缺氧-好氧生物脫氮系統(tǒng)中N20的釋放機理與減量化控制研究.pdf

1、隨著全球變暖加速，溫室氣體的減排已經(jīng)引起了國際社會的普遍關(guān)注。N2O是一種重要的溫室氣體，其溫室效應(yīng)是CO2的310倍。此外，N2O還會破壞臭氧層，促進酸雨的形成。因其在大氣中的濃度不斷增加，N2O已被列為影響自然生態(tài)系統(tǒng)、威脅人類生存基礎(chǔ)的重大問題。已有研究證實，污水生物脫氮過程是N2O的一個重要的人為釋放源。因此，積極地研究污水生物脫氮過程中N2O的產(chǎn)生過程并控制N2O的釋放，具有重要的現(xiàn)實意義。
　　 本論文以缺氧-好氧S

2、BR生物脫氮系統(tǒng)為研究對象，對不同工藝條件下(缺氧/好氧時間比、溫度、曝氣量、碳源、碳氮比等)氮的遷移轉(zhuǎn)化過程進行了系統(tǒng)研究，并采用化學(xué)抑制法對不同工藝條件下N2O的釋放來源進行了分析；采用分子生物學(xué)技術(shù)，研究了不同工藝條件下系統(tǒng)內(nèi)與N2O釋放相關(guān)的微生物群落結(jié)構(gòu)的變化，并將其與系統(tǒng)功能變化進行對比分析，解析了不同種類微生物對N2O釋放的貢獻；最后，從工藝運行工況的優(yōu)化和系統(tǒng)中微生物種群結(jié)構(gòu)的調(diào)控兩個方面，提出了切實可行的N2O減量化控

3、制策略，并對其減排效果進行了評價。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　 (1)對不同工藝條件下氮的遷移轉(zhuǎn)化過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)缺氧/好氧時間比(PF)、溫度、曝氣量、碳源、碳氮比等均對缺氧-好氧SBR生物脫氮系統(tǒng)中N2O的釋放情況有影響。綜合考慮污染物的去除和N2O的釋放，系統(tǒng)的最佳運行工藝條件為：PF=0.5(即缺氧2h，好氧4h)；溫度為25℃；曝氣量為2.7 Lair/(Lreactor·h)；盡可能的采用混合碳源和提高碳氮比。

4、
　　 (2)缺氧-好氧SBR生物脫氮系統(tǒng)的釋放主要集中在好氧段，缺氧段的釋放情況不明顯。采用化學(xué)抑制法對缺氧-好氧SBR生物脫氮系統(tǒng)N2O的釋放來源進行了分析，結(jié)果表明：在前述最佳工藝條件下，缺氧段N2O的釋放來自硝酸鹽氨化作用，反硝化作用在缺氧段中起到了消耗N2O的作用；好氧段N2O的釋放主要源于硝化細菌的反硝化作用，同步反硝化作用起到“負吸收”的作用。工藝條件對N2O的釋放來源有影響：曝氣量影響好氧段N2O的釋放途徑；碳源

5、影響缺氧段N2O的釋放途徑；溫度對缺氧-好氧生物脫氮系統(tǒng)的N2O釋放途徑?jīng)]有明顯影響。
　　 (3)采用PCR-DGGE、克隆測序等分子生物學(xué)技術(shù)，針對功能基因amoA和nosZ，對不同工藝條件下系統(tǒng)中與N2O釋放相關(guān)的微生物的群落結(jié)構(gòu)變化進行了分析。結(jié)果表明：曝氣量和碳氮比對缺氧-好氧生物脫氮系統(tǒng)內(nèi)氨氧化細菌的群落結(jié)構(gòu)有重要影響，中等曝氣條件下或碳氮比高于6.8時，均出現(xiàn)Nitrosomonas屬細菌的富集；碳源對反硝化細菌的

6、群落結(jié)構(gòu)影響較大，當以乙酸鈉為碳源時，反硝化細菌的群落多樣性和豐富度降低。將系統(tǒng)微生物群落結(jié)構(gòu)的變化與N2O釋放情況的變化進行對比分析，發(fā)現(xiàn)好氧段N2O釋放主要源于Nitrosomonas屬細菌的反硝化作用。
　　 (4)從控制工況條件和調(diào)控微生物種群結(jié)構(gòu)兩個方面，提出了N2O減量化控制策略。結(jié)果表明：在好氧段初期添加反硝化污泥、外加碳源、分段進水三種減量化策略均可顯著降低缺氧-好氧SBR生物脫氮系統(tǒng)N2O的轉(zhuǎn)化率，其降低幅度分