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(yīng)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(xué)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(yīng)（partial nitrification，PN）在序批式反應(yīng)器(Sequ

3、ence Batch Reactor，SBR)和序批式生物膜反應(yīng)器(Sequence Batch BiofilmReactor，SBBR)兩個反應(yīng)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(yīng)，兩種反應(yīng)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(xué)曲線。PN-SBBR反應(yīng)器中N2O的釋放率（1.50±0.22）％高于PN-SBR反應(yīng)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(dāng)?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(dǎo)致N2O釋放的增加。提出了構(gòu)建部分亞硝化反應(yīng)器時應(yīng)考慮通過控制合適的水力停留時間達到有效的氧氣供應(yīng)，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