反硝化型甲烷厌氧氧化机理及工艺调控策略的研究

反硝化型甲烷厌氧氧化（DAMO）是新发现的生物反应，耦合了反硝化和甲烷的厌氧氧化过程。由于其可同时去除硝酸盐和甲烷两种物质，可研发新型生物脱氮除碳工艺；将CH4氧化为CO2则可显著降低温室效应，因此该反应的发现具有重要的工程意义和生态意义，是当前环境领域的研究热点之一。但DAMO菌的生长非常缓慢，已成为该反应进一步研究及工程化应用的瓶颈。探明其存在生境、参与的微生物及最适反应条件对于加快该反应富集培养物的获得，促进该反应的机理研究及工程化应用具有重要的意义。针对上述问题，本项目开展了系统的研究，圆满完成了计划任务，取得了以下的成果：1）在不同的生态系统如湖泊沉积物、河流沉积物、农田水稻土、不同湿地、河口、潮间带、近海沉积物中都发现了DAMO菌的存在及活性，首次证实了DAMO过程是淡水湿地系统被忽视的甲烷汇。2）以产甲烷颗粒污泥、农田水稻土和河道沉积物为接种物，成功获得了优势菌都是NC10门Group A的三种DAMO菌富集物，比活性为0.8-1.4 μmol CH4 h-1 g-1 VSS，农田水稻土是最优接种物。3）比较了天然培养基和人工培养基对DAMO菌富集培养的影响，结果表明人工培养是较优的培养基，而且用该培养基富集获得了具DAMO活性但优势菌为Group B的富集物，表明NC10门Group B菌也可能具DAMO功能。4）为加快DAMO菌的富集速度，优化了人工培养基的主要成分，优化后的配方含0.3 g L-1 CaCl2，0.2 g L-1 MgSO4，0.3 g L-1 KH2PO4和0.2 g L-1 KHCO3。5）研究了环境条件对DAMO菌代谢和生长的影响，最优的环境条件为35 oC，pH7.6及盐度0 g NaCl L-1。在盐度对DAMO菌的长期影响试验中，发现淡水DAMO菌具盐度适应能力。6）以海滩沉积物为接种物，原位海水加基质为培养基，成功富集了耐盐的海洋DAMO菌，证实海洋DAMO菌的存在。7）调查了反应器构型对DAMO菌富集培养的影响，发现自主设计的磁搅气升式反应器具最佳工作性能。8）在富集过程监测了反硝化活性和反硝化菌数量的变化，发现反硝化菌是DAMO菌的重要伴生菌。9）根据DAMO菌的动力学特性，建立了首个DAMO模型并用于反应器的运行调控。本项目中的研究成果不仅丰富了DAMO菌的知识，还为将来的科学理论研究和工程应用研究提供了基础。