與厭氧氨氧化相匹配的亞硝化過程N2O釋放研究.pdf

1、氧化亞氮(N2O)是繼二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)之后的第三大溫室氣體。已有研究表明，超過三分之二的N2O釋放是微生物代謝過程中產(chǎn)生的，其中，生物脫氮過程中N2O的釋放占據(jù)重要地位。在生物脫氮過程中，微生物可以通過不同的生化反應將無機氮轉(zhuǎn)化為氮氣排入空氣。在硝化和反硝化過程中，N2O可能作為一種中間代謝產(chǎn)物或者終產(chǎn)物產(chǎn)生。近年來，控制生物脫氮過程中的N2O釋放已經(jīng)成為了一個重要的研究課題。
　　 本論文以與厭氧氨氧化相匹配

2、的亞硝化過程為研究對象，采用長期監(jiān)測典型周期試驗的方法，研究了部分亞硝化過程中N2O的釋放量、釋放規(guī)律和釋放特征;運用分子生物學技術(shù)對部分亞硝化啟動和運行過程中微生物種群特征變化進行了解析;研究了溫度、曝氣速率、氨氮濃度和鹽度等對部分亞硝化中N2O釋放的影響;提出了控制部分亞硝化過程中N2O釋放的有效措施。主要結(jié)論如下:
　　 (1)完成了部分亞硝化反應（partial nitrification，PN）在序批式反應器(Sequ

3、ence Batch Reactor，SBR)和序批式生物膜反應器(Sequence Batch BiofilmReactor，SBBR)兩個反應器內(nèi)的啟動。以高氨氮(500 mg L-1)人工模擬廢水為進水，在SBR和SBBR中分別用了57天和31天完成了部分亞硝化反應，兩種反應器都可以穩(wěn)定地為厭氧氨氧化提供合適的進水。相比較而言，SBBR以啟動部分亞硝化周期短、間歇曝氣方式可大大節(jié)省能耗而優(yōu)勢更加突出。
　　 (2)測定了部

4、分亞硝化過程中SBR和SBBR內(nèi)N2O的釋放量，闡明了典型周期運行過程中N2O的釋放特征和釋放動力學曲線。PN-SBBR反應器中N2O的釋放率（1.50±0.22）％高于PN-SBR反應器中N2O的釋放率（0.80±0.19）％。部分亞硝化過程PN-SBR周期運行中N2O釋放量隨時間的變化可以用曲線(y=5.21 ln(x)-11.31，R2=0.98)進行描述。PN-SBBR周期運行中N2O釋放量隨時間變化可以用直線(y=0.0375

5、x+0.48，R2=0.99)進行描述。
　　 (3)研究了部分亞硝化過程中N2O產(chǎn)生的微生物機制，發(fā)現(xiàn)了PN-SBR和PN-SBBR中引起N2O釋放的主要微生物類群分別為Nitrosomonas sp.和Nitrosospira sp.。亞硝化系統(tǒng)的活性污泥中EPS和SMP總量隨著部分亞硝化的進行呈現(xiàn)減少的趨勢，蛋白質(zhì)和腐殖酸是隨著部分亞硝化的運行顯著減小，糖類物質(zhì)在經(jīng)過部分亞硝化的馴化后有增加的趨勢。
　　 (4)明

6、確了影響部分亞硝化過程中N2O釋放的主要因素，提出了減小部分亞硝化過程中N2O釋放的有效措施。溫度對部分亞硝化過程有顯著影響，在15-35℃范圍內(nèi)隨著溫度升高，亞硝化效果增強，N2O釋放呈現(xiàn)增加的趨勢;適當?shù)钠貧饬靠蓽p少部分亞硝化過程中N2O的釋放;氨氮濃度和鹽度的增加會導致N2O釋放的增加。提出了構(gòu)建部分亞硝化反應器時應考慮通過控制合適的水力停留時間達到有效的氧氣供應，進而減少缺氧階段;通過減小進水速率、采用適中的曝氣量等，為亞硝化反