運行周期內N2O和氮化合物變化數據：來自圖2和圖3，顯示N2O主要在沉降和排水期通過反硝化產生，好氧期與亞硝酸鹽積累相關。研究意義是揭示N2O產生時段和途徑，磁場通過促進亞硝酸鹽轉化和反硝化酶活性減少N2O積累，優化過程控制。
3 反硝化酶活性和基因豐度數據：來自圖4，MF-SBR的NIR和NOS活性分別提高40.5%和37.9%，nosZ、nirS和nirK基因豐度顯著增加。研究意義是表明磁場增強低溫下反硝化酶活性和基因表達，緩解低溫抑制，從而降低N2O排放并提高脫氮效率。
4 微生物群落數據：來自圖5和圖6，MF-SBR中β-變形菌門（如Nitrosomonas、Nitrospira和Zoogloea）豐度增加，反硝化菌群（如Dechloromonas、Thauera）更豐富。研究意義是證實磁場調控微生物群落，促進有益菌生長，改善脫氮路徑，減少N2O產生。
結論
1 磁場應用（30 mT）在低溫（10°C）下顯著抑制SBR的N2O轉化率（降低34.3%）并提高脫氮效率（TN和NH4-N去除率分別增加22.4%和39.5%）。
2 磁場增強反硝化酶活性（NIR和NOS）和基因豐度（nosZ、nirS、nirK），緩解低溫對微生物活性的抑制。
3 微生物群落分析顯示磁場促進AOB（Nitrosomonas）、NOB（Nitrospira）和反硝化菌（如Zoogloea）的豐度，優化菌群結構以實現高效脫氮和N2O減排。
4 磁場技術為低溫污水處理提供了一種經濟可靠的輔助手段，未來需進一步優化磁場強度范圍。
使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義
使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義在于其高精度原位監測能力，能夠實時量化氣相和液相中的N2O濃度動態。具體地，電極測量顯示N2O排放主要發生在沉降和排水期（反硝化主導）以及好氧期（與亞硝酸鹽積累相關），如圖2和圖3所示。這種測量幫助精確計算N2O轉化率（如MF-SBR降低34.3%），并揭示磁場通過減少亞硝酸鹽積累和增強反硝化酶活性抑制N2O產生的機制。研究意義在于提供可靠數據支持磁場效應的驗證，避免傳統采樣誤差，實現連續監測，為低溫污水處理中N2O減排策略提供關鍵工具和見解。