新型生物脱氮工艺中N_2O产生及释放研究进展_王赛

水体富营养化是当前全球重大的环境问题之一，生物脱氮除磷作为解决富营养化的手段已成为污水处理领域的研究热点。随着研究工作的不断深入，人们对脱氮除磷的微生物学机理有了新的认识，开发了许多新型生物脱氮除磷工艺。在对新型脱氮工艺的研究中发现，污水生物脱氮过程中气态产物除N2之外，还有N2O的积累与释放。N2O是一种强力的温室气体，等摩尔浓度N2O的增温潜势是CO2的200～300倍[1]。N2O在大气中不会下沉，不会被冲洗掉，其在对流层中很稳定，且可不断累积，停留时间长达120年[2]。据报道，N2O的大气浓度每增加1倍就将导致全球升温0.3℃[3]。研究表明，污水生物脱氮过程是N2O的重要产生源。新型生物脱氮工艺能够较为经济、有效地去除废水中的氮污染物，但是在解决水环境问题的同时，更应尽量避免随之产生的其它环境问题。因此，深入了解N2O在生物脱氮过程中的产生机制，以及不同生物脱氮工艺中N2O的释放量有着极为重要的理论及实际意义。1生物脱氮过程中N2O产生的微生物学机理现有的大量研究表明，污水生物脱氮过程中微生物的硝化及反硝化代谢过程是污水处理中N2O的主要产生源。1.1硝化过程刘秀红等[4]的研究发现，硝化作用是生物脱氮中产生N2O的主要来源。生物硝化过程包括2个阶段：第1个阶段是氨氮在氨氧化菌（Ammonia-oxi-dizingbacteria，AOB）的作用下氧化为亚硝酸盐（NO2-），羟胺（NH2OH）是该反应过程的中间产物，起催化作用的酶有氨单加氧酶（Ammoniamono-oxygenase，AMO）和羟胺氧化还原酶（Hy-droxylamineoxidoreductase，HAO）；第2个阶段是经亚硝酸盐氧化菌（Nitrite-oxidizingbacteria，NOB）氧化为硝酸盐（NO3-），起催化作用的酶是亚硝酸氧化还原酶（Nitriteoxidoreductase，NOR）。N2O是作为硝化阶段第一个过程的副产物出现的。在正常的硝化反应阶段，N2O可能产生的途径有2个：（1）亚硝酸盐在NOR作用下的还原反应，即硝化菌的反硝化作用。当溶解氧受限制时，硝化反应无法进行彻底，导致亚硝酸盐的积累，硝化菌利用氨氮氧化过程中提供的电子经异化还原反应将其转化为N2O而释放[5]。（2）亚硝酸盐或氨氧化中间产物羟胺的化学分解作用[6]。在硝化阶段，除自养型硝化菌作用之外，许多异新型生物脱氮工艺中N2O产生及释放研究进展王赛，王淑莹，巩有奎，彭永臻，张静蓉（北京工业大学环境与能源工程学院，北京100022）摘要：N2O是重要的温室气体之一，微生物作用是大气中N2O的主要产生源。大量污水脱氮工艺的研究及应用表明，生物脱氮过程中N2O主要产生于微生物的硝化和反硝化代谢过程。近年来，许多新型生物脱氮工艺已逐步应用到实际污水处理中。本文阐述了硝化、反硝化阶段N2O的产生机理，并分析了传统生物脱氮工艺及同步硝化反硝化、短程硝化-反硝化、厌氧氨氧化、反硝化除磷等新型工艺中N2O的产生量及其影响因素，提出在追求高脱氮效率的同时，优化系统运行条件及种群结构，可在一定程度上降低系统N2O的产量及危害，为新型生物脱氮工艺实际运行过程中降低N2O的产量提供参考。关键词：N2O；产生机理；新型生物脱氮工艺中图分类号：X703.1文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)03-0005-005收稿日期：2009-06-26基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目－SBR工艺城市污水处理厂节能降耗关键技术（2006BAC19B03）；北京市教委科技创新平台项目（PXM2008_014204_050843）作者简介：王赛（1986－），女，硕士研究生，研究方向为污水生物脱氮过程中氧化亚氮释放过程及机理研究；联系电话：010-67392627联系作者：王淑莹，教授，博士生导师；联系电话：010-67392627；E-mail：wsy@bjut.edu.cn第36卷第3期2010年3月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.3Mar.,20105DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2010.03.002养微生物也可以进行硝化作用。异养硝化菌的硝化速率是自养菌的1/（100～1000）倍，而且只有在较高的有机物负荷（COD/N>10）和低DO下才能占优势起到硝化作用[7]。尽管如此，Anderson[8]的研究表明，在纯菌种培养试验中，异养硝化菌Aaecalis硝化过程产生的N2O比自养菌Neuropaea产生的多。除此之外，好氧反硝化菌也可能产生N2O，Inamori等[9]认为Afaecalis能在好氧反硝化的过程中产生N2O。1.2反硝化过程反硝化是由异养型兼性厌氧微生物将硝酸盐