薄膜(mo)擴(kuo)散梯(ti)度技術(shu)在(zai)去(qu)除汙水中(zhong)的硫化氫和(he)甲烷研(yan)究(jiu)中(zhong)有(you)哪(na)些(xie)應用(yong)？

本(ben)次(ci)分享(xiang)壹(yi)篇由清華大(da)學(xue)劉(liu)艷(yan)臣(chen)團隊(dui)在(zai)《Water Research X》上發表的壹(yi)篇學(xue)術(shu)論(lun)文(wen)：Nitrite-dependent microbial utilization for simultaneous removal of sulfide and methane in sewers。這篇文章主要研(yan)究(jiu)了(le)在(zai)下(xia)水(shui)道系(xi)統(tong)中(zhong)通(tong)過(guo)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)（nitrite）的投(tou)加來同(tong)時(shi)去(qu)除硫化氫（H₂S）和(he)甲烷（CH₄）的微生(sheng)物利(li)用(yong)方法。研究(jiu)的核心(xin)在(zai)於(yu)提出(chu)並驗(yan)證壹(yi)種(zhong)“微(wei)生(sheng)物利(li)用(yong)"概念(nian)，即利用(yong)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)作(zuo)為(wei)底(di)物，通(tong)過微(wei)生(sheng)物作(zuo)用(yong)同(tong)時(shi)消耗(hao)下(xia)水道中(zhong)的硫化氫和(he)甲烷。這(zhe)種(zhong)方法(fa)與傳(chuan)統(tong)的“微生(sheng)物抑(yi)制(zhi)"策(ce)略(lve)不同(tong)，後者通常需要高濃度的化學(xue)物(wu)質和酸(suan)性環境來抑(yi)制(zhi)微(wei)生(sheng)物活動。

化學(xue)物(wu)質通常被投(tou)加到(dao)下(xia)水(shui)道系(xi)統(tong)中(zhong)以(yi)減(jian)少硫化氫（H₂S）和(he)甲烷（CH₄）的排放，這會(hui)帶來高昂(ang)的成(cheng)本(ben)和環(huan)境問題。亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)投(tou)加是(shi)壹(yi)種(zhong)有(you)希(xi)望的方法(fa)，因(yin)為(wei)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)可(ke)以(yi)從(cong)尿液(ye)廢(fei)水中(zhong)產(chan)生(sheng)，這是(shi)壹(yi)種(zhong)可(ke)行的綜(zong)合(he)水(shui)資(zi)源(yuan)管理(li)策(ce)略(lve)。然(ran)而，亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)投(tou)加通常需要嚴格(ge)的條件，例(li)如相對較高的亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)濃度（例如(ru)，約(yue)200mg N/L）和(he)酸(suan)性環境，以(yi)抑(yi)制(zhi)微(wei)生(sheng)物。與(yu)“微生(sheng)物抑(yi)制(zhi)"相比，本(ben)研究(jiu)提出(chu)了(le)“微(wei)生(sheng)物利(li)用(yong)"概念(nian)，即利用(yong)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)作(zuo)為(wei)下(xia)水道中(zhong)H₂S和(he)CH₄消耗(hao)的底(di)物。在(zai)實(shi)驗(yan)室(shi)規模的下水(shui)道反(fan)應器(qi)中(zhong)，連(lian)續投(tou)加了(le)濃度相對較低的亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)（25-48mg N/L）。兩(liang)個(ge)依(yi)賴(lai)於(yu)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的微生(sheng)物利(li)用(yong)過程，即依(yi)賴(lai)於(yu)亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的厭(yan)氧甲烷氧化（n-DAMO）和微(wei)生(sheng)物硫化物氧化，成(cheng)功(gong)地(di)與亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)還(hai)原同(tong)時(shi)發生(sheng)。這兩(liang)個過(guo)程(cheng)的發生(sheng)，在(zai)下(xia)水(shui)道反(fan)應器(qi)中(zhong)實(shi)現(xian)了(le)溶(rong)解(jie)甲烷58%的減(jian)少和(he)超過90%的硫化物去(qu)除，微生(sheng)物活動分別測(ce)量(liang)為(wei)15.6毫克CH4/(L⋅h)和(he)29.4mgS/(L⋅h)。在(zai)下(xia)水(shui)道生(sheng)物膜(mo)和(he)沈積(ji)物(wu)中(zhong)檢(jian)測(ce)到(dao)高拷(kao)貝(bei)數的n-DAMO細菌(jun)和硫化物氧化細菌(jun)（SOB）。機制(zhi)分(fen)析(xi)證實(shi)，較低水(shui)平(ping)的投(tou)加亞硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)並未(wei)由於(yu)下水道沈積(ji)物(wu)中(zhong)活性區域(yu)的向(xiang)下遷(qian)移而抑制(zhi)硫化物生(sheng)成(cheng)過(guo)程(cheng)。因(yin)此(ci)，提出(chu)的“微生(sheng)物利(li)用(yong)"概念(nian)為下水(shui)道中(zhong)硫化物和(he)甲烷的同(tong)時(shi)去(qu)除提供(gong)了(le)壹(yi)種(zhong)新(xin)的選擇。

在(zai)本(ben)文中(zhong)，DGT（薄(bo)膜(mo)擴(kuo)散梯(ti)度）技術(shu)被(bei)用(yong)來測(ce)量(liang)下(xia)水道沈積(ji)物(wu)中(zhong)微(wei)尺(chi)度的硫化物生(sheng)成(cheng)活性。DGT（薄膜(mo)擴(kuo)散梯(ti)度）技術(shu)在(zai)本(ben)文中(zhong)為(wei)研(yan)究(jiu)下(xia)水道中(zhong)硫化物和(he)甲烷的生(sheng)成(cheng)、遷(qian)移以(yi)及(ji)亞(ya)硝(xiao)酸(suan)鹽(yan)的微生(sheng)物利(li)用(yong)提供(gong)了(le)重(zhong)要(yao)的實(shi)驗(yan)數據(ju)和(he)分析(xi)手段。智(zhi)感環(huan)境研發的四(si)大(da)系(xi)列共計(ji)30余(yu)種(zhong)DGT產(chan)品，滿足(zu)了(le)絕(jue)大(da)多(duo)數(shu)土壤、水(shui)體(ti)和(he)沈積(ji)物(wu)的監測(ce)要求(qiu)。