三峡水库运行15年后，水位波动区（WLFZs）的温室气体排放情况

《Journal of Environmental Radioactivity》：Greenhouse gas emissions in water-level fluctuation zones (WLFZs) of the Three Gorges Reservoir after 15 years of operation

直接空气stripping工艺从厌氧消化液中高效回收氮并制备微生物蛋白（MP），优化了气液比（2:1和4:1 vvm）、温度（25-55°C）及操作模式（批次/连续）。批次条件下氨去除效率达99.9%，连续操作（45°C，4:1 vvm）效率为61%。集成连续stripping与MP生产的aerobic阶段，发现直接添加消化液或NH4Cl的MP产量更高（17 g TSS·L?1），但stripped氨源生物量仅4.78 g TSS·L?1。重金属虽不抑制生长，但显著降低MP质量。该研究为可持续蛋白生产提供了新策略。

　　本研究聚焦于可持续和循环型替代蛋白来源的开发，特别关注于如何通过低成本且安全的方式回收资源。随着全球人口的增长和气候变化的影响，传统蛋白质来源正面临越来越多的挑战，因此需要寻找更加环保和高效的蛋白质生产方案。微生物蛋白（Microbial Protein, MP）作为一种新兴的蛋白质来源，具有资源利用效率高、环境影响小等优点，成为未来食品供应链的重要组成部分。然而，MP的生产依赖于氮源的供给，而氮源的获取成本和环境负担是制约其大规模应用的关键因素。

在本研究中，研究人员探讨了一种无需化学试剂、低温条件下的直接空气剥离（Direct Air Stripping, DAS）技术，用于从厌氧消化残渣中回收氮，并将其转化为可用于微生物蛋白生产的营养物质。厌氧消化残渣是畜牧业中常见的高氮含量废弃物，其中含有大量的有机物、氨基酸、维生素以及无机物如磷、钾和铵态氮（NH??-N）。这种残渣不仅能够为微生物提供生长所需的氮元素，还可能包含重金属等潜在有害物质，这些物质可能影响微生物的生长和最终产品的质量。

研究团队首先在批次操作模式下，对不同温度（包括中温25、35、45℃和高温55℃）和空气与消化残渣体积比（A:D ratio）进行了实验，评估其对氮回收效率的影响。实验结果表明，在中温和高温条件下，通过调整空气体积比，可以在24小时内实现高达99.9%的氮回收效率。这说明DAS技术在较低温度下同样可以高效运作，从而减少了传统高温处理过程中的能源消耗和成本。

随后，研究团队在连续操作模式下进行了进一步的测试，以评估该技术在实际应用中的可行性。在45℃和4:1的A:D比条件下，连续操作模式下的氮回收效率达到了61%。虽然这个效率低于批次操作模式，但考虑到连续操作模式在工业应用中的优势，如稳定性、可扩展性和操作便利性，这一结果仍然具有重要的参考价值。

此外，研究团队还比较了不同氮源供给方式对微生物蛋白生产的影响。他们将DAS回收的氮与直接添加高氮含量消化残渣或矿质氮源（如NH?Cl）进行了对比。结果显示，直接使用高氮含量消化残渣作为氮源，可以显著提高生物量浓度，达到约17 g TSS·L?1。然而，这种方法也带来了潜在的污染风险，包括重金属的残留和有机污染物的干扰。相比之下，使用DAS回收的氮源虽然在生物量增长方面表现较弱，仅能达到4.78 g TSS·L?1，但其生产的微生物蛋白质量更高，且减少了对环境的污染。

研究人员还关注了重金属对微生物蛋白生产的影响。他们发现，虽然重金属并不直接抑制微生物的生长，但在使用高氮含量消化残渣作为氮源的情况下，重金属可能会在最终产品中积累，从而影响其质量和安全性。因此，DAS技术不仅能够高效回收氮，还能有效降低重金属污染的风险，为微生物蛋白的生产提供更加安全和清洁的氮源。

本研究的创新之处在于，它不仅评估了DAS技术在不同条件下的性能，还探索了如何将该技术与后续的微生物蛋白生产过程相结合。通过利用微生物蛋白生产过程中所需的氧气流，研究人员成功地将DAS技术与氧气供给系统整合，进一步提高了整个系统的效率和经济性。这种整合方式不仅减少了额外的设备投入，还降低了操作成本，为实现循环经济和可持续蛋白生产提供了新的思路。

研究团队还指出，当前关于DAS技术实际潜力的数据仍然有限，尤其是在与其他氮回收和供给策略的比较方面。因此，本研究不仅提供了关于DAS技术性能的详细数据，还通过实验验证了其在实际生产中的应用前景。这些数据对于未来的研究和工业应用具有重要的指导意义，特别是在如何优化操作参数、提高氮回收效率以及确保产品安全方面。

在实验设计方面，研究团队采用了两种不同氮含量的消化残渣，分别用于批次和连续操作模式的测试。高氮含量的消化残渣被用于批次实验，以评估在不同温度和空气体积比下的氮回收效果。而低氮含量的消化残渣则被用于连续实验，并通过添加NH?Cl来调整其氮含量，以模拟不同条件下的氮供给情况。这种设计不仅能够全面评估DAS技术的性能，还能为实际应用提供更加灵活的方案。

研究团队还特别关注了微生物蛋白生产过程中的一些关键性能指标，如生物量浓度、蛋白质含量、溶解性化学需氧量（sCOD）的去除率以及残留的NH??-N含量。这些指标不仅能够反映微生物蛋白生产的效率，还能帮助研究人员评估不同氮源供给方式对产品质量的影响。通过对比不同氮源供给方式下的这些指标，研究团队得出了更为全面的结论，为未来的研究和工业实践提供了科学依据。

从整体来看，本研究的意义在于推动了可持续蛋白质生产技术的发展，特别是在资源回收和利用方面。通过DAS技术，研究人员能够以较低的成本和环境影响，高效地回收厌氧消化残渣中的氮，并将其用于微生物蛋白的生产。这不仅有助于减少农业废弃物的处理压力，还能为食品供应链提供更加环保和高效的氮源。此外，研究团队还强调了在实际应用中需要关注重金属污染问题，以确保最终产品的安全性和质量。

在实验过程中，研究团队采用了多种方法来评估DAS技术的性能。首先，他们通过批次实验确定了最佳的操作参数，包括温度和空气体积比。接着，在连续操作模式下，他们进一步优化了这些参数，并评估了其对氮回收效率的影响。通过这种方式，研究团队不仅验证了DAS技术在不同条件下的适用性，还探索了其在实际生产中的优化路径。

此外，研究团队还对DAS技术与微生物蛋白生产过程的整合进行了深入分析。他们发现，DAS技术所产生的气体中含有丰富的氨氮，这些氨氮可以被用于微生物蛋白的生产过程。通过利用微生物蛋白生产所需的氧气流，研究人员成功地将DAS技术与后续的培养过程结合，实现了资源的高效利用。这种整合方式不仅提高了整体系统的效率，还减少了额外的能源消耗和成本，为实现循环经济和可持续发展提供了新的可能性。

综上所述，本研究通过实验和分析，验证了DAS技术在回收厌氧消化残渣中的氮方面具有较高的效率和可行性。同时，研究团队还探讨了不同氮源供给方式对微生物蛋白生产的影响，并指出了重金属污染问题的重要性。这些研究成果不仅为未来的研究提供了方向，也为实际应用中的资源回收和利用提供了科学支持。通过DAS技术，研究人员能够在降低环境影响的同时，提高氮源的利用率，为可持续蛋白质生产开辟了新的道路。