不同污水處理工藝N2O減排方法研究進展

污水處理過程中產(chǎn)生強溫室氣體N2O的問題已經(jīng)受到廣泛關(guān)注，如何在保證處理效率的同時實現(xiàn)N2O有效減排成為水處理領(lǐng)域面臨的重要問題。綜述了傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝和同步硝化反硝化、反硝化除磷、厭氧氨氧化等新型污水處理工藝運行過程中N2O的產(chǎn)生機理、減排方法和減排量，為相關(guān)領(lǐng)域的研究人員提供參考。

N2O是一種強溫室氣體，其百年全球增溫潛勢為CO2的265倍，在全球氣候變暖過程中發(fā)揮著重要作用。污水處理過程由于能夠產(chǎn)生大量N2O而備受關(guān)注，據(jù)報道，進入污水廠的氮元素0～25%將以2O的形式排放到大氣中，N2O在污水輸送和生物處理過程中的釋放量占全球人為排放量的3.2%～10.2%。

隨著生物脫氮除磷技術(shù)的發(fā)展，同步硝化反硝化、反硝化除磷和厭氧氨氧化等污水處理新工藝逐漸發(fā)展應(yīng)用，其運行原理和特點各有不同，相比傳統(tǒng)生物脫氮方法，這些工藝具有需氧量低、節(jié)約碳源、氮負荷高、污泥產(chǎn)生量少等顯著優(yōu)點，但同時這些工藝在運行過程中會產(chǎn)生大量N2O，大大削弱了這些污水處理工藝的應(yīng)用優(yōu)勢。

因此，如何根據(jù)不同工藝的運行特點建立有效的N2O減排方法已經(jīng)成為水處理領(lǐng)域面臨的新挑戰(zhàn)。

本文綜述了傳統(tǒng)生物脫氮除磷和同步硝化反硝化、反硝化除磷、厭氧氨氧化等新工藝污水處理過程中N2O的產(chǎn)生機理、減排方法和減排量，以期為污水處理過程N2O減排研究提供參考。

1傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝N2O的產(chǎn)生機理及減排方法

傳統(tǒng)生物脫氮除磷工藝主要有厭氧-缺氧-好氧工藝(A2/O)、序批式活性污泥法(SBR)和氧化溝等。這些污水處理工藝都包含有硝化和反硝化階段，即污水中的含氮化合物分別經(jīng)由硝化細菌和反硝化細菌轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮化合物去除，這兩個處理過程均有N2O產(chǎn)生。

1.1生物脫氮過程中N2O的產(chǎn)生機理

1.1.1硝化作用

圖1硝化過程中N2O的產(chǎn)生途徑

圖1顯示了硝化反應(yīng)的生物化學(xué)過程，包括兩個階段:第1階段是氨氧化菌(AOB)將氨氮(NH+4-N)氧化為亞硝酸鹽(NO-2)，羥胺(NH2OH)為該反應(yīng)過程的中間產(chǎn)物，氨單加氧酶(AMO)和羥胺氧化還原酶(HAO)起催化作用;第2階段是NO-2在亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的作用下氧化為硝酸鹽(NO-3)，亞硝酸氧化還原酶(NOR)起催化作用。

N2O在硝化階段的主要產(chǎn)生途徑有4種:

1)AOB的反硝化作用。硝化過程N2O釋放主要是由AOB的反硝化作用引起。

2)氨氧化中間產(chǎn)物NH2OH的氧化作用。在高NH+4-N和低NO-2濃度的條件下，N2O可通過NH2OH氧化生成。

3)硝?；?NOH)的化學(xué)分解作用。NH2OH氧化為NO-2過程的NOH的化學(xué)分解是氨氧化階段N2O的另一個產(chǎn)生源。

4)硝化細菌的反硝化作用也是引起N2O產(chǎn)生的一個重要來源。

1.1.2反硝化作用

反硝化過程即在缺氧條件下，異養(yǎng)型兼性厭氧微生物利用有機碳源為電子供體，將NO-3-N或NO-2-N還原為NOx或N2的過程。N2O是反硝化過程中的1種中間產(chǎn)物，不完全的反硝化會導(dǎo)致N2O的產(chǎn)生。反硝化過程如圖2所示。

目前，對反硝化過程中N2O的產(chǎn)生主要有以下兩種解釋:1)反硝化菌的活性喪失，使得在第3個階段所產(chǎn)生的N2O不能夠進一步還原，導(dǎo)致N2O積累而從水體中逸出;2)部分反硝化細菌不具有NOS系統(tǒng)，其最終產(chǎn)物僅為N2O。

1.2減排方法

1.2.1控制合適的DO濃度

研究表明，溶解氧(DO)是AOB反硝化的一個關(guān)鍵因素，硝化過程中DO濃度過低以及反硝化過程中存在DO的干擾時，都會導(dǎo)致N2O的產(chǎn)生。孫世昌等通過提高曝氣速率來提高水中的DO濃度，促進硝化過程的徹底進行，避免污水中NO-2-N的積累，從而減少硝化過程N2O中的排放量。在中試規(guī)模的A/O工藝中，當曝氣速率由4.0m3/h提高至5.5m3/h時，N2O排放量由0.47～0.64g/m3降至0.09g/m3，N2O的排放量大大減少。

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