钯催化甲烷膜生物膜反应器的强化启动策略提升Fe(II)EDTA-NO还原效能研究

《Process Biochemistry》：Start-up pathway of palladium-catalyzed methane-membrane biofilm reactor for Fe(II)EDTA-NO reduction

本文推荐一种钯催化甲烷膜生物膜反应器（Pd-CH4-MBfR）新型启动策略，通过对比直接启动与强化启动（分阶段投加NaNO3与Fe(III)EDTA）路径，证实强化启动可使脱氮效率提升至60%（直接启动仅30%），并促进甲烷氧化反硝化菌富集。该研究为复合吸收-微生物还原（CABR）技术提供了低温高效、碳中和的催化-生物协同解决方案。

　　

Highlight

钯催化被引入CH₄-MBfR系统，通过对比直接启动与强化启动策略，探究其对Fe(II)EDTA-NO去除效率及微生物群落结构的影响。

直接启动

图2展示了钯催化甲烷膜生物膜反应器（Pd-CH₄-MBfR）直接还原Fe(II)EDTA-NO的效率。两组反应器的脱氮效率均不稳定，且钯催化膜与常规聚丙烯（PP）膜的反应效果无显著差异——初期（前2天）出水总氮浓度从70 mg-N/L降至45 mg-N/L，但随后效率波动明显，最终脱氮效率均维持在30%左右，且未观察到铁还原现象。

强化启动

强化启动路径下，Pd-CH₄-MBfR的脱氮效率显著提升至60%，铁还原效率也达到约10%。分阶段投加电子受体（先NaNO₃，后NaNO₃+Fe(III)EDTA）的策略，成功激活了甲烷氧化反硝化菌的代谢活性。微生物群落分析显示，钯的引入显著促进了Pseudomonas（假单胞菌属）、Methylomonas（甲基球菌属）和Methylomona（甲基单胞菌属）等关键功能菌群的富集。

结论

本研究证明，采用强化启动路径的Pd-CH₄-MBfR可实现60%的Fe(II)EDTA-NO还原效率，显著优于直接启动（30%），同时铁还原效率提升10%。钯催化作用通过调控微生物群落结构，增强了系统稳定性与功能性，为低温条件下协同处理NO_x与甲烷提供了新型催化-生物耦合平台。