研究意義

氧化亞氮（N2O）是一種強(qiáng)力的溫室氣體，對(duì)環(huán)境有著多方面的影響，能夠吸收中心波長(zhǎng)為7.78、8.56、16.98um的長(zhǎng)波紅外輻射，從而產(chǎn)生溫室效應(yīng)。本論文主要研究了反硝化除磷和常規(guī)反硝化過(guò)程中N2O產(chǎn)生的差異，從反硝化酶活性和亞硝酸鹽的積累角度揭示了反硝化除磷過(guò)程中N2O產(chǎn)化的機(jī)理的機(jī)理研究，并在此基礎(chǔ)上研究硝酸鹽的投入以及進(jìn)水碳源和進(jìn)水COD濃度對(duì)于污水處理過(guò)程中氧化亞氮生產(chǎn)的影響。

微電極的應(yīng)用

首先進(jìn)行電極的極化。提前個(gè)12小時(shí)，打開(kāi)微電極主機(jī)，插上電極，將極化電壓調(diào)到開(kāi)始，過(guò)夜極化，將室內(nèi)溫度控制在25度。將準(zhǔn)備好的含有氧化亞氮飽和液的溶液0.1ml、0.2ml、0.5ml、以及2ml的N2O飽和水溶液加入到較量瓶中，放入電極，待信號(hào)穩(wěn)定后測(cè)定，獲取N2O的標(biāo)準(zhǔn)曲線。利用微電極測(cè)定反應(yīng)器中產(chǎn)生的溶解態(tài)氧化亞氮的濃度。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

研究表明在SBR污水處理過(guò)程中反硝化除磷過(guò)程中N2O的產(chǎn)生量遠(yuǎn)高于常規(guī)反硝化過(guò)程中，其中反硝化除磷過(guò)程中產(chǎn)生的N2O是常規(guī)反硝化過(guò)程的30倍。這是因?yàn)榉聪趸走^(guò)程以PHA為碳源進(jìn)行反硝化導(dǎo)致反硝化酶對(duì)電子形成競(jìng)爭(zhēng)，氧化亞氮還原酶因無(wú)法獲得足夠多的電子將N2O還原，而造成N2O的積累。同時(shí)進(jìn)水COD濃度會(huì)明顯影響反硝化酶的活性，導(dǎo)致不同的亞硝酸鹽的積累。硝酸鹽的投加方式會(huì)影響反硝化除磷過(guò)程中氧化亞氮的產(chǎn)生。

圖1、、不同條件下的N2O的產(chǎn)生特征，只添加醋酸鹽鹽，同吋添加酸鹽和乙酸鈉，只添加亞硝酸鹽、同時(shí)添加亞銷酸和乙酸鈉。圖中可以看出，當(dāng)系統(tǒng)中不添加外碳源乙酸，DPAOs以厭氧段合成的胞內(nèi)聚合物PHA為碳源進(jìn)行反硝化，反應(yīng)過(guò)程中有相應(yīng)的N2O產(chǎn)生，但是其最高累積量達(dá)0.85mg/L。而系統(tǒng)中添加外碳源乙酸時(shí)，首先利用乙酸鈉為碳源進(jìn)行反硝化，其最高累積量?jī)H有0.21mg/L，遠(yuǎn)低于沒(méi)有外加碳源添加時(shí)的N2O產(chǎn)生量。這也是說(shuō)明當(dāng)以為碳源進(jìn)行反硝化時(shí)將會(huì)導(dǎo)致的N2O產(chǎn)生量增加。相比外碳源乙酸鈉，PHA為慢速生物降解物質(zhì)，當(dāng)被用于反硝化碳源時(shí)，其單位時(shí)間內(nèi)提供的電子不能滿足反硝化的需求，導(dǎo)致反硝化過(guò)程中各種酶對(duì)電子形成競(jìng)爭(zhēng)。由于N2O的還原處于反硝化反應(yīng)鏈的末端，導(dǎo)致相比別的還原酶，氧化亞氮還原酶對(duì)電子的競(jìng)爭(zhēng)能力弱，獲得的電子不足以使N2O完全還原，從而誘發(fā)了N2O積累。

圖2、SBR-1反應(yīng)器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O變化趨勢(shì)。從圖中可以看出SBR主要進(jìn)行反硝化脫氮和除磷反應(yīng)。厭氧階段。COD在30分鐘內(nèi)降低到最低水平，并且伴隨著糖原的分解，PHA的合成以及PO43--P的釋放。缺氧階段主要進(jìn)行硝酸鹽的降解，以及憐酸鹽的吸收；并且伴隨著的分解和糖原的合成。而N2O的產(chǎn)生主要發(fā)生在的缺氧階段，厭氧階段兒乎沒(méi)有的產(chǎn)生；一旦KNO3溶液加入到反應(yīng)器中，溶解性的濃度迅速增加，并在缺氧反應(yīng)第15分鐘到最大值0.87mg/L，隨后溶解性的N2O濃度逐漸降低到0mg/L。

圖3、SBR-2反應(yīng)器中COD、PHA、PO43--P、NO3--N-、NO2-N以及溶解性的N2O變化趨勢(shì)。從圖中可以看出SBR-2在缺氧階段剛幵始的時(shí)候有短暫的N2O積累但SBR-2反應(yīng)器中溶解性的N2O最高濃度只有遠(yuǎn)低于SBR-1系統(tǒng)的。從圖中可以看處SBR-2反應(yīng)一開(kāi)始即進(jìn)入缺氧階段，迅速降解，同時(shí)確酸鹽迅速還原；缺氧階段也有部分磷的釋放和PHA的合成。SBR-2中氮變化規(guī)律完全符合常規(guī)反硝化的代謝模式。

圖4、不同條件下的N2O還原特征，只存在氧化亞氮，同時(shí)存在氧化亞氮和乙酸鈉，同時(shí)存在氧化亞和硝酸鹽，同時(shí)存在氧化亞氮、硝酸鹽和乙酸鈉。從圖中可以看出當(dāng)存在外碳源乙酸時(shí)，氧化亞氮的還原速率明顯加快。這要是因?yàn)橐宜岬慕到馑俾时萈HA碳源快倍6-20倍，氧氧化亞氮還原酶在單位時(shí)內(nèi)能夠獲得充足的電子進(jìn)行N2O的還原。存在硝酸鹽的時(shí)候，N2O的還原受附，甚至還冇上升的趨勢(shì)。硝酸鹽還原對(duì)電子的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)要大于氧化亞氮還原酶，PHA氧化產(chǎn)生的子要首先硝酸鹽的還原。外碳源乙酸和乙酸鉀共同投加時(shí)，N2O的還原并沒(méi)有受到限制，這主要是因?yàn)橐宜嶂形粫r(shí)間內(nèi)捉供的電子能夠同吋滿足NO3-和N2O的還原。

總結(jié)

本論文通過(guò)和常規(guī)的反硝化過(guò)程相比較，從反硝化酶活性和亞硝酸鹽積累的角度考察了反硝化除磷過(guò)程中N2O的產(chǎn)生機(jī)制；通過(guò)研究進(jìn)水濃度、硝酸鹽投加方式以及碳源類型對(duì)反確化除磷過(guò)程產(chǎn)生的影響，確定了可減少缺氧反硝化除憐階段N2O產(chǎn)生的運(yùn)行方式。本論文分析反硝化除磷過(guò)程中N2O產(chǎn)生是使用了unisense微電極系統(tǒng)測(cè)試污水中溶解態(tài)的氧化亞氮，整個(gè)污水反應(yīng)處理過(guò)程中的氧化亞氮都是采用微電極進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)的，可以看出Unisense微電極系統(tǒng)在研究污水處理的過(guò)程中可以能夠?qū)崟r(shí)的檢測(cè)污水中氧化亞氮產(chǎn)生的變化情況，從而為研究污水處理過(guò)程中氧化亞氮生成的機(jī)理提出給予了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。這也說(shuō)明unisense微電極系統(tǒng)在廢水處理研究中可以發(fā)揮重要的應(yīng)用。