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

預處理玉米芯水解液為碳源，嗜熱大螯球菌 TAD1 實現低氧化亞氮排放的好氧反硝化

來源：Water Air Soil Pollut, Volume 227, 2016, Article ID 314

《水空氣土壤污染》，第227卷，2016年，文章編號314

 

摘要：

摘要部分闡述了生物反硝化的主要障礙是碳源成本高，因此需要尋找經濟替代品。本研究探討了使用預處理的玉米殼水解物作為碳源，促進嗜熱Chelatococcus daeguensis TAD1進行好氧反硝化的可能性。結果顯示，預處理條件如顆粒大小10-40目、NaOH劑量0.01 mol L?1、負載劑量60 g L?1、溫度40°C和時間24小時，能有效釋放碳源。在初始pH 8.5時，反硝化效率最高，N2O排放最低，僅占反硝化NO3-N的0.053%。使用玉米殼水解物作為唯一碳源，反硝化速率達24.55 mg L?1 h?1，去除效率96.91%，無亞硝酸鹽和N2O積累。總之，玉米殼水解物是經濟高效的碳源，能實現低N2O排放的好氧反硝化。

 

研究目的：

研究目的是開發一種經濟碳源替代傳統碳源（如甲醇、乙醇），以降低生物反硝化成本，并減少溫室氣體N2O的排放。具體目標是利用農業廢棄物玉米殼，通過預處理提高其作為碳源的可用性，并評估嗜熱菌TAD1在好氧條件下的反硝化性能和N2O排放控制。

 

研究思路：

研究思路包括首先優化玉米殼的預處理條件（顆粒大小、NaOH劑量、負載劑量、溫度和時間），以釋放可用碳源；然后使用預處理后的玉米殼水解物作為唯一碳源，在好氧條件下培養TAD1菌株，測量反硝化速率、N2O排放等指標；最后評估不同初始pH和硝酸鹽濃度對反硝化和N2O排放的影響，以確定最佳操作條件。實驗采用實驗室規模的反應器，結合化學分析和傳感器測量。

 

測量的數據及研究意義：

1. 化學需氧量（COD）數據：來自Fig.2、Fig.3、Fig.4、Fig.5和Fig.6，顯示預處理后玉米殼水解物的碳源可用性。研究意義是評估預處理效果，確定最優條件以最大化碳源釋放，為經濟反硝化提供基礎。

 

 

 

 

 

2. 硝酸鹽氮（NO3-N）和亞硝酸鹽氮（NO2-N）濃度數據：來自Fig.2、Fig.3、Fig.4、Fig.5、Fig.6、Fig.7、Fig.8和Fig.10，反映反硝化效率和中間產物積累。研究意義是驗證TAD1菌株的反硝化能力，顯示玉米殼水解物能促進高效硝酸鹽去除，減少有害中間產物。

 

 

 

3. 生物量（OD600）和pH數據：來自Fig.7和Fig.8，顯示菌株生長和環境變化。研究意義是了解反硝化過程中的微生物活性和pH影響，優化條件以維持穩定反硝化。

4. 氧化亞氮（N2O）濃度數據：來自Fig.9和Fig.11，使用丹麥Unisense電極測量，顯示N2O排放量。研究意義是評估反硝化過程的環保性，證明玉米殼水解物能最小化溫室氣體排放，支持可持續廢水處理。

 

 

 

結論：

1. 玉米殼水解物經過適當預處理后，可作為經濟碳源，使TAD1菌株實現高效反硝化，速率達24.55 mg L?1 h?1，去除效率96.91%。

2. 在初始pH 8.5和高硝酸鹽負荷下，N2O排放極低，最高僅占反硝化NO3-N的0.265%，且最終被耗盡。

3. 玉米殼水解物能耐受pH波動和高硝酸鹽負荷，是一種理想碳源，適用于好氧反硝化系統，具有低N2O排放優勢。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

使用丹麥Unisense電極測量N2O數據的研究意義在于精確量化反硝化過程中的溫室氣體排放，從而評估環境 impact。在本文中，N2O測量結果顯示，使用玉米殼水解物作為碳源時，N2O排放量極低（如Fig.9中，初始pH 8.5時最大N2O僅為0.053% of denitrified NO3-N），這證實了TAD1菌株在好氧條件下能有效還原N2O，避免積累。相比其他研究（如使用鈉琥珀酸鹽的Pseudomonas stutzeri），本方法顯著降低了N2O排放，突出了玉米殼水解物在減少碳足跡方面的優勢。此外，測量數據還揭示了pH和硝酸鹽濃度對N2O排放的影響（如Fig.11顯示高硝酸鹽負荷下N2O增加但最終耗盡），為優化反硝化工藝提供了關鍵參數，支持了廢水處理的可持續性和氣候友好性。