3讨论


Letey等研究认为，在缺氧条件下，Nos的合成滞后于Nar,在反硝化过程的初期，由于污水中Nos的缺乏，反硝化过程中产生的N2O不能及时被还原为N2,从而导致N2O的积累。与此研究类似，在本实验中，无论碳源是否充足，在反硝化初始阶段，均有N2O的积累，这表明，在以NO2-为电子受体的反硝化过程的初始阶段，Nos的合成可能同样滞后于Nir.此外，反硝化初始时刻较高的NO2-浓度可能对Nos具有毒性，使得产生的N2O无法迅速被还原成N2.


本研究表明，较高的COD/N有利于N2O的还原，当碳源不足，微生物利用内碳源进行反硝化时，系统出现了持续的N2O积累。Schalk-otte等的研究也表明，在反硝化阶段，各种还原酶对电子的竞争能力不同，其中以Nos的电子竞争能力最弱，当NO2-存在且积累时，多种还原酶之间存在电子竞争，Nos对电子的亲和力较弱，从而在系统内发生N2O积累。本实验中，外加碳源为0时，在限制性电子供体的条件下，出现了较多的N2O的持续累积，表明Nos电子竞争能力较弱。当有外加碳源时，系统内的N2O产量随着外加碳源增加而下降（图2）。与本研究结果类似，Meyer等对同步脱氮除磷系统的研究表明，在较低的COD/N下有着较高的N2O产量，当COD/N较低时，反硝化细菌利用PHA作为电子供体进行反硝化，即使有少量NO2-,也会导致N2O的积累。Itokawa等利用SBR考察了低COD/N下N2O的产量，发现COD/N在2.4和3.5时，进水中20%——30%的氮被转化为N2O,当COD/N较高时，只有1%的氮转化为N2O.Pan等则认为，无论碳源是否充足均会发生电子竞争，电子在4种氮素还原酶的分布主要受碳源负荷的影响，较低的碳源负荷会降低电子在Nos上的分布，当流向Nir的电子比流向Nos多时就会造成N2O的累积。


pH值是反硝化过程中一个重要的影响因素。本实验中，在碳源一定的情况下，当pH值在7、8时有少量的N2O积累，而当pH值为6时，N2O出现大量积累，积累量是pH值在7、8时的800倍（图5）。Marina等研究发现，当pH<6.8时，反硝化过程中产生N2O,pH=5、6时，N2O产量最多。Hanaki等的研究也表明，pH值由8.5降至6.5时，系统反硝化过程N2O产量增加，其原因可能是低pH值有利于以N2O为终产物的菌种生长，也可能是低pH值改变了反硝化的代谢途径，导致N2O积累。Zhou等则认为在低pH值、NO2-积累时形成的HNO2会对Nos产生抑制作用是造成N2O积累的原因，并揭示了HNO2对N2O还原的抑制浓度为0.0007——0.001mg/L.本实验中，当pH=6时，HNO2（25℃）浓度最高为0.067mg/L,已有足够浓度对Nos发生抑制。图7所示，当pH＜7时，N2O的产生速率随pH值的变化比随COD/N的变化更大，即在酸性条件下，不论碳源是否充足，N2O均有相对较大的产生速率，而在pH=6时，NO2--N降解速率的下降幅度并不大（图6）。这表明，Nos还原酶在酸性条件下的活性比Nir更低，Pan等的研究也有类似结果。


由图6可知，在COD/N和pH值的设定范围内，增加COD/N而不提高pH值或者提高pH值而不增加COD/N均能提高NO2--N的还原速率，但同时增加COD/N和提高pH值时，将能更加显著地提高NO2--N的还原速率。图7表明，分别增加COD/N和提高pH值均能降低N2O的产生速率，但是同时提高COD/N与pH值更能有效减小N2O的产生速率，这是因为增加COD/N会使Nos得到更多的电子用于N2O的还原，而提高pH值则能减少HNO2对Nos抑制作用。


Sommer等指出，冬季时，污水处理厂中反硝化段溶解在污水中N2O浓度较高，这些N2O会在曝气段被吹脱出去。污水生物脱氮反硝化过程是pH不断升高的过程（长期监测数据约在6.3——8.5之间），如果把反硝化过程始终控制在碱性条件，并提供适宜的碳源，将会极大的减少N2O的排放量。


4结论


4.1碳源是影响短程脱氮反硝化过程N2O产生的重要因素。N2O的释放随着COD/N的增加而降低。Nos在碳源匮乏时对电子的竞争处于不利地位是反硝化过程中N2O积累的主要原因。


4.2 pH值也是N2O产生的影响因素，pH<7时，N2O产生量较大且产生速率变化较快，pH值在7、8时，N2O积累量较小。在低pH值下，Nos较Nir有着较小的活性。


4.3在酸性条件下，不论是碳源缺少还是相对充足，N2O均有较高的产生速率。提供充足的碳源和碱性条件，是减少短程脱氮反硝化过程中N2O排放的有效途径。