研究意义


氧化亚氮（N2O）是一种强力的温室气体，对环境有着多方面的影响，能够吸收中心波长为7.78、8.56、16.98um的长波红外辐射，从而产生温室效应。本论文主要研究了反硝化除磷和常规反硝化过程中N2O产生的差异，从反硝化酶活性和亚硝酸盐的积累角度揭示了反硝化除磷过程中N2O产化的机理的机理研究，并在此基础上研究硝酸盐的投入以及进水碳源和进水COD浓度对于污水处理过程中氧化亚氮生产的影响。


微电极的应用


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。将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。


实验结果


研究表明在SBR污水处理过程中反硝化除磷过程中N2O的产生量远高于常规反硝化过程中，其中反硝化除磷过程中产生的N2O是常规反硝化过程的30倍。这是因为反硝化除磷过程以PHA为碳源进行反硝化导致反硝化酶对电子形成竞争，氧化亚氮还原酶因无法获得足够多的电子将N2O还原，而造成N2O的积累。同时进水COD浓度会明显影响反硝化酶的活性，导致不同的亚硝酸盐的积累。硝酸盐的投加方式会影响反硝化除磷过程中氧化亚氮的产生。

图1、、不同条件下的N2O的产生特征，只添加醋酸盐盐，同吋添加酸盐和乙酸钠，只添加亚硝酸盐、同时添加亚销酸和乙酸钠。图中可以看出，当系统中不添加外碳源乙酸，DPAOs以厌氧段合成的胞内聚合物PHA为碳源进行反硝化，反应过程中有相应的N2O产生，但是其最高累积量达0.85mg/L。而系统中添加外碳源乙酸时，首先利用乙酸钠为碳源进行反硝化，其最高累积量仅有0.21mg/L，远低于没有外加碳源添加时的N2O产生量。这也是说明当以为碳源进行反硝化时将会导致的N2O产生量增加。相比外碳源乙酸钠，PHA为慢速生物降解物质，当被用于反硝化碳源时，其单位时间内提供的电子不能满足反硝化的需求，导致反硝化过程中各种酶对电子形成竞争。由于N2O的还原处于反硝化反应链的末端，导致相比别的还原酶，氧化亚氮还原酶对电子的竞争能力弱，获得的电子不足以使N2O完全还原，从而诱发了N2O积累。

图2、SBR-1反应器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O变化趋势。从图中可以看出SBR主要进行反硝化脱氮和除磷反应。厌氧阶段。COD在30分钟内降低到最低水平，并且伴随着糖原的分解，PHA的合成以及PO43--P的释放。缺氧阶段主要进行硝酸盐的降解，以及憐酸盐的吸收；并且伴随着的分解和糖原的合成。而N2O的产生主要发生在的缺氧阶段，厌氧阶段儿乎没有的产生；一旦KNO3溶液加入到反应器中，溶解性的浓度迅速增加，并在缺氧反应第15分钟到最大值0.87mg/L，随后溶解性的N2O浓度逐渐降低到0mg/L。

图3、SBR-2反应器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O变化趋势。从图中可以看出SBR-2在缺氧阶段刚幵始的时候有短暂的N2O积累但SBR-2反应器中溶解性的N2O最高浓度只有远低于SBR-1系统的。从图中可以看处SBR-2反应一开始即进入缺氧阶段，迅速降解，同时确酸盐迅速还原；缺氧阶段也有部分磷的释放和PHA的合成。SBR-2中氮变化规律完全符合常规反硝化的代谢模式。

图4、不同条件下的N2O还原特征，只存在氧化亚氮，同时存在氧化亚氮和乙酸钠，同时存在氧化亚和硝酸盐，同时存在氧化亚氮、硝酸盐和乙酸钠。从图中可以看出当存在外碳源乙酸时，氧化亚氮的还原速率明显加快。这要是因为乙酸的降解速率比PHA碳源快倍6-20倍，氧氧化亚氮还原酶在单位时内能够获得充足的电子进行N2O的还原。存在硝酸盐的时候，N2O的还原受附，甚至还冇上升的趋势。硝酸盐还原对电子的竞争优势要大于氧化亚氮还原酶，PHA氧化产生的子要首先硝酸盐的还原。外碳源乙酸和乙酸钾共同投加时，N2O的还原并没有受到限制，这主要是因为乙酸中位时间内捉供的电子能够同吋满足NO3-和N2O的还原。


总结


本论文通过和常规的反硝化过程相比较，从反硝化酶活性和亚硝酸盐积累的角度考察了反硝化除磷过程中N2O的产生机制；通过研究进水浓度、硝酸盐投加方式以及碳源类型对反确化除磷过程产生的影响，确定了可减少缺氧反硝化除憐阶段N2O产生的运行方式。本论文分析反硝化除磷过程中N2O产生是使用了unisense微电极系统测试污水中溶解态的氧化亚氮，整个污水反应处理过程中的氧化亚氮都是采用微电极进行在线监测的，可以看出Unisense微电极系统在研究污水处理的过程中可以能够实时的检测污水中氧化亚氮产生的变化情况，从而为研究污水处理过程中氧化亚氮生成的机理提出给予了准确的数据支持。这也说明unisense微电极系统在废水处理研究中可以发挥重要的应用。