東北地理所在人工濕地水氣污染協(xié)同減排研究方面獲進展
微生物燃料電池耦合人工濕地（MFC-CWs）被廣泛認為在污染物去除方面效果顯著，同時具有較好的產(chǎn)電性能，并被證明相較于傳統(tǒng)人工濕地可減少特定氣體（N2O、CH4和NH3）的排放。但目前關(guān)于C/N比對MFC-CWs污水處理效能、溫室氣體及NH3排放、生物產(chǎn)電性能的影響尚不明確，相關(guān)微生物學(xué)驅(qū)動機制也亟需探究。
中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治研究團隊科研人員在前期成果的基礎(chǔ)上（Zhu et al., 2022），評估了不同C/N比（1、5、10、15）對MFC-CWs污染物（COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN和TP）去除效率、多種氣體（CO2、CH4、N2O和NH3）排放和生物產(chǎn)電性能的影響。
研究結(jié)果表明，在中等進水C/N比（5、10）條件下，MFC-CWs的污水凈化效果相對較好；CO2、CH4和NH3的排放量隨著進水C/N比的增加而隨之增加，其中C/N比為5處理組的N2O排放量和全球增溫潛勢（GWP）最低。基于高通量測序結(jié)果和q-PCR分析，N2O排放通量的減少歸因于nosZ/（nirS+nirK）比值的增加，這意味著系統(tǒng)中N2O將更多地被還原為N2；CH4排放通量受負責(zé)編碼甲烷單加氧酶的pomA基因和甲基輔酶M還原酶mcrA基因的調(diào)控；NH3揮發(fā)與特定微生物（如Nitrospirales等）有關(guān)，這些微生物可以將NH3轉(zhuǎn)化為NO3-或NO2-等，或與其他細菌協(xié)同作用，從而影響NH3的揮發(fā)和轉(zhuǎn)化過程（圖1）。研究還發(fā)現(xiàn)，C/N比為5的系統(tǒng)環(huán)境促進了產(chǎn)電菌（如Proteobacteria和Firmicutes等）的生長，因此該進水條件下的MFC-CWs擁有最高的功率密度和電流強度。
本研究闡述了MFC-CWs對水體污染物和多種氣體的協(xié)同減排機制，為MFC-CWs技術(shù)和運行參數(shù)優(yōu)化提供了重要參考，在“雙碳”目標需求背景下，有助于推動人工濕地技術(shù)向低碳方向發(fā)展。相關(guān)成果發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》上，由牛婷婷（第一作者）、祝惠（通訊作者）等共同完成。研究工作得到中科院人工濕地水-氣協(xié)同調(diào)控創(chuàng)新交叉團隊項目、國家自然科學(xué)基金、“一帶一路”國際科學(xué)組織聯(lián)盟和中科院青年創(chuàng)新促進會的支持。
論文信息及鏈接如下：
Tingting Niu, Hui Zhu*, Brian Shutes, Jing Yu, Chunguang He, Shengnan Hou, Hu Cui, Baixing Yan. Wastewater treatment performance and gaseous emissions in MFC-CWs affected by influent C/N ratios. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141876
圖1 進水C/N比對MFC-CWs系統(tǒng)中碳氮氣體排放的調(diào)控機制
附件下載：
吉公網(wǎng)安備22017302000214號
