N2O是強(qiáng)溫室氣體，同時(shí)也是可再生能源，當(dāng)其替代O2與甲烷燃燒時(shí)可以提高熱值，還可以用于醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及半導(dǎo)體行業(yè)等。由于污水處理過程是N2O釋放的重要人為來源，因此生物脫氮過程中N2O的富集成為研究熱點(diǎn)之一。食品加工、制造及釀酒等行業(yè)會(huì)產(chǎn)生大量酸性有機(jī)含氮廢水，在反硝化脫氮之前，常需加堿進(jìn)行預(yù)處理，這會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性與運(yùn)行費(fèi)用。研究酸性條件下反硝化的性能，可為此類廢水的直接處理提供依據(jù)。

已有研究表明，酸性條件和游離亞硝酸（FNA）濃度是影響反硝化過程中N2O產(chǎn)率的重要因素。Th?rn等研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，40%以上的NOx-會(huì)以N2O的形式積累。Pan等研究恒定pH對(duì)反硝化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH為6.0時(shí)，N2O的釋放率高達(dá)40%。有學(xué)者推測(cè)酸性條件下產(chǎn)生的FNA通過抑制N2O還原酶的活性增加N2O的釋放。由于FNA是酸性條件下NO2-質(zhì)子化的結(jié)果，真正的抑制劑仍需進(jìn)一步明確。NO2-型反硝化是順序反應(yīng)的過程，依次由亞硝酸鹽還原酶（NIR）、NO還原酶（NOR）和N2O還原酶（NOS）將NO2-還原為NO、N2O和N2。

作為中間產(chǎn)物，N2O的凈產(chǎn)率同時(shí)受其產(chǎn)生和還原的影響，研究酸性條件下N2O的還原特性可為其富集機(jī)理提供依據(jù)。由于N2O是溶解性氣體，傳統(tǒng)測(cè)定方法存在困難，而一氧化二氮微電極可連續(xù)測(cè)定其濃度的變化，這就為其檢測(cè)提供了有效手段。筆者以NO2-型反硝化活性污泥為研究對(duì)象，分析了SBR系統(tǒng)在酸性進(jìn)水條件下的反硝化運(yùn)行特征和N2O釋放行為，并探討了影響N2O還原速率的因素，旨在揭示酸性條件下N2O積累的機(jī)理，并為生物反硝化過程中N2O的富集回收提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)裝置

連續(xù)試驗(yàn)采用SBR裝置，其有效容積為0.6 L，排水比為0.33。每天運(yùn)行4個(gè)周期，單周期為6 h，即進(jìn)水5 min、攪拌240 min、沉淀60 min、排水5 min、閑置50 min。采用磁力攪拌方式，在室溫條件下運(yùn)行，水溫為20~25℃。批式試驗(yàn)反應(yīng)器的有效容積為0.6 L，使用N2進(jìn)行吹脫（氮?dú)饬魉贋?.2 L/min）以實(shí)現(xiàn)泥水完全混合，并將產(chǎn)生的N2O吹脫出來。

1.2污泥來源和試驗(yàn)

用水試驗(yàn)所用污泥為課題組前期馴化完成的NO2-型反硝化污泥，其整體為黃褐色絮體，MLVSS/MLSS約為0.8，采用酸性廢水進(jìn)行馴化，進(jìn)入反應(yīng)器污泥的初始pH為5.5，反應(yīng)器中污泥濃度約為4 000 mg/L，每天排混合液，控制泥齡約為15 d。采用人工配制試驗(yàn)用水，其由乙酸鈉、亞硝酸鈉和微量元素組成，微量元素按文獻(xiàn)配制，投加量為1 mL/L。運(yùn)行階段NO2--N濃度控制在100~120 mg/L，保持C/N為3。

1.3試驗(yàn)方案

連續(xù)運(yùn)行及典型周期試驗(yàn)：SBR正常運(yùn)行過程中，連續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)出水COD、NO2-的濃度及N2O釋放量。定期分析典型周期碳、氮轉(zhuǎn)化及N2O釋放特性。酸性pH及FNA對(duì)N2O釋放的影響：取0.2 L SBR中的污泥，洗泥3次后置于批式反應(yīng)系統(tǒng)中，采用人工配水進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為4 h，反應(yīng)溫度控制在22℃。每10 min采集一次氣體測(cè)定N2O濃度，每30 min采集一次液體測(cè)定NO2-和COD濃度，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定MLSS和MLVSS濃度。pH影響試驗(yàn)中，初始NO2--N濃度為80 mg/L，以0.2 mol/L的HCl或NaOH保持系統(tǒng)內(nèi)pH恒定，分別在pH為5.0、5.5、用人工配水進(jìn)行試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間為4 h，反應(yīng)溫度控制在22℃。每10 min采集一次氣體測(cè)定N2O濃度，每30 min采集一次液體測(cè)定NO2-和COD濃度，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定MLSS和MLVSS濃度。

pH影響試驗(yàn)中，初始NO2--N濃度為80 mg/L，以0.2 mol/L的HCl或NaOH保持系統(tǒng)內(nèi)pH恒定，分別在pH為5.0、5.5、5.8、6.0、6.5、7.0的條件下進(jìn)行試驗(yàn)，pH的變化幅度不超過±0.1。FNA影響試驗(yàn)中，控制反應(yīng)中pH恒定為5.8，通過添加不同濃度的NO2（-10、30、40、50、70、90 mg/L）使FNA的初始濃度分別為0.16、0.44、0.68、0.84、1.16、1.54 mg/L。酸性pH及FNA對(duì)N2O還原速率的影響：通入N2O標(biāo)準(zhǔn)氣體配制飽和溶液，稀釋65倍，配制初始濃度為10μmol/L的水溶液（a溶液）備用。a溶液在不同pH（5.5~7.0）條件下以N2O為基質(zhì)進(jìn)行批式試驗(yàn)。a溶液中加入少量亞硝酸鹽制成b溶液，在不同pH（5.5~7.0）條件下形成不同F(xiàn)NA濃度進(jìn)行批式試驗(yàn)。反應(yīng)時(shí)間為15 min，通過水浴加熱控制溫度為（20±1）℃。用N2O微電極測(cè)定N2O濃度，試驗(yàn)結(jié)束后測(cè)定MLSS和MLVSS，并計(jì)算還原速率。

1.4分析項(xiàng)目及方法

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定；亞硝酸鹽采用N-（1-萘基）-乙二胺光度法測(cè)定；硝酸鹽采用紫外分光光度法測(cè)定；MLSS、MLVSS采用重量法測(cè)定；溶解性N2O利用微電極測(cè)定，測(cè)定前進(jìn)行校準(zhǔn)。N2O氣體的采集：批式試驗(yàn)產(chǎn)生的N2O氣體用氮?dú)膺M(jìn)行吹脫，使用50 mL注射器在反應(yīng)器上部集氣區(qū)采集氣體樣品，用氣相色譜儀進(jìn)行測(cè)定。氣體分析與計(jì)算：利用PE600氣相色譜儀對(duì)樣品中的N2O濃度進(jìn)行分析。N2O的釋放速率和釋放量參考Kong等、Kimochi等的方法進(jìn)行計(jì)算。