Characteristic of nitrous oxide production in partial denitrification process with high nitrite accumulation

高亞硝酸鹽積累部分反硝化過程中一氧化二氮產(chǎn)生特性

來源：Bioresource Technology, Volume 203, 2016, Pages 341-347

《生物資源技術(shù)》第203卷，2016年，第341-347頁

 

摘要

摘要部分闡述了本研究調(diào)查了在硝酸鹽（NO3-N）向亞硝酸鹽（NO2-N）轉(zhuǎn)化率為80%的部分反硝化過程中一氧化二氮（N2O）的產(chǎn)生特性。結(jié)果表明，N2O在NO3-N完全耗盡之前很少被觀察到，但它與NO2-N的還原過程密切相關(guān)，而不是NO3-N。高COD/NO3-N比率有利于高NO2-N積累的部分反硝化中N2O的產(chǎn)生。由于游離亞硝酸（FNA）的抑制，在恒定酸性pH下N2O產(chǎn)生嚴(yán)重增強(qiáng)。然而，在初始pH為5.5和6.5時(shí)，由于反硝化過程中pH增加，N2O產(chǎn)生較低。pH轉(zhuǎn)折點(diǎn)可作為控制參數(shù)來表示NO3-N還原的結(jié)束，這不僅能實(shí)現(xiàn)高NO2-N積累，還能顯著減少N2O產(chǎn)生。

 

研究目的

研究目的是系統(tǒng)調(diào)查高亞硝酸鹽積累的部分反硝化過程中N2O產(chǎn)生的特性，并探討影響因素如COD/NO3-N比率、pH和FNA抑制等，以優(yōu)化工藝減少溫室氣體排放，并為實(shí)際應(yīng)用提供控制策略。

 

研究思路

研究思路包括長期運(yùn)行一個(gè)部分反硝化SBR反應(yīng)器，獲得高NO2-N積累的污泥，然后進(jìn)行一系列批次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)涵蓋不同COD/NO3-N比率、恒定酸性pH和不同初始pH條件，使用在線傳感器測量N2O濃度、氮轉(zhuǎn)化和pH變化，以建立N2O產(chǎn)生與操作參數(shù)的關(guān)系，并分析FNA的抑制作用。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測量了N2O濃度隨時(shí)間的變化，在不同COD/NO3-N比率（0.8-8.0）和初始NO3-N濃度（20 mg/L和80 mg/L）下。數(shù)據(jù)來自圖1和圖2。研究意義在于顯示高COD/NO3-N（如4.0和8.0）導(dǎo)致N2O在NO3-N耗盡后急劇增加，表明電子供體充足時(shí)NO2-N還原易產(chǎn)生N2O，為碳源管理提供依據(jù)。

 

 

2 測量了在恒定酸性pH（5.5和6.5）下的N2O產(chǎn)生曲線和氮轉(zhuǎn)化速率。數(shù)據(jù)來自圖3和表2。研究意義在于顯示低pH下FNA抑制增強(qiáng)N2O產(chǎn)生，如pH 5.5時(shí)N2O高達(dá)8.29 mg/L，而pH 6.5時(shí)較低，表明pH控制對減少N2O關(guān)鍵，并揭示FNA對反硝化酶的抑制作用。

 

 

3 測量了在不同初始pH（5.5、6.5和7.5）下的氮轉(zhuǎn)化動(dòng)態(tài)和pH變化。數(shù)據(jù)來自圖4和圖5。研究意義在于顯示pH轉(zhuǎn)折點(diǎn)對應(yīng)NO3-N耗盡和NO2-N峰值，控制此時(shí)停止反應(yīng)可最大化NO2-N積累并最小化N2O產(chǎn)生，為實(shí)踐提供操作指標(biāo)。

 

 

 

結(jié)論

1 N2O產(chǎn)生在NO3-N耗盡前可忽略，但與NO2-N還原過程強(qiáng)相關(guān)，尤其在電子供體充足時(shí)加劇。

2 恒定酸性pH由于FNA抑制顯著增強(qiáng)N2O產(chǎn)生，但反硝化過程中pH自然升高可緩解此效應(yīng)。

3 通過控制pH轉(zhuǎn)折點(diǎn)及時(shí)停止反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)高NO2-N積累和低N2O產(chǎn)生，優(yōu)化部分反硝化工藝。

 

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（N2O微傳感器）測量N2O數(shù)據(jù)的研究意義在于實(shí)現(xiàn)了高精度、在線實(shí)時(shí)監(jiān)測N2O濃度動(dòng)態(tài)，檢測限低至0.0028 mg N2O-N/L。這種測量能力幫助精確捕捉N2O產(chǎn)生峰值和趨勢，例如在圖1和圖2中揭示N2O在NO2-N還原階段的急劇增加，以及在圖5中顯示pH影響下的雙峰現(xiàn)象。電極數(shù)據(jù)為定量分析FNA抑制效應(yīng)和碳源影響提供了可靠證據(jù)，使研究能深入理解N2O產(chǎn)生機(jī)制，如電子競爭和酶抑制過程。這為優(yōu)化反硝化工藝參數(shù)（如pH和COD/NO3-N）以減少溫室氣體排放提供了關(guān)鍵工具，提升了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和應(yīng)用價(jià)值。