Pretreated Corn Husk Hydrolysate as the Carbon Source for Aerobic Denitrification with Low Levels of N2O Emission by Thermophilic Chelatococcus daeguensis TAD1

預處理玉米殼水解物作為嗜熱代爾夫特菌TAD1好氧反硝化的碳源及低N2O排放研究

來源：Water, Air, & Soil Pollution, Volume 227, Article number 314, 2016

《水、空氣與土壤污染》第227卷，文章編號314，2016年

 

摘要

摘要闡述了利用農業廢棄物玉米殼經過預處理后作為廉價碳源，用于嗜熱好氧反硝化菌Chelatococcus daeguensis TAD1的好氧反硝化過程。研究通過優化預處理條件（顆粒尺寸10-40目、NaOH劑量0.01 mol/L、負載量60 g/L、溫度40°C、時間24小時）獲得玉米殼水解物（CHH），并在初始pH 8.5、高硝酸鹽負荷（253.36 mg/L）下實現96.91%的硝酸鹽去除率和24.55 mg/L/h的反硝化速率，且無亞硝酸鹽積累。關鍵發現是N2O排放量極低，最高僅占反硝化氮的0.053%，表明CHH是一種經濟高效且環境友好的碳源。

 

研究目的

研究旨在解決生物反硝化過程中碳源成本高的問題，通過開發玉米殼水解物作為廉價替代碳源，并評估其在高溫好氧反硝化中降低N2O排放的潛力，以實現高效、低環境影響的硝酸鹽去除。

 

研究思路

研究首先優化玉米殼的預處理條件（顆粒尺寸、NaOH劑量、負載量、溫度和時間），以釋放可被微生物利用的有機碳。隨后，利用預處理獲得的CHH作為唯一碳源，在好氧條件下培養TAD1菌，分析不同初始pH和硝酸鹽濃度對反硝化效率及N2O排放的影響。實驗通過監測生物量、硝酸鹽/亞硝酸鹽濃度、pH和N2O動態變化，驗證CHH的可行性。

 

測量的數據及研究意義

1 化學需氧量（COD）：反映CHH中可被微生物利用的碳源含量，數據來自圖2、3、4、5、6。研究意義在于評估預處理效果，確定最佳碳源釋放條件。

 

 

 

 

 

2 硝酸氮（NO3-N）和亞硝酸氮（NO2-N）濃度：用于計算反硝化速率和效率，數據來自圖7、8、10。研究意義是直接衡量TAD1菌的反硝化能力，證明CHH作為碳源的有效性。

 

 

 

3 pH值：監測反硝化過程中的酸堿度變化，數據來自圖7、8、10。研究意義在于揭示環境適應性，顯示TAD1在寬pH范圍內的穩定性。

4 生物量（OD600）：表征菌株生長情況，數據來自圖7、8、10。研究意義是關聯碳源利用與微生物活性，支持反硝化效率的生物學基礎。

5 氧化亞氮（N2O）濃度：使用丹麥Unisense電極測量，數據來自圖9、11。研究意義是量化溫室氣體排放，評估CHH在減少環境風險方面的優勢。

 

 

 

結論

1 玉米殼水解物是一種經濟高效的碳源，可使TAD1在高溫好氧反硝化中實現高硝酸鹽去除率（96.91%）和快速反硝化速率（24.55 mg/L/h）。

2 在寬pH范圍（6.0-9.0）和高硝酸鹽負荷（最高300 mg/L）下，N2O排放量極低（最高僅占反硝化氮的0.265%），且無亞硝酸鹽積累。

3 CHH的預處理方法簡單、成本低（處理1立方米廢水僅需8元），為農業廢棄物資源化和低碳廢水處理提供了可行方案。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極精確測量N2O濃度，其研究意義在于直接量化好氧反硝化過程中的溫室氣體排放，為評估TAD1菌的環境友好性提供關鍵證據。該電極的高靈敏度使研究人員能夠捕捉N2O的動態變化（如圖9顯示pH 8.5時峰值僅0.053%），證明CHH作為碳源可有效抑制N2O還原酶的氧敏感性，減少中間產物積累。這一數據不僅驗證了低溫室氣體排放的優勢，還為高溫廢水處理工藝的低碳化設計提供了實證依據，凸顯了CHH在應對氣候變化中的實際價值。