短程硝化反硝化过程中N2O释放特性及微观机理

短程硝化反硝化过程中N2O释放特性及微观机理

短程硝化反硝化；氨氧化；反硝化；N2O

N2O 作为大气温室气体之一,它的增温潜势是CO2的150～300 倍,在大气中存留时间为114 年，对全球环境及气候变化有重要的影响[2-4].污水处理过程是N2O的一个重要产生源[5-7],初步估计污水处理过程每年排放的N2O量约为0.13×1012～3×1012kg ,占全球N2O总排放量的21.5%～25%[8].因此，对短程脱氮工艺的N2O的释放量研究，对防治污水处理过程的二次污染就显得尤为重要.

本试验在实现短程硝化反硝化反应器稳定运行的基础上，对其产生N2O的机理进行了分析，确定了短程硝化反硝化工艺中N2O的产生过程，进而提出了减少N2O释放的方法.

1 材料与方法

1.1 试验装置

试验装置如图1所示.试验采用序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR)，反应器为有机玻璃容器，反应器的内径20 cm，圆柱高45 cm，总容积为14 L,有效容积13.2 L，侧壁设置取样口4个，间距为10 cm ，用于取样和排水.底部设黏砂微孔曝气头，采用电磁式空气压缩机对系统提供曝气气源，用电动搅拌机作为搅拌设施提高固液混合程度.

1.2 试验用水及种泥

试验采用西安市某污水处理厂的初沉池污水.原水水质见表1，实验所用种泥取自该污水处理厂二沉池中的剩余污泥.

1.3 试验方法

1—空压机;2—流量计;3—搅拌叶轮;4—曝气头

分析项目数值范围均值CODcr/mg·L-1163～303220BOD5/mg·L-185～219134NH+4-N/mg·L-135．5～61．346TP/mg·L-12．63～8．425．58TN/mg·L-136．5～62．150C/N4．5～6．65．2pH值7．2～7．87．5

注：进水中硝酸盐及亚硝酸盐的浓度均小于1 mg·L- 1.

2 结果与讨论

2.1 短程硝化反硝化反应器的启动

由于AOB在较高的pH值(pH=8.0～8.4)和较低的DO(1～2 mg·L- 1)条件下活性大于NOB.因此，启动时，氨氧化阶段维持反应器内DO浓度小于1.5 mg·L- 1，pH值为8～8.3，根据“DO拐点”和“氨谷点”实时控制曝气时间；反硝化阶段停止曝气，加入乙醇作为碳源，继续进行搅拌，经过35d的运行，成功启动了短程硝化反硝化反应器.周期的氮元素变化如图2所示.

图2 典型周期内短程硝化反硝化过程

2.2 短程硝化反硝化生物脱氮过程N2O的释放

2.3 短程硝化反硝化生物脱氮过程N2O的释放机理分析

图3 典型周期内N2O的产生量

反硝化过程中，N2O是一种必然的中间产物，N2O的产量与氧化亚氮还原酶(Nitrous oxide reductase,Nos)有很大关系[10].大量研究报道，Nos对DO较其他酶敏感，如果反硝化过程中存在分子氧，反硝化菌将优先利用分子氧作为电子受体，从而会导致反硝化的不彻底，致使N2O产生.因此，欲减少反硝化过程产生的N2O量，需严格控制反硝化过程中的DO,工程上可以采用消氧池实现.

3 结 论

1) 氨氧化阶段维持DO浓度小于1.5 mg·L- 1,pH值8～8.3，并根据“DO拐点”和“氨谷点”实时控制曝气时间，反硝化阶段停止曝气的方法，成功启动了短程硝化反硝化反应器.

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(责任编辑、校对 潘秋岑)

N2O Production and Micromechanism in Shortcut Nitrification and Denitrification Process

ZHAOQunying,LIKan,YANGXuefu

(School of Civil Engineering,Xi’an Technological University,Xi’an 710021,China)

shortcut nitrification;ammonia oxidation;denitrification;N2O

10.16185/j.jxatu.edu.cn.2016.11.003

2016-09-21

赵群英(1978-)女，西安工业大学讲师，主要研究方向为污废水处理与回用技术.E-mail:303106744@qq.com.

赵群英，李 侃，杨学福

(西安工业大学 建筑工程学院，西安 710021)

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1673-9965(2016)11-0872-04