不同污水处理工艺N2O减排方法研究进展

污水处理过程中产生强温室气体N2O的问题已经受到广泛关注，如何在保证处理效率的同时实现N2O有效减排成为水处理领域面临的重要问题。综述了传统生物脱氮除磷工艺和同步硝化反硝化、反硝化除磷、厌氧氨氧化等新型污水处理工艺运行过程中N2O的产生机理、减排方法和减排量，为相关领域的研究人员提供参考。

N2O是一种强温室气体，其百年全球增温潜势为CO2的265倍，在全球气候变暖过程中发挥着重要作用。污水处理过程由于能够产生大量N2O而备受关注，据报道，进入污水厂的氮元素0～25%将以2O的形式排放到大气中，N2O在污水输送和生物处理过程中的释放量占全球人为排放量的3.2%～10.2%。

随着生物脱氮除磷技术的发展，同步硝化反硝化、反硝化除磷和厌氧氨氧化等污水处理新工艺逐渐发展应用，其运行原理和特点各有不同，相比传统生物脱氮方法，这些工艺具有需氧量低、节约碳源、氮负荷高、污泥产生量少等显著优点，但同时这些工艺在运行过程中会产生大量N2O，大大削弱了这些污水处理工艺的应用优势。

因此，如何根据不同工艺的运行特点建立有效的N2O减排方法已经成为水处理领域面临的新挑战。

本文综述了传统生物脱氮除磷和同步硝化反硝化、反硝化除磷、厌氧氨氧化等新工艺污水处理过程中N2O的产生机理、减排方法和减排量，以期为污水处理过程N2O减排研究提供参考。

1传统生物脱氮除磷工艺N2O的产生机理及减排方法

传统生物脱氮除磷工艺主要有厌氧-缺氧-好氧工艺(A2/O)、序批式活性污泥法(SBR)和氧化沟等。这些污水处理工艺都包含有硝化和反硝化阶段，即污水中的含氮化合物分别经由硝化细菌和反硝化细菌转化为气态氮化合物去除，这两个处理过程均有N2O产生。

1.1生物脱氮过程中N2O的产生机理

1.1.1硝化作用

图1硝化过程中N2O的产生途径

图1显示了硝化反应的生物化学过程，包括两个阶段:第1阶段是氨氧化菌(AOB)将氨氮(NH+4-N)氧化为亚硝酸盐(NO-2)，羟胺(NH2OH)为该反应过程的中间产物，氨单加氧酶(AMO)和羟胺氧化还原酶(HAO)起催化作用;第2阶段是NO-2在亚硝酸盐氧化菌(NOB)的作用下氧化为硝酸盐(NO-3)，亚硝酸氧化还原酶(NOR)起催化作用。

N2O在硝化阶段的主要产生途径有4种:

1)AOB的反硝化作用。硝化过程N2O释放主要是由AOB的反硝化作用引起。

2)氨氧化中间产物NH2OH的氧化作用。在高NH+4-N和低NO-2浓度的条件下，N2O可通过NH2OH氧化生成。

3)硝酰基(NOH)的化学分解作用。NH2OH氧化为NO-2过程的NOH的化学分解是氨氧化阶段N2O的另一个产生源。

4)硝化细菌的反硝化作用也是引起N2O产生的一个重要来源。

1.1.2反硝化作用

反硝化过程即在缺氧条件下，异养型兼性厌氧微生物利用有机碳源为电子供体，将NO-3-N或NO-2-N还原为NOx或N2的过程。N2O是反硝化过程中的1种中间产物，不完全的反硝化会导致N2O的产生。反硝化过程如图2所示。

目前，对反硝化过程中N2O的产生主要有以下两种解释:1)反硝化菌的活性丧失，使得在第3个阶段所产生的N2O不能够进一步还原，导致N2O积累而从水体中逸出;2)部分反硝化细菌不具有NOS系统，其最终产物仅为N2O。

1.2减排方法

1.2.1控制合适的DO浓度

研究表明，溶解氧(DO)是AOB反硝化的一个关键因素，硝化过程中DO浓度过低以及反硝化过程中存在DO的干扰时，都会导致N2O的产生。孙世昌等通过提高曝气速率来提高水中的DO浓度，促进硝化过程的彻底进行，避免污水中NO-2-N的积累，从而减少硝化过程N2O中的排放量。在中试规模的A/O工艺中，当曝气速率由4.0m3/h提高至5.5m3/h时，N2O排放量由0.47～0.64g/m3降至0.09g/m3，N2O的排放量大大减少。

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