利用氮稳定同位素技术研究含盐废水脱氮过程氧化亚氮的产生机理

高盐是导致废水生物脱氮效果不稳定及强温室气体N2O产生的重要原因之一。随着含盐废水(海水冲厕污水及工业废水)排放量的增加，污水厂进水的含盐量将呈现增高趋势，这也将提高废水脱氮过程N2O的释放潜能。本项目以好氧/缺氧SBR工艺为废水脱氮的典型研究对象，辅以批次试验，重点考察盐度水平、盐度动态变化以及高盐协同作用下DO、pH、游离氨和游离亚硝酸等关键因素对脱氮过程N2O释放的影响作用，阐明工艺在稳态或非稳态运行过程N2O的释放量与特性。利用氮同位素示踪技术揭示含盐废水脱氮过程的氮素转化规律，同步结合反应速率、酶活性以及以荧光原位杂交(FISH)技术为主的分子生物学手段揭示功能微生物的原位生理学特性，确定N2O产生及转化的微观机理，提出有效减少N2O产生的控制方法。研究成果对于完善生物脱氮过程N2O产生的科学机理、提高含盐废水生物脱氮的稳定性，防止环境污染问题由水环境转移到大气环境具有重要意义。

高盐是导致废水生物脱氮效果不稳定及强温室气体N2O产生的重要原因之一。随着含盐废水（海水冲厕污水及工业废水）排放量的增加，污水厂进水的含盐量将呈现增高趋势，这也将提高废水脱氮过程N2O的释放潜能。本项目以不同盐度模拟污水为处理对象，结合长期盐度驯化和短期盐度冲击批次试验，研究了盐（NaCl）对硝化、反硝化效率及N2O产生量的动态影响，并从微生物酶活性及分子生物学角度分析了盐度对脱氮效果及功能微生物种群的影响，同时结合分步抑制法和15N同位素标记技术揭示了盐度长期驯化及短期冲击影响下的硝化过程中氮素转化规律及N2O转化途径。1）对比了单一含氮基质和混合含氮基质条件下N2O转化途径。以单一含氮基质（NH4+）时，采用分步抑制方法，以混合含氮基质（NH4+和NO3-）时，采用15N同位素标记方法。盐度冲击（7.5和10 g NaCl/L）引起的N2O较高产生量主要是通过硝化菌反硝化（ND）途径产生。通过含盐污水对活性污泥进行长期适盐驯化可以降低N2O产生量，同时也改变了N2O产生途径：即在适盐驯化系统中，ND和偶联硝化反硝化（NCD）途径产生的N2O占总N2O量的比例有所增加。2）考察了盐度冲击在不同COD/N（0、2和4）及最终电子受体（NO3-和NO2-）条件下对反硝化效率及N2O产生量的协同影响。10和20 g NaCl/L盐度冲击抑制反硝化速率，且抑制程度与COD/N比有关，COD/N比越高所受抑制程度越强。以NO3-为最终电子受体时，盐度导致NO2-的累积，且COD/N比越低NO2-累积量越高。无论何种电子受体和多高COD/N条件下，不投加盐时不会导致N2O累积，而投加20 g NaCl/L盐度N2O都会累积。通过极差分析显示本实验中影响反硝化过程N2O产生的最重要影响因子是NaCl浓度。内碳源浓度变化及理论内碳源消耗量对比分析证明内源反硝化的内碳源主要为糖原。胞外乳酸脱氢酶及胞内活性氧簇分析显示盐胁迫对微生物的抑制主要是通过渗透压作用。3）基于已验证的N2O产生模型，将NaCl盐度影响因素引入硝化及反硝化动态方程。采用本研究数据进行模型应用并结合加速遗传算法程序拟合，计算NaCl对硝化及反硝化N2O产生相关步骤的抑制系数，为含盐废水产生N2O提供模型分析。研究结果为生物脱氮过程盐度引起的N2O产生及机理分析提供依据，为污水脱氮过程N2O减排提供理论支持和调控策