薄膜扩散梯度技术在去除污水中的硫化氢和甲烷研究中有哪些应用？

本次分享一篇由清华大学刘艳臣团队在《Water Research X》上发表的一篇学术论文：Nitrite-dependent microbial utilization for simultaneous removal of sulfide and methane in sewers。这篇文章主要研究了在下水道系统中通过亚硝酸盐（nitrite）的投加来同时去除硫化氢（H₂S）和甲烷（CH₄）的微生物利用方法。研究的核心在于提出并验证一种“微生物利用”概念，即利用亚硝酸盐作为底物，通过微生物作用同时消耗下水道中的硫化氢和甲烷。这种方法与传统的“微生物抑制”策略不同，后者通常需要高浓度的化学物质和酸性环境来抑制微生物活动。

化学物质通常被投加到下水道系统中以减少硫化氢（H₂S）和甲烷（CH₄）的排放，这会带来高昂的成本和环境问题。亚硝酸盐投加是一种有希望的方法，因为亚硝酸盐可以从尿液废水中产生，这是一种可行的综合水资源管理策略。然而，亚硝酸盐投加通常需要严格的条件，例如相对较高的亚硝酸盐浓度（例如，约200mg N/L）和酸性环境，以抑制微生物。与“微生物抑制”相比，本研究提出了“微生物利用”概念，即利用亚硝酸盐作为下水道中H₂S和CH₄消耗的底物。在实验室规模的下水道反应器中，连续投加了浓度相对较低的亚硝酸盐（25-48mg N/L）。两个依赖于亚硝酸盐的微生物利用过程，即依赖于亚硝酸盐的厌氧甲烷氧化（n-DAMO）和微生物硫化物氧化，成功地与亚硝酸盐还原同时发生。这两个过程的发生，在下水道反应器中实现了溶解甲烷58%的减少和超过90%的硫化物去除，微生物活动分别测量为15.6毫克CH4/(L⋅h)和29.4mgS/(L⋅h)。在下水道生物膜和沉积物中检测到高拷贝数的n-DAMO细菌和硫化物氧化细菌（SOB）。机制分析证实，较低水平的投加亚硝酸盐并未由于下水道沉积物中活性区域的向下迁移而抑制硫化物生成过程。因此，提出的“微生物利用”概念为下水道中硫化物和甲烷的同时去除提供了一种新的选择。

在本文中，DGT（薄膜扩散梯度）技术被用来测量下水道沉积物中微尺度的硫化物生成活性。DGT（薄膜扩散梯度）技术在本文中为研究下水道中硫化物和甲烷的生成、迁移以及亚硝酸盐的微生物利用提供了重要的实验数据和分析手段。智感环境研发的四大系列共计30余种DGT产品，满足了绝大多数土壤、水体和沉积物的监测要求。