恶臭处理过程中硝化与甲烷厌氧氧化的协同机制与新型反应器研究

针对恶臭气体处理过程中，甲烷和其它恶臭物质难以同时有效去除的问题，本研究将氨硝化与甲烷厌氧氧化反应过程相结合，运用富集培养和现代分子生物学手段，筛选、优化甲烷厌氧氧化菌，考察硝化菌与甲烷氧化菌的共生关系以及微环境变化对其效能的影响，构建稳定高效的氨硝化-甲烷氧化生物体系；研究氨和甲烷的反应与传质过程，分析生物体系的群落结构和数量变化特征，探讨氨硝化与甲烷氧化协同作用机制，构建新的生物除臭系统，建立协同反应动力学模式，确定最佳控制条件与策略，为研究开发同步有效去除甲烷与氨等恶臭物质的新型生物除臭技术奠定理论基础；优化设计生物反应器结构，为硝化菌和甲烷氧化菌的共生创造适合的反应条件，使其成为一项实用化新技术。

本研究从污水处理厂厌氧污泥及生活垃圾填埋场土壤筛选可利用硝化产物作为电子受体的甲烷氧化菌落，形成稳定的生物体系，建立了甲烷厌氧氧化菌的筛选驯化方法；改变驯化条件和反应条件，研究微生物群落的演替过程和规律。研究结果表明，反应体系中甲烷厌氧氧化菌和反硝化菌共同存在，甲烷厌氧氧化菌包括甲烷厌氧氧化细菌和甲烷厌氧氧化古菌；反硝化菌均为反硝化细菌。随着反应的进行，体系内甲烷氧化菌和反硝化菌的种类和比例发生明显变化。体系内的甲烷厌氧氧化菌的比例明显上升，种类趋于单一。构建的生物系统，确定最佳控制条件，为研究开发有效去除甲烷与氨等恶臭物质的新型生物除臭技术奠定理论基础。. 考察甲烷厌氧氧化的影响因素，优化反应条件。甲烷厌氧氧化效果受底物浓度、溶解氧（DO）、pH值、反应时间的影响。甲烷的氧化量最大可以达到31.0 mg•g-1(TS)。分析甲烷厌氧氧化协同反硝化生物体系内的反应物、产物、中间产物，研究甲烷厌氧氧化协同反硝化生物体系中含碳物质和含氮物质的转移转化规律，结合反应体系甲烷厌氧氧化菌和反硝化菌的特征，推测构建的生物体系中甲烷厌氧氧化协同反硝化可能的转化途径为：甲烷与亚硝酸盐分别经过甲酸、氧化亚氮等中间产物，最终生成二氧化碳和氮气。优化设计生物反应器结构，为甲烷氧化菌和硝化菌的共生创造适宜的反应条件，使其成为一项实用化新技术。. 相关研究结果，在国内外期刊发表文章8篇，其中SCI收录文章5篇，分别发表在Bioresource Technology，Journal of Hazardous Materials，Process Biochemistry等期刊上。申请国家发明专利1项。