薄膜擴散梯度技術在去除污水中的硫化氫和甲烷研究中有哪些應用？

本次分享一篇由清華大學劉艷臣團隊在《Water Research X》上發表的一篇學術論文：Nitrite-dependent microbial utilization for simultaneous removal of sulfide and methane in sewers。這篇文章主要研究了在下水道系統中通過亞硝酸鹽（nitrite）的投加來同時去除硫化氫（H₂S）和甲烷（CH₄）的微生物利用方法。研究的核心在于提出并驗證一種“微生物利用"概念，即利用亞硝酸鹽作為底物，通過微生物作用同時消耗下水道中的硫化氫和甲烷。這種方法與傳統的“微生物抑制"策略不同，后者通常需要高濃度的化學物質和酸性環境來抑制微生物活動。

化學物質通常被投加到下水道系統中以減少硫化氫（H₂S）和甲烷（CH₄）的排放，這會帶來高昂的成本和環境問題。亞硝酸鹽投加是一種有希望的方法，因為亞硝酸鹽可以從尿液廢水中產生，這是一種可行的綜合水資源管理策略。然而，亞硝酸鹽投加通常需要嚴格的條件，例如相對較高的亞硝酸鹽濃度（例如，約200mg N/L）和酸性環境，以抑制微生物。與“微生物抑制"相比，本研究提出了“微生物利用"概念，即利用亞硝酸鹽作為下水道中H₂S和CH₄消耗的底物。在實驗室規模的下水道反應器中，連續投加了濃度相對較低的亞硝酸鹽（25-48mg N/L）。兩個依賴于亞硝酸鹽的微生物利用過程，即依賴于亞硝酸鹽的厭氧甲烷氧化（n-DAMO）和微生物硫化物氧化，成功地與亞硝酸鹽還原同時發生。這兩個過程的發生，在下水道反應器中實現了溶解甲烷58%的減少和超過90%的硫化物去除，微生物活動分別測量為15.6毫克CH4/(L?h)和29.4mgS/(L?h)。在下水道生物膜和沉積物中檢測到高拷貝數的n-DAMO細菌和硫化物氧化細菌（SOB）。機制分析證實，較低水平的投加亞硝酸鹽并未由于下水道沉積物中活性區域的向下遷移而抑制硫化物生成過程。因此，提出的“微生物利用"概念為下水道中硫化物和甲烷的同時去除提供了一種新的選擇。

在本文中，DGT（薄膜擴散梯度）技術被用來測量下水道沉積物中微尺度的硫化物生成活性。DGT（薄膜擴散梯度）技術在本文中為研究下水道中硫化物和甲烷的生成、遷移以及亞硝酸鹽的微生物利用提供了重要的實驗數據和分析手段。智感環境研發的四大系列共計30余種DGT產品，滿足了絕大多數土壤、水體和沉積物的監測要求。