利用SBR反应器，通过投加乙醇控制COD/N为0、1.5、3、4.5,调节pH值分别在6、7、8,反硝化初始投加NO-N为30mg/L,考察了缺氧条件下COD/N与pH值对短程硝化反硝化过程中N2O产量的影响。结果表明：低COD/N可以造成N2O持续较高的逸出，N2O最大产生量为2.35mg/L;低pH值条件下增加了N2O的积累，pH值在6时的N2O积累量是pH在7、8时的800倍；高COD/N和高pH值下的N2O产生速率最小，而当pH=6,COD/N=0时，N2O产生速率最大，为2.35×10-3mgN/（mgMLSS·L·h）。其原因是：N2O还原酶争夺电子的能力较弱，充足的电子供体有利于N2O的还原；低pH值可影响微生物的代谢，且在H+存在时产生的游离亚硝酸（HNO2）对N2O还原酶具有抑制作用。充足的碳源和碱性条件，是降低短程硝化反硝化过程中N2O产量的关键因素。


N2O是一种强力温室气体，其温室效应大约是CO2的300倍，在大气层中存留时间为114a.N2O的释放量每年正以0.3%的趋势增长，对全球温室效应的贡献已经增至5%——6%.污水生物脱氮过程是N2O的潜在人为源之一。随着水体富营养化的日益严重，污水厂需要达到脱氮要求，将增加N2O的释放量，因此，污水脱氮处理过程中，也要控制N2O的释放。


在污水生物脱氮技术中，反硝化过程是氮循环中的关键步骤。完整的反硝化过程是在异养型微生物的作用下，在缺氧条件下，把NO3-依次经过NO2-,NO,N2O还原为N2的过程。在此过程中，NO3-还原酶（Nar）、NO2-还原酶（Nir）、NO还原酶（Nor）、N2O还原酶（Nos）参与其中，每种酶的缺失均会影响相应基质的还原，即导致这种基质在污水中的积累。短程硝化反硝化是污水生物脱氮的新技术，其脱氮原理是将污水中NH4+经AOB的作用氧化为NO2-,不再继续将NO2-氧化为NO3-,然后以NO2-作为电子受体进行反硝化。与传统全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有以下优点：硝化过程节约25%的O2消耗；反硝化过程节约40%的外加碳源（以甲醇计）。但是，已有研究认为，不同电子受体（NO3-、NO2-）作为反硝化基质，其在反硝化过程中N2O产生量不同：Zhao等考察了不同盐度冲击下NO-,NO-32分别作为电子受体时N2O的产量，发现在碳源受限时，NO2-作为电子受体N2O的产生率更高；王莎莎等比较了NO3-,NO2-作为电子受体时N2O产量，发现亚硝态氮反硝化时产生N2O的量是硝态氮反硝化时的9.12倍。因此，对以NO2-为电子受体的短程硝化反硝化过程中N2O控逸具有重要意义。


作为电子供体，碳源是影响反硝化过程中N2O产量的关键因素，而在污水厂实际运行中，普遍存在反硝化碳源不足的情形。pH值是污水厂实际运行中的实时控制因素，pH值不仅能改变微生物代谢途径，还会对反硝化过程中某些物质（HNO2等）的存在及浓度产生影响。作为反硝化过程中两个可调因素，考察COD/N,pH值对反硝化N2O产量共同影响具有实际意义。本实验采用SBR反应器，以实际生活污水为对象，首次研究了不同COD/N与pH值对短程反硝化过程中N2O产生量的协同影响，为短程硝化反硝化运行中N2O的减量，提供了理论依据。


1材料与方法


1.1实验用污泥、水质、控制参数


实验污泥取自12L的SBR反应器。此SBR反应器进水为北京某高校家属区生活污水，采用传统进水~好氧~缺氧~静沉~排水的运行方式。经过3个月270周期的连续培养，NO2-积累率达97%,成功实现了稳定短程硝化。出水NH4+-N、NO2--N、NO3--N均在1mg/L以下。污泥取出后先曝气12h,然后用去离子水反复清洗，沉淀浓缩后待用。


实验用水为该反应器反硝化结束出水，出水NH4+-N、NO2--N、NO3--N均在1mg/L以下。出水取出后，充分曝气12h,此时COD约为30mg/L,均为难降解有机物。批次实验反应初始投加NO2--N为30mg/L,根据此NO2--N投加量按COD/N0、1.5、3、4.5算得乙醇投加量。pH值控制在6、7、8,为典型的污水处理过程中pH值的变化范围，采用0.1mol/L的盐酸溶液和0.1mol/L的氢氧化钠调节。实验分3个批次，1个批次分别采用1个pH值梯度，4个COD/N梯度。实验温度为即时室温：25℃。


1.2实验装置及运行


实验用批次反应器如图1所示。此反应器有效容积3L,反应开始先加0.6L浓缩后的污泥，然后加入2.4L的经处理过的出水，此时将泥水混合液（污泥浓度为2000mg/L）调到批次实验所需pH值，再依次加入30mg/L的NO2--N、无水乙醇，实验开始运行，运行时间为4h.整个反应过程为缺氧运行，DO含量均在0.05mg/L以下。

图1批次实验SBR装置


1.3测试方法


试验中COD、NO2--N的测定均采用标准方法。pH值、DO、N2O使用UNISENSE（Picoammeter PA2000,检测下限0.01μmol/L）测定仪在线测定。首先进行电极的极化。提前个12小时，打开微电极主机，插上电极，将极化电压调到开始，过夜极化，将室内温度控制在25度。使用尖端直径为50微米的pH和N2O微电极（UNISENSE）放入准备好的含有氧化亚氮饱和液的溶液0.1ml、0.2ml、0.5ml、以及2ml的N2O饱和水溶液加入到较量瓶中，放入电极，待信号稳定后测定，获取N2O的标准曲线。利用微电极测定反应器中产生的溶解态氧化亚氮的浓度。