短程硝化反硝化過程中N2O釋放特性及微觀機(jī)理

短程硝化反硝化；氨氧化；反硝化；N2O

N2O 作為大氣溫室氣體之一,它的增溫潛勢(shì)是CO2的150～300 倍,在大氣中存留時(shí)間為114 年，對(duì)全球環(huán)境及氣候變化有重要的影響[2-4].污水處理過程是N2O的一個(gè)重要產(chǎn)生源[5-7],初步估計(jì)污水處理過程每年排放的N2O量約為0.13×1012～3×1012kg ,占全球N2O總排放量的21.5%～25%[8].因此，對(duì)短程脫氮工藝的N2O的釋放量研究，對(duì)防治污水處理過程的二次污染就顯得尤為重要.

本試驗(yàn)在實(shí)現(xiàn)短程硝化反硝化反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，對(duì)其產(chǎn)生N2O的機(jī)理進(jìn)行了分析，確定了短程硝化反硝化工藝中N2O的產(chǎn)生過程，進(jìn)而提出了減少N2O釋放的方法.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1所示.試驗(yàn)采用序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor,SBR)，反應(yīng)器為有機(jī)玻璃容器，反應(yīng)器的內(nèi)徑20 cm，圓柱高45 cm，總?cè)莘e為14 L,有效容積13.2 L，側(cè)壁設(shè)置取樣口4個(gè)，間距為10 cm ，用于取樣和排水.底部設(shè)黏砂微孔曝氣頭，采用電磁式空氣壓縮機(jī)對(duì)系統(tǒng)提供曝氣氣源，用電動(dòng)攪拌機(jī)作為攪拌設(shè)施提高固液混合程度.

1.2 試驗(yàn)用水及種泥

試驗(yàn)采用西安市某污水處理廠的初沉池污水.原水水質(zhì)見表1，實(shí)驗(yàn)所用種泥取自該污水處理廠二沉池中的剩余污泥.

1.3 試驗(yàn)方法

1—空壓機(jī);2—流量計(jì);3—攪拌葉輪;4—曝氣頭

分析項(xiàng)目數(shù)值范圍均值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：進(jìn)水中硝酸鹽及亞硝酸鹽的濃度均小于1 mg·L- 1.

2 結(jié)果與討論

2.1 短程硝化反硝化反應(yīng)器的啟動(dòng)

由于AOB在較高的pH值(pH=8.0～8.4)和較低的DO(1～2 mg·L- 1)條件下活性大于NOB.因此，啟動(dòng)時(shí)，氨氧化階段維持反應(yīng)器內(nèi)DO濃度小于1.5 mg·L- 1，pH值為8～8.3，根據(jù)“DO拐點(diǎn)”和“氨谷點(diǎn)”實(shí)時(shí)控制曝氣時(shí)間；反硝化階段停止曝氣，加入乙醇作為碳源，繼續(xù)進(jìn)行攪拌，經(jīng)過35d的運(yùn)行，成功啟動(dòng)了短程硝化反硝化反應(yīng)器.周期的氮元素變化如圖2所示.

圖2 典型周期內(nèi)短程硝化反硝化過程

2.2 短程硝化反硝化生物脫氮過程N(yùn)2O的釋放

2.3 短程硝化反硝化生物脫氮過程N(yùn)2O的釋放機(jī)理分析

圖3 典型周期內(nèi)N2O的產(chǎn)生量

反硝化過程中，N2O是一種必然的中間產(chǎn)物，N2O的產(chǎn)量與氧化亞氮還原酶(Nitrous oxide reductase,Nos)有很大關(guān)系[10].大量研究報(bào)道，Nos對(duì)DO較其他酶敏感，如果反硝化過程中存在分子氧，反硝化菌將優(yōu)先利用分子氧作為電子受體，從而會(huì)導(dǎo)致反硝化的不徹底，致使N2O產(chǎn)生.因此，欲減少反硝化過程產(chǎn)生的N2O量，需嚴(yán)格控制反硝化過程中的DO,工程上可以采用消氧池實(shí)現(xiàn).

3 結(jié) 論

1) 氨氧化階段維持DO濃度小于1.5 mg·L- 1,pH值8～8.3，并根據(jù)“DO拐點(diǎn)”和“氨谷點(diǎn)”實(shí)時(shí)控制曝氣時(shí)間，反硝化階段停止曝氣的方法，成功啟動(dòng)了短程硝化反硝化反應(yīng)器.

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(責(zé)任編輯、校對(duì) 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

趙群英(1978-)女，西安工業(yè)大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)槲蹚U水處理與回用技術(shù).E-mail:303106744@qq.com.

趙群英，李 侃，楊學(xué)福

(西安工業(yè)大學(xué) 建筑工程學(xué)院，西安 710021)

X7

A

1673-9965(2016)11-0872-04