Long-term addition of micro-amounts of hydrazine enhances nitrogen removal and reduces NO and NO3- production in a SBR performing Anammox

長期微量添加肼可強化厭氧氨氧化序批式反應器的脫氮效能并減少一氧化氮與硝酸鹽的生成

來源：Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Volume 91, Issue 2, 2016, Pages 514-521

《化學技術與生物技術雜志》，第91卷，第2期，2016年，第514-521頁

 

摘要

摘要部分闡述了本研究調查了長期微量添加肼（N2H4）對厭氧氨氧化（Anammox）過程的影響。結果表明，在序批式反應器（SBR）中長期微量添加N2H4可使Anammox過程穩(wěn)定運行，氮去除率和效率高于未添加N2H4的SBR。NO3-產(chǎn)生與NH4+去除的摩爾比（MRNN）降至0.12，顯著低于Anammox的預期化學計量比，NO排放減少超過15%。微量N2H4添加可減弱NO2-對厭氧氨氧化細菌（AnAOB）活性的抑制。結論是，添加的N2H4被AnAOB氧化釋放的電子補充了代謝中間體擴散導致的電子損失，增強了AnAOB活性，加速了NO消耗，從而減少NO排放，同時部分替代了NO2-氧化為NO3-的過程，減少了NO3-產(chǎn)生。

 

研究目的

研究目的是探究長期微量添加N2H4對Anammox過程的影響，重點關注其對氮去除效率、NO和NO3-產(chǎn)生的調控作用，以解決Anammox過程中中間體損失和有害氣體排放的問題，優(yōu)化生物脫氮工藝。

 

研究思路

研究思路包括使用兩個SBR反應器（SBR1和SBR2）進行長期實驗，SBR1添加微量N2H4，SBR2作為對照未添加。通過長期運行監(jiān)測氮轉化指標，并設計六組批次測試，研究不同N2H4濃度下Anammox的特性，包括氮去除率、NO和NO3-產(chǎn)生。使用丹麥Unisense微電極測量NO在污泥和液體中的濃度分布，以分析N2H4添加對NO排放的影響機制。實驗還涉及對污泥暴露于高濃度NO2-后的活性測試，以評估N2H4的抑制減弱效應。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測量了NH4+、NO2-、NO3-、N2H4的濃度變化以及氮去除率、MRNN（NO3-產(chǎn)生與NH4+去除的摩爾比）等指標。這些數(shù)據(jù)來自文檔中的圖1、圖2、圖3、圖4和表1。例如，圖1顯示了SBR1長期運行中氮去除性能的變化；圖2和表1展示了批次測試中不同N2H4濃度下的氮去除率和MRNN。

研究意義在于這些數(shù)據(jù)用于驗證N2H4添加對Anammox的增強效果，顯示微量N2H4可提高氮去除效率并減少副產(chǎn)物，為優(yōu)化Anammox工藝提供實驗依據(jù)。數(shù)據(jù)表明N2H4添加降低了MRNN，減少了NO3-積累，有助于提高脫氮效率并減少環(huán)境負擔。

 

 

 

 

 

2 測量了NO在污泥顆粒和液體中的濃度分布，使用丹麥Unisense微電極進行實時監(jiān)測。數(shù)據(jù)主要來自圖5、圖6和圖7，顯示了NO在不同N2H4濃度下的空間分布和總量變化。

研究意義在于Unisense電極的高分辨率測量揭示了NO在Anammox過程中的產(chǎn)生和擴散規(guī)律，幫助理解N2H4如何通過加速NO消耗減少排放。這些數(shù)據(jù)證實N2H4添加可降低NO濃度，減弱其毒性效應，為控制溫室氣體排放提供了機制層面的見解。

 

 

 

3 測量了污泥的微生物活性和中間體動態(tài)，如N2H4的降解情況（圖4）和暴露于NO2-后的變化。

研究意義在于闡明N2H4添加對AnAOB活性的保護作用，數(shù)據(jù)表明N2H4可抵消高濃度NO2-的抑制，促進代謝中間體的利用，為Anammox系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供理論支持。

 

結論

1 長期微量添加N2H4可使Anammox SBR穩(wěn)定運行，氮去除率和效率顯著提高，MRNN降至0.12，低于預期值。

2 N2H4添加減弱了NO2-對AnAOB活性的抑制，通過氧化釋放的電子補充代謝損失，加速NO消耗，減少NO排放。

3 N2H4部分替代了NO2-氧化為NO3-的途徑，從而顯著降低NO3-產(chǎn)生，優(yōu)化了氮去除過程。

4 研究證實微量N2H4添加是一種有效的Anammox增強策略，有助于減少有害副產(chǎn)物，提升工藝可持續(xù)性。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量NO數(shù)據(jù)的研究意義在于實現(xiàn)了對Anammox過程中NO濃度的高精度空間解析，從而深入揭示了N2H4添加對NO動態(tài)的影響機制。電極測量顯示，NO濃度在污泥顆粒內(nèi)部最高（圖5），并隨N2H4添加而降低（圖6），這表明N2H4通過促進AnAOB代謝加速了NO的消耗，減少了其擴散損失。這些數(shù)據(jù)直接驗證了N2H4添加可降低NO排放超過15%，為理解Anammox電子流和中間體調控提供了關鍵證據(jù)。此外，實時監(jiān)測幫助識別了NO在反應器中的分布模式，如向上遷移趨勢（圖5），為優(yōu)化反應器設計和操作條件以最小化氣體排放提供了實踐指導。Unisense電極的應用增強了研究的可靠性，使模型驗證和工藝優(yōu)化更具科學性。