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

《生物資源技術報告》，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。通過批式試驗發現，硫化物的氧化分兩個階段進行，可通過pH變化區分。NO和N2O在脈沖投加亞硝酸鹽和硫化物時積累，同時溶解氧（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，并通過在線監測溶解N2O和NO濃度，揭示其積累機制和動態特性，以優化過程控制并減少溫室氣體排放。  

 

研究思路  

研究采用實驗室規模的序批式生物膜反應器，進行一系列批式試驗，設置四種不同進水條件（變化硫化物和亞硝酸鹽濃度）。通過脈沖投加方式引入底物，在線監測NO、N2O、DO、pH等參數，并分析硫化物、硫酸鹽濃度變化。同時，使用高通量測序分析微生物群落結構，以全面理解SOAD過程中的生物地球化學行為。  

 

測量的數據及研究意義  

1 NO和N2O濃度數據，來自Fig. 2。研究意義在于直接量化溫室氣體排放水平，揭示積累動態和峰值特征，表明高亞硝酸鹽和低S/N比促進積累，為過程優化提供依據。  

 

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

 

 

3 DO數據，來自Fig. 2。研究意義在于發現NO積累對DO傳感器的干擾，意外DO增加可能指示NO存在或生物過程，強調測量中需考慮干擾因素。  

4 微生物群落數據，來自Fig. 4。研究意義在于識別主導菌屬如Thiobacillus、Ottowia、Thiovirga，這些菌參與硫化物和亞硝酸鹽去除，Ottowia可能與N2O產生相關，支持微生物機制解析。  

 

結論  

1 pH是區分硫化物氧化兩階段的可靠指標，第一階段pH增加對應S0生成，第二階段pH穩定對應SO4^2-生成。  

2 脈沖投加 regime 是NO積累的關鍵因素， famine后的feast條件導致初始積累，高亞硝酸鹽和低S/N比加劇此現象。  

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是優勢功能菌屬，負責硫化物氧化和亞硝酸鹽還原，微生物群落結構支持過程穩定性。  

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義  

本研究使用丹麥Unisense N2O和NO微傳感器（型號N2O-100和NO-500）在線監測溶解氣體濃度。研究意義在于：這些傳感器提供高精度、實時數據，檢測限低（如NO傳感器檢測限0.0028 mg N/L），能準確捕捉SOAD過程中NO和N2O的動態積累和減少趨勢。例如，數據揭示NO積累峰值達2 mg N/L，N2O峰值達10.6 mg N/L，且積累受進水條件影響。這幫助量化溫室氣體排放，識別關鍵影響因素如亞硝酸鹽濃度和S/N比，為過程控制和環境風險評估提供可靠數據支持。同時，傳感器使用中發現NO對DO測量的干擾，強調了在復雜環境中校準和解讀數據的重要性。