【摘 要】
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近年来,在生物短程反硝化过程中富集一氧化二氮(N2O)以同步实现氮素去除和能源回收已成为环境工程水处理领域的研究热点。然而,现有N2O回收工艺存在操作复杂、条件苛刻的不足
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近年来,在生物短程反硝化过程中富集一氧化二氮(N2O)以同步实现氮素去除和能源回收已成为环境工程水处理领域的研究热点。然而,现有N2O回收工艺存在操作复杂、条件苛刻的不足,限制其推广应用。本论文研发了一种基于低pH培养和惰性气体吹扫的短程反硝化高效回收N2O新方法,并利用宏基因组学和宏转录组学的方法揭示了其微生态机制。批次实验结果表明,低pH培养下的污泥在惰性气体吹扫后具有较高的N2O产率。在惰性气体吹扫之前,在pH值为4.5和6.0的反应器中培养的活性污泥最大N2O产率仅为26%;在惰性气体吹扫之后,污泥的最大N2O产率分别增至97.5%和80.2%;而在pH值为7.5的反应器中始终没有检测到N2O的产生。宏基因组分析表明,惰性气体吹扫导致含有编码Ⅰ型N2O还原酶基因(nosZⅠ)的反硝化菌丰度上升,而含有编码Ⅱ型N2O还原酶基因(nosZⅡ)的反硝化菌丰度下降。但nosZ基因的总体丰度并未下降。宏转录组分析表明,在酸性条件下由非生物还原产生的一氧化氮(NO)使得N2O还原酶(Nos)失活是导致N2O大量积累的直接原因。进一步分析发现NO可能通过绑定nosZⅠ型反硝化菌特有NosR蛋白中的[4Fe:4S]簇,使得NosR蛋白失去维持Nos活性的功能。以上分析表明,基于低pH培养和惰性气体吹扫的短程反硝化高效回收N2O是由于反硝化菌群定向演替附加NO抑制的共同作用。本论文创建了一种高效简易的回收N2O方法,推动了废水氮素能源回收技术发展。
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