東北地理所在人工濕地水氣污染協同減排研究方面獲進展
微生物燃料電池耦合人工濕地（MFC-CWs）被廣泛認為在污染物去除方面效果顯著，同時具有較好的產電性能，并被證明相較于傳統人工濕地可減少特定氣體（N2O、CH4和NH3）的排放。但目前關于C/N比對MFC-CWs污水處理效能、溫室氣體及NH3排放、生物產電性能的影響尚不明確，相關微生物學驅動機制也亟需探究。
中國科學院東北地理與農業生態研究所水環境污染與防治研究團隊科研人員在前期成果的基礎上（Zhu et al., 2022），評估了不同C/N比（1、5、10、15）對MFC-CWs污染物（COD、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN和TP）去除效率、多種氣體（CO2、CH4、N2O和NH3）排放和生物產電性能的影響。
研究結果表明，在中等進水C/N比（5、10）條件下，MFC-CWs的污水凈化效果相對較好；CO2、CH4和NH3的排放量隨著進水C/N比的增加而隨之增加，其中C/N比為5處理組的N2O排放量和全球增溫潛勢（GWP）最低。基于高通量測序結果和q-PCR分析，N2O排放通量的減少歸因于nosZ/（nirS+nirK）比值的增加，這意味著系統中N2O將更多地被還原為N2；CH4排放通量受負責編碼甲烷單加氧酶的pomA基因和甲基輔酶M還原酶mcrA基因的調控；NH3揮發與特定微生物（如Nitrospirales等）有關，這些微生物可以將NH3轉化為NO3-或NO2-等，或與其他細菌協同作用，從而影響NH3的揮發和轉化過程（圖1）。研究還發現，C/N比為5的系統環境促進了產電菌（如Proteobacteria和Firmicutes等）的生長，因此該進水條件下的MFC-CWs擁有最高的功率密度和電流強度。
本研究闡述了MFC-CWs對水體污染物和多種氣體的協同減排機制，為MFC-CWs技術和運行參數優化提供了重要參考，在“雙碳”目標需求背景下，有助于推動人工濕地技術向低碳方向發展。相關成果發表在《Chemical Engineering Journal》上，由牛婷婷（第一作者）、?；荩ㄍㄓ嵶髡撸┑裙餐瓿?。研究工作得到中科院人工濕地水-氣協同調控創新交叉團隊項目、國家自然科學基金、“一帶一路”國際科學組織聯盟和中科院青年創新促進會的支持。
論文信息及鏈接如下：
Tingting Niu, Hui Zhu*, Brian Shutes, Jing Yu, Chunguang He, Shengnan Hou, Hu Cui, Baixing Yan. Wastewater treatment performance and gaseous emissions in MFC-CWs affected by influent C/N ratios. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141876
圖1 進水C/N比對MFC-CWs系統中碳氮氣體排放的調控機制
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