《三價鐵還原氨氧化機理及過程調控》是依託蘇州科技大學，由李祥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：三價鐵還原氨氧化機理及過程調控
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李祥
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
厭氧氨氧化在自然界氮素循環中扮演著重要的角色,基於厭氧氨氧化原理開發的生物脫氮技術具有低能耗，高效能的特徵。近年來發現厭氧氨氧化微生物能夠利用多種電子受體進行代謝活動。在濕地中發現微生物能夠利用三價鐵還原氨氧化的代謝活動，同時出現總氮損失的現象，但相關機理及功能微生物尚未明確。若三價鐵還原氨氧化反應得到實現，氮素最終以氮氣的形式去除，將使氨的生物轉化去除過程完全不需要外加能源,形成綠色無污染治理技術。本項目圍繞這一具有重要科學意義和套用價值的課題，擬以厭氧氨氧化微生物作為接種物，在實驗室反應器中進行三價鐵還原氨氧化過程的深入研究，進一步明確三價鐵還原氨氧化過程的反應機制，了解作用微生物的種群及其特徵；探明影響反應的主要因素，尋求有效控制反應過程中物質轉化途徑的條件和調控手段；為解釋自然環境中氮轉化的新途徑提供生物反應實驗依據，為開發新型的經濟高效生物脫氮工藝提供技術原理支持。
結題摘要
厭氧氨氧化在自然界氮素循環中扮演著重要的角色,基於厭氧氨氧化原理開發的生物脫氮技術具有低能耗，高效能的特徵。近年來發現厭氧氨氧化微生物能夠利用多種電子受體進行代謝活動。在濕地中發現微生物能夠利用三價鐵還原氨氧化的代謝活動，同時出現總氮損失的現象，但相關機理及功能微生物尚未明確。若三價鐵還原氨氧化反應得到實現，氮素最終以氮氣的形式去除，將使氨的生物轉化去除過程完全不需要外加能源，形成綠色無污染治理技術。本項目圍繞這一具有重要科學意義和套用價值的課題，主要以厭氧氨氧化微生物作為接種物，在實驗室反應器中進行三價鐵還原氨氧化過程的深入研究。研究結果表明三價鐵還原氨氧化過程是一個生物主導的生化過程，存在於厭氧氨氧化污泥和市政污水廠普通的活性污泥中。基於分子生物學的微生物研究表明經過三價鐵還原氨氧化馴化後的污泥中仍然存在厭氧氨氧化菌（Candidatus brocade、Candidatus Scalindua）和一些鐵氧化菌（Ignavibacteriale spp.、 Proteobacteria spp.）。三價鐵還原氨氧化過程中三價鐵轉化為二價鐵，氨氮首先被轉化為亞硝酸鹽，然後再被轉化為硝酸鹽。在厭氧氨氧化菌的存在下，生成的亞硝酸鹽會與氨氮立即產生厭氧氨氧化反應。三價鐵還原氨氧化過程的最適pH和溫度分別為6.5和30~35℃。但是此環境下營養液中的鐵離子不能隨出水流出反應器，大量鐵離子滯留，導致污泥發生礦化，反應器不能持續運行。通過反應器外添氧氧化和體內添加硝酸鹽氧化二價鐵為三價鐵，實現適量鐵離子的循環利用，實現三價鐵還原氨氧化過程微生物的富集和反應器的持續運行。同時在以鐵為催化劑的條件下，實現廢水中氨氮和硝酸鹽的轉化，通過同位素示蹤表明該過程主要由三價鐵還原氨氧化過程、鐵自養反硝化過程和厭氧氨氧化過程耦合而成。該研究結果為含有氨氮和硝酸鹽廢水的處理提供了一條新型的廢水脫氮方法。
