多菌种共生自养脱氮系统N2O产生机制与调控研究

废水生物脱氮过程释放一种强温室气体-N2O，其温室效应是CO2的300多倍，降低N2O的释放量对实现废水生物脱氮的可持续发展具有重要研究价值和意义。既往研究多针对传统硝化反硝化工艺从宏观角度通过氮平衡原理研究N2O的释放特征和影响因素，缺乏污泥形态结构对物质降解、转化规律的研究。本课题拟从宏观和微观两个层面对高效低耗的单级自养脱氮系统N2O产生机制和减量化调控进行研究。在宏观层面，通过改变环境因子和水力条件优化污泥形态结构，获得功能微生物协同生长、高效脱氮的污泥形态结构和N2O释放特征；在微观层面，借助微电极技术研究污泥基团内部微环境条件与微生物活性、氮素迁移转化规律之间的关系，揭示各功能微生物不同脱氮途径下N2O产生机制；并通过建立外环境条件与污泥基团内N2O产生量之间的关系，获得单级自养脱氮系统N2O减量化释放的调控条件，为实现单级自养脱氮的可持续发展提供科学依据和技术支撑。

废水生物脱氮过程中释放一种强温室气体—N2O，其温室效应是CO2的三百多倍，降低N2O的释放对实现废水的可持续生物脱氮处理具有重要意义。本课题制备了微电极，建立了微电极测试系统与方法，从宏观和微观两个层面对自养脱氮系统中N2O的生成机制与减量化控制进行了研究。分别通过控制DO浓度和TIC/N获得了SBR系统自养部分亚硝化的启动与稳定维持策略，研究了厌氧生物转盘系统厌氧氨氧化和SBR系统单级自养脱氮系统的氮素转化特性，利用FISH方法对系统中的微生物种群进行了鉴定。通过收集气体的方法从宏观层面研究得到了不同系统中N2O的释放浓度、速率和释放量，并通过改变环境条件研究获得N2O释放量与环境因子间的关系，为调控自养脱氮系统N2O的减量化释放提供了理论依据；利用NH4+、NO2–、NO3–、N2O、pH和DO等多种微电极从微观层面对不同系统中污泥基团内部环境条件和氮素浓度的空间分布特征进行了定量研究，获得了污泥基团内部微生物的原位生物活性分布、N2O的体积净生成速率及其与微环境条件间的关系，阐明了N2O产生的微生态机制。