NO and N2O accumulation during nitrite-based sulfide-oxidizing autotrophic denitrification  

基于亞硝酸鹽的硫化物氧化自養(yǎng)反硝化過程中NO和N2O的積累  

來源：Bioresource Technology Reports, Volume 7, 2019, Page 100190

《生物資源技術(shù)報(bào)告》，第7卷，2019年，第100190頁

 

摘要  

這篇論文研究了在亞硝酸鹽基硫化物氧化自養(yǎng)反硝化（SOAD）過程中，一氧化氮（NO）和氧化亞氮（N2O）的積累特性。通過批式試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫化物的氧化分兩個(gè)階段進(jìn)行，可通過pH變化區(qū)分。NO和N2O在脈沖投加亞硝酸鹽和硫化物時(shí)積累，同時(shí)溶解氧（DO）水平意外增加。高亞硝酸鹽濃度和低硫氮比（S/N）促進(jìn)NO積累，而N2O積累由硫化物和游離亞硝酸（FNA）雙重抑制引起。功能菌屬包括Thiobacillus、Ottowia和Thiovirga。  

 

研究目的  

本研究旨在探究SOAD過程中N2O和NO積累的影響因素，包括H2S、FNA和脈沖投加方式，并通過在線監(jiān)測(cè)溶解N2O和NO濃度，揭示其積累機(jī)制和動(dòng)態(tài)特性，以優(yōu)化過程控制并減少溫室氣體排放。  

 

研究思路  

研究采用實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的序批式生物膜反應(yīng)器，進(jìn)行一系列批式試驗(yàn)，設(shè)置四種不同進(jìn)水條件（變化硫化物和亞硝酸鹽濃度）。通過脈沖投加方式引入底物，在線監(jiān)測(cè)NO、N2O、DO、pH等參數(shù)，并分析硫化物、硫酸鹽濃度變化。同時(shí)，使用高通量測(cè)序分析微生物群落結(jié)構(gòu)，以全面理解SOAD過程中的生物地球化學(xué)行為。  

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義  

1 NO和N2O濃度數(shù)據(jù)，來自Fig. 2。研究意義在于直接量化溫室氣體排放水平，揭示積累動(dòng)態(tài)和峰值特征，表明高亞硝酸鹽和低S/N比促進(jìn)積累，為過程優(yōu)化提供依據(jù)。  

 

2 pH、硫化物、硫酸鹽濃度數(shù)據(jù)，來自Fig. 1和Table 1。研究意義在于區(qū)分硫化物氧化的兩個(gè)階段（先氧化為S0再氧化為SO4^2-），pH變化作為階段劃分指標(biāo)，幫助理解反應(yīng)進(jìn)程和效率。  

 

 

3 DO數(shù)據(jù)，來自Fig. 2。研究意義在于發(fā)現(xiàn)NO積累對(duì)DO傳感器的干擾，意外DO增加可能指示NO存在或生物過程，強(qiáng)調(diào)測(cè)量中需考慮干擾因素。  

4 微生物群落數(shù)據(jù)，來自Fig. 4。研究意義在于識(shí)別主導(dǎo)菌屬如Thiobacillus、Ottowia、Thiovirga，這些菌參與硫化物和亞硝酸鹽去除，Ottowia可能與N2O產(chǎn)生相關(guān)，支持微生物機(jī)制解析。  

 

結(jié)論  

1 pH是區(qū)分硫化物氧化兩階段的可靠指標(biāo)，第一階段pH增加對(duì)應(yīng)S0生成，第二階段pH穩(wěn)定對(duì)應(yīng)SO4^2-生成。  

2 脈沖投加 regime 是NO積累的關(guān)鍵因素， famine后的feast條件導(dǎo)致初始積累，高亞硝酸鹽和低S/N比加劇此現(xiàn)象。  

3 N2O積累由硫化物和FNA雙重抑制引起，抑制N2O還原酶活性，但SOAD過程后期能顯著減少N2O排放。  

4 Thiobacillus、Ottowia和Thiovirga是優(yōu)勢(shì)功能菌屬，負(fù)責(zé)硫化物氧化和亞硝酸鹽還原，微生物群落結(jié)構(gòu)支持過程穩(wěn)定性。  

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義  

本研究使用丹麥Unisense N2O和NO微傳感器（型號(hào)N2O-100和NO-500）在線監(jiān)測(cè)溶解氣體濃度。研究意義在于：這些傳感器提供高精度、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，檢測(cè)限低（如NO傳感器檢測(cè)限0.0028 mg N/L），能準(zhǔn)確捕捉SOAD過程中NO和N2O的動(dòng)態(tài)積累和減少趨勢(shì)。例如，數(shù)據(jù)揭示NO積累峰值達(dá)2 mg N/L，N2O峰值達(dá)10.6 mg N/L，且積累受進(jìn)水條件影響。這幫助量化溫室氣體排放，識(shí)別關(guān)鍵影響因素如亞硝酸鹽濃度和S/N比，為過程控制和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供可靠數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，傳感器使用中發(fā)現(xiàn)NO對(duì)DO測(cè)量的干擾，強(qiáng)調(diào)了在復(fù)雜環(huán)境中校準(zhǔn)和解讀數(shù)據(jù)的重要性。