亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程与应用研究进展

生态环境学报2019,28(5):1064-1070http://www.jeesci.comEcologyandEnvironmentalSciencesE-mail:editor@jeesci.com基金项目：福建省自然科学基金青年项目（2016J05082）；福建省教育厅产学研项目（JAT160477）；福建省JK项目（JK2016039）；福建省高校杰出青年科研人才培育计划项目；龙岩学院产学研项目（LC2015012）作者简介：孙巍（1982年生），女，副教授，博士，研究方向为环境微生物。E-mail:weiyu2005@126.com收稿日期：2018-10-22亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程与应用研究进展孙巍，丁燕玲，张丽娟，夏春雨龙岩学院生命科学学院/固体废弃物资源化利用福建省高等学校工程研究中心，福建龙岩364000摘要：亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化（nitrite-dependentanaerobicmethaneoxidation，N-DAMO）是指以亚硝酸盐为电子受体将甲烷厌氧氧化为二氧化碳的微生物生化反应过程。此反应是偶联碳氮循环的关键环节，是微生物碳氮循环的新内容，它的发现对于全球的碳氮物质循环具有重要贡献。基于此，文章概述了N-DAMO过程的生化反应机理；总结了N-DAMO菌富集培养过程中的活性影响因素：NO2−-N浓度为2.40mmol∙L−1时N-DAMO菌的反硝化活性最大，CH4分压为49kPa可基本满足N-DAMO菌对CH4的需求量，N-DAMO菌最适pH值为7.6左右，最适温度为35℃左右，N-DAMO菌能够适应一定含量的盐度；浅析了N-DAMO过程在海洋、淡水及其湿地等不同生境中的分布特点；在此基础上，探讨了Anammox与N-DAMO的耦合反应机理在污水处理脱氮工艺中的应用，该工艺能够节约大量物质能源、减少经济成本和提高脱氮效率，具有巨大的潜在应用前景。关键词：亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化；反应机理；环境因子；污水脱氮DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2019.05.025中图分类号：X172文献标志码：A文章编号：1674-5906（2019）05-1064-07引用格式：孙巍,丁燕玲,张丽娟,夏春雨,2019.亚硝酸盐型厌氧甲烷氧化过程与应用研究进展[J].生态环境学报,28(5):1064-1070.SUNWei,DINGYanling,ZHANGLijuan,XIAChunyu,2019.Areviewofstudyonnitrite-dependentanaerobicmethaneoxidationprocessanditsapplication[J].EcologyandEnvironmentalSciences,28(5):1064-1070.近年来，随着环境问题日益严重，全球变暖成为当今世界面临的主要环境问题之一，而大气中N2O、CH4等温室气体浓度增加则是引发全球变暖的主要因素。N2O是一种重要的温室气体，N2O产生的温室效应是等摩尔质量的CO2的310倍，其对全球温室效应的贡献达5%（沈李东，2014）。甲烷所产生的温室效应亦不容小觑，虽然甲烷排放量仅占全球温室气体总排放量的14%（Knitteletal.，2009），但由于等摩尔质量的条件下CH4所引起的温室效应是CO2的20－30倍（沈李东，2014），且其总排放量更是以每年约1%的速度飞快增长（Borreletal.，2011），其对全球变暖的贡献达到了30%（Bock，2012）。因此，如何控制甲烷排放一直是受关注的热点。亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependentanaerobicmethaneoxidation，N-DAMO）是指以亚硝酸盐为电子受体将CH4厌氧氧化为CO2的生化反应，此过程可偶联甲烷氧化与亚硝酸盐还原反应（Raghoebarsingetal.，2006），是地球碳氮循环的新内容，N-DAMO的发现对于完善全球的碳氮循环具有重要贡献。此外，由于以有机物为电子供体的反硝化过程会释放大量的N2O（Knowles，1982），而N-DAMO反应过程中只会释放极少量的N2O到外界环境中（Ettwigetal.，2010）。因此，若能将N-DAMO应用于以有机物为电子供体的反硝化过程，则可大大降低N2O的排放。此外，N-DAMO细菌以CH4为唯一能源，可将CH4氧化为CO2，明显降低等摩尔CH4排放所引起的温室效应，以达到减少全球温室气体排放的重要效益（Ettwigetal.，2010）。综上所述，N-DAMO过程在控制温室气体排放，缓解全球变暖方面具有重要的生态学意义。综上所述，N-DAMO反应及其相关微生物的探究可提高对其在缓解温室效应等方面的认识。并且N-DAMO过