3討論


Letey等研究認為,在缺氧條件下,Nos的合成滯后于Nar,在反硝化過(guò)程的初期,由于污水中Nos的缺乏,反硝化過(guò)程中產(chǎn)生的N2O不能及時(shí)被還原為N2,從而導致N2O的積累。與此研究類(lèi)似,在本實(shí)驗中,無(wú)論碳源是否充足,在反硝化初始階段,均有N2O的積累,這表明,在以NO2-為電子受體的反硝化過(guò)程的初始階段,Nos的合成可能同樣滯后于Nir.此外,反硝化初始時(shí)刻較高的NO2-濃度可能對Nos具有毒性,使得產(chǎn)生的N2O無(wú)法迅速被還原成N2.


本研究表明,較高的COD/N有利于N2O的還原,當碳源不足,微生物利用內碳源進(jìn)行反硝化時(shí),系統出現了持續的N2O積累。Schalk-otte等的研究也表明,在反硝化階段,各種還原酶對電子的競爭能力不同,其中以Nos的電子競爭能力最弱,當NO2-存在且積累時(shí),多種還原酶之間存在電子競爭,Nos對電子的親和力較弱,從而在系統內發(fā)生N2O積累。本實(shí)驗中,外加碳源為0時(shí),在限制性電子供體的條件下,出現了較多的N2O的持續累積,表明Nos電子競爭能力較弱。當有外加碳源時(shí),系統內的N2O產(chǎn)量隨著(zhù)外加碳源增加而下降(圖2)。與本研究結果類(lèi)似,Meyer等對同步脫氮除磷系統的研究表明,在較低的COD/N下有著(zhù)較高的N2O產(chǎn)量,當COD/N較低時(shí),反硝化細菌利用PHA作為電子供體進(jìn)行反硝化,即使有少量NO2-,也會(huì )導致N2O的積累。Itokawa等利用SBR考察了低COD/N下N2O的產(chǎn)量,發(fā)現COD/N在2.4和3.5時(shí),進(jìn)水中20%——30%的氮被轉化為N2O,當COD/N較高時(shí),只有1%的氮轉化為N2O.Pan等則認為,無(wú)論碳源是否充足均會(huì )發(fā)生電子競爭,電子在4種氮素還原酶的分布主要受碳源負荷的影響,較低的碳源負荷會(huì )降低電子在Nos上的分布,當流向Nir的電子比流向Nos多時(shí)就會(huì )造成N2O的累積。


pH值是反硝化過(guò)程中一個(gè)重要的影響因素。本實(shí)驗中,在碳源一定的情況下,當pH值在7、8時(shí)有少量的N2O積累,而當pH值為6時(shí),N2O出現大量積累,積累量是pH值在7、8時(shí)的800倍(圖5)。Marina等研究發(fā)現,當pH<6.8時(shí),反硝化過(guò)程中產(chǎn)生N2O,pH=5、6時(shí),N2O產(chǎn)量最多。Hanaki等的研究也表明,pH值由8.5降至6.5時(shí),系統反硝化過(guò)程N2O產(chǎn)量增加,其原因可能是低pH值有利于以N2O為終產(chǎn)物的菌種生長(cháng),也可能是低pH值改變了反硝化的代謝途徑,導致N2O積累。Zhou等則認為在低pH值、NO2-積累時(shí)形成的HNO2會(huì )對Nos產(chǎn)生抑制作用是造成N2O積累的原因,并揭示了HNO2對N2O還原的抑制濃度為0.0007——0.001mg/L.本實(shí)驗中,當pH=6時(shí),HNO2(25℃)濃度最高為0.067mg/L,已有足夠濃度對Nos發(fā)生抑制。圖7所示,當pH<7時(shí),N2O的產(chǎn)生速率隨pH值的變化比隨COD/N的變化更大,即在酸性條件下,不論碳源是否充足,N2O均有相對較大的產(chǎn)生速率,而在pH=6時(shí),NO2--N降解速率的下降幅度并不大(圖6)。這表明,Nos還原酶在酸性條件下的活性比Nir更低,Pan等的研究也有類(lèi)似結果。


由圖6可知,在COD/N和pH值的設定范圍內,增加COD/N而不提高pH值或者提高pH值而不增加COD/N均能提高NO2--N的還原速率,但同時(shí)增加COD/N和提高pH值時(shí),將能更加顯著(zhù)地提高NO2--N的還原速率。圖7表明,分別增加COD/N和提高pH值均能降低N2O的產(chǎn)生速率,但是同時(shí)提高COD/N與pH值更能有效減小N2O的產(chǎn)生速率,這是因為增加COD/N會(huì )使Nos得到更多的電子用于N2O的還原,而提高pH值則能減少HNO2對Nos抑制作用。


Sommer等指出,冬季時(shí),污水處理廠(chǎng)中反硝化段溶解在污水中N2O濃度較高,這些N2O會(huì )在曝氣段被吹脫出去。污水生物脫氮反硝化過(guò)程是pH不斷升高的過(guò)程(長(cháng)期監測數據約在6.3——8.5之間),如果把反硝化過(guò)程始終控制在堿性條件,并提供適宜的碳源,將會(huì )極大的減少N2O的排放量。


4結論


4.1碳源是影響短程脫氮反硝化過(guò)程N2O產(chǎn)生的重要因素。N2O的釋放隨著(zhù)COD/N的增加而降低。Nos在碳源匱乏時(shí)對電子的競爭處于不利地位是反硝化過(guò)程中N2O積累的主要原因。


4.2 pH值也是N2O產(chǎn)生的影響因素,pH<7時(shí),N2O產(chǎn)生量較大且產(chǎn)生速率變化較快,pH值在7、8時(shí),N2O積累量較小。在低pH值下,Nos較Nir有著(zhù)較小的活性。


4.3在酸性條件下,不論是碳源缺少還是相對充足,N2O均有較高的產(chǎn)生速率。提供充足的碳源和堿性條件,是減少短程脫氮反硝化過(guò)程中N2O排放的有效途徑。