摘 要

Abstract 1

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究目的与意义 2

第二章 反应机理及研究进展 4

2.1反应机理简述 4

2.2研究进展 5

第三章 材料与方法 7

3.1 接种物 7

3.2 培养基及培养体系等溶液 7

3.3 培养装置 8

3.4计算甲烷在培养体系中的溶解度 9

3.5 离子测定方法 10

3.6 实验步骤 12

第四章 数据分析与结果讨论 14

4.1离子浓度的计算方法 14

4.2一轮实验具体结果展示 14

4.3 二轮实验具体结果 21

第五章 结论 28

参考文献 29

致谢 31

摘要

微生物进行的厌氧甲烷氧化反硝化过程是减少自然环境中甲烷这一温室气体排放的重要生物途径，即厌氧型甲烷氧化反硝化（denitrifying anaerobic methane oxidation，DAMO）。该过程能够去除硝酸盐氮，并控制温室气体甲烷，具有潜在的研究与应用价值。但厌氧甲烷氧化反硝化效率较低，微生物较为敏感，本文通过添加活性炭、生物炭、固态腐殖质等自然界中分布广泛的电子媒介体，研究其对厌氧甲烷氧化反硝化的影响。结果表明，活性炭对于甲烷厌氧氧化反硝化（DAMO）过程有一定的促进作用，分析原因可能是活性炭促进了甲烷氧化与反硝化微生物之间的电子传递，需要进一步深层次的机理分析和实验验证。生物炭和腐殖质对于DAMO过程没有比较明显的影响。

关键词：反硝化型甲烷厌氧氧化（DAMO）；活性炭；生物炭

Abstract

The anaerobic methane oxidation and denitrification process by microorganisms is an important biological pathway to reduce the greenhouse gas emissions of methane in the natural environment, namely anaerobic methane oxidation (DAMO). This process has the potential for research and application by removing nitrate nitrogen and controlling greenhouse gas methane. However, the anaerobic methane oxidation denitrification efficiency is low, and the microorganisms are sensitive. In this paper, the effects of anaerobic methane oxidation and denitrification on the anaerobic methane oxidation denitrification are studied by adding widely distributed electronic media such as activated carbon, biochar and solid humus. The results show that activated carbon can promote the process of methane anaerobic oxidation denitrification (DAMO). The overall effect is that its conduction promotion or adsorption is still unknown due to the limited author level. Further deep mechanism is needed. Analysis and experimental verification. Biochar and humin has basically no obvious influence on the DAMO process.

Key words: denitrification methane anaerobic oxidation (DAMO); activated carbon; biochar

第一章 绪论

1.1研究背景

在环境中有很多硝酸盐污染来源，例如人工化肥，生活污水和食品防腐与保鲜等垃圾，沼气池中等，此外，还有工厂排出含氨废弃物各种燃烧石油类燃料炸药的使用生产等（顾平，万金保，张文燕等，2011）。

这些产生的硝酸盐在自然环境条件下，经雨水溶解分解就会最终形成硝酸盐，经过地表径流，然后造成硝酸盐污染。导致生态环境的平衡失调和水环境的破坏（殷茵，张文燕，万金保等，2012）。

目前常见的硝酸根去除方法主要有物理化学生物方法。物理方法主要有膜分离法，膜分离法包括反渗透和电渗析两种（Knittel K amp; Boetius A, 2009）。反渗透在除去硝酸盐的同时也将除去其它的无机盐，因此反渗透法将降低出水的矿化度。同时为了延长反渗透膜的使用寿命，需要对水进行预处理。不仅增加了工艺难度而且增加了成本，只适用于小型供水措施。电渗析使用半透膜可选择性地脱除离子，但是只适用于软水，且会产生浓缩废盐水，存在着废水排放问题。

目前的生物方法主要是生物反硝化法，反硝化是指硝酸盐氮和亚硝酸盐氮在反硝化菌的作用下，被还原成氮气的过程.常用作反硝化的电子供体有甲醇、乙

化学方法有离子交换法和化学反硝化法（Knittel K amp; Boetius A, 2009），离子交换是让要处理的水通过一强碱性树脂床，水中的硝酸根与氯离子或重碳酸根换，直到树脂的交换容量耗尽。其缺点是使出水中氯离子浓度增加，并且再生剂用量也比较大，造成二次污染，需要再处理，成本同样高昂。利用化学反硝化也能脱氮，但是该工艺产生大量的污泥，并且需要通过充气来去除产生的氨氮，费用太高。

含有大量硝酸盐的饮水食物被人食用后，硝酸盐在人体内积累过量，之后被还原为亚硝酸盐。亚硝酸盐会使血液失去携氧功能，使人缺氧中毒，轻者导致身体不适，重者抢救不及时可危及生命。与此同时，亚硝酸盐在人体内作用可能形成亚硝胺类，是致癌、致畸、致突变的物质，在人体内达到一定剂量时，可严重危害人体健康（Islas-Lima S, Thalasso F, et al., 2004）。

醇、乙酸、柠檬酸等有机物；常用的无机物主要有亚铁离子，单质硫等。硝酸盐氮还原为氮气的正常过程一般为：

在低碳氮比污水的处理过程中往往需要外加碳源，以满足反硝化电子供应的需求。不仅成本高，而且水质波动的情况下投加量不好控制，过多过少都会影响出水水质。一些固体碳源的投加还面临着运输困难，二次污染，成本不好控制等缺陷，难以实际利用。

而甲烷是一种重要的温室气体，其引起的温室效应是等物质量CO₂的20～30倍（Cicerone amp; Oreroland, 1988），对全球变暖的贡献率约占20%（Knittel et al., 2009）。其中，湿地是甲烷的重要排放源，占所有天然甲烷排放源的 70%，占全球甲烷通量的20%左右（陈槐，周舜，吴宁等，2006）。

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