亚硝化-厌氧氨氧化生物自养脱氮工艺中N2O的释放机理研究

亚硝化-厌氧氨氧化全程自养生物脱氮工艺对于高氨氮、低碳氮比废水的处理具有独特的优势，但其N2O的释放情况不容忽视。本课题拟利用15N同位素示踪法研究亚硝化-厌氧氨氧化全程自养脱氮工艺中N2O的释放途径；通过鉴定组合工艺中的代谢相关酶，研究氮素在系统中的代谢过程，明确N2O的产生机理；通过研究系统中微生物的类群特征与其系统功能的相关性，运用分子生物学方法掌握该系统中与N2O产生过程相关的微生物类群特征随影响因素的动态演替规律，揭示N2O产生的微生物机制；通过优化运行工况和调控微生物群落探索N2O的释放控制措施，优化脱氮效果并减少N2O释放。本课题的开展能够为科学评价和优化亚硝化-厌氧氨氧化全程自养生物脱氮工艺提供理论依据，对于重新认识污水生物脱氮对全球N2O释放及温室效应的贡献从而进一步削减全球N2O的释放具有指导意义。

本项目针对亚硝化-厌氧氨氧化全程自养生物脱氮工艺中的N2O释放问题，构建了亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺启动的新方法，研究了氮素迁移转化过程及N2O的产生途径，揭示了N2O产生的微生物机制，提出了减少N2O释放的工艺。取得如下主要结论：.1、采用序批式生物膜反应器实现了亚硝化过程的较快启动，通过控制曝气方式可将出水NH4+-N：NO2－-N基本控制在1:1；设计了新型的无纺布膜生物反应器（nMBR）实现了厌氧氨氧化的快速启动。.2、亚硝化反应器的平均N2O释放量占氮负荷的0.80~1.50%；厌氧氨氧化反应器会释放一定量的N2O，但其释放量远低于亚硝化反应器，而nMBR对N2O的减量化有一定作用。 厌氧氨氧化系统68.39~84.75%的氧化亚氮来自于反硝化，而亚硝化反应器中N2O主要由硝化菌产生（贡献率为83.20~86.15%）。.3、氮去除效率与基因浓度的对数成正比，功能基因，尤其是hzo和hzs基因更适于评定厌氧氨氧化活性。在亚硝化阶段，污泥微生物产物EPS和SMP内有机物质呈现减少趋势，而在厌氧氨氧化阶段，污泥EPS均呈上升趋势，可将EPS含量作为表征厌氧氨氧化菌活性的指标。.4、亚硝化过程中AOB在主要微生物类群所占比例约为41 %，亚硝化中引起N2O释放的主要微生物类群为Nitrosomonas sp.和Nitrosospira sp.。nMBR反应器中厌氧氨氧化菌约占全菌的58%，浮霉菌门是最重要的微生物群落组成菌属。.5、系统环境会影响N2O的释放。从15℃至35℃，温度越高N2O的释放越多。曝气速率适中可减少N2O释放量；NH4+-N浓度增大会刺激N2O的释放；盐度的增大会增加N2O的释放量。将系统控制在中温运行，保持适度曝气速率，降低进水速率，降低进水盐度，可减少N2O的释放。.研究成果为优化亚硝化-厌氧氨氧化全程自养生物脱氮工艺提供了理论依据，对于认识该工艺对全球N2O释放及温室效应的贡献从而进一步削减全球N2O的释放具有指导意义。