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2004年9月重庆大学学报 Sep.2004第27卷第9期 J0umal of Chongqing Univellsi够 V01.27No.9 111111-!====一===================2=====!=================_文章编号:1000一582x(200409—0102一07废水生物脱氮中N2O和NOx的来源及生成机理‘卢培利1,张代钧1”,许丹宇1(1.重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030;2.重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室,重庆400030摘要:N:O和NO,是废水生物脱氮处理中常见的中间产物,传统硝化和反硝化被认为是其主要来源,但随着研究的深入,更多的生物氮转化代谢途径被发现,如厌氧氨氧化、化学反硝化等,实验已经证实这些过程中都有N20和/或NO,生成。
生物酶受到抑制和某些中间物质的化学分解以及物质间的化学反应都有可能成为N:O和NO,的生成机理,还有一些过程的机理尚不清楚。
结合功能微生物的种类和生物化学反应类型阐述废水生物脱氮气态中间产物N:O和NO。
的来源及生成机理,有助于新的氮代谢途径的认识、新技术开发和大气环境二次污染的防治。
关键词:废水处理;生物脱氮;N20;NO。
中图分类号:x 703文献标识码:A废水脱氮处理已经成为基本要求,生物法因被公认是一种经济、有效和最有前途的方法而广泛采用…。
虽然经过100多年的研究,人类在理解无机氮转化方面取得了巨大进展,但因氮转化存在多种可能途径及现实条件下分析这些反应所存在的复杂性,导致对该问题的认识还存在许多不清楚的地方,相互矛盾和带有推测性的研究报告常常出现【2。
】。
特别是近些年,废水生物脱氮在理论和工程实践方面取得了很大进步,如异养硝化和好氧反硝化H。
j、厌氧氨氧化【6】、自养硝化菌反硝化等现象相继被发现。
卜81,这些新发展已经远远突破了传统理论的认识,其机理至今仍不为人们完全理解。
污水处理过程中的生物脱氮与脱磷机制研究污水处理是保护环境和人类健康的关键过程之一。
在污水处理厂中，生物脱氮与脱磷是常用的处理方法。
本文将探讨污水处理过程中生物脱氮与脱磷的机制，并介绍一些相关研究成果。
一、生物脱氮机制研究生物脱氮是指通过微生物将污水中的氮气转化为空气中的氮气，以减少污水中的氮含量。
生物脱氮的主要机制包括硝化反应和反硝化反应。
1. 硝化反应硝化反应是指将氨氮转化为亚硝酸盐和硝酸盐的过程。
该反应分为两步：首先，氨氮通过氧化反应转化为亚硝酸盐，由氨氧化菌（AOB）完成；然后，亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，由亚硝酸盐氧化菌（NOB）完成。
2. 反硝化反应反硝化反应是指将硝酸盐还原为氮气的过程。
在无氧条件下，反硝化菌（denitrifying bacteria）会利用硝酸盐中的氧原子，将其释放为氮气，从而完成反硝化反应。
具体的反应过程包括硝酸盐还原为亚硝酸盐和氮气。
目前，已经发现许多参与生物脱氮的微生物，如AOB、NOB和反硝化菌等。
研究者通过对这些微生物的特性和代谢途径的分析，揭示了生物脱氮机制的一些关键环节。
二、生物脱磷机制研究生物脱磷是指将废水中的磷元素转化为微生物体内的无机磷，从而达到除磷的目的。
在污水处理厂中，同时存在着以聚磷菌为代表的吸磷菌和以解磷菌为代表的放磷菌。
1. 吸磷菌吸磷菌能够通过吸附、吸附再生和内吸附等方式固定并富积大量的磷。
吸磷菌的活跃程度受到温度、溶解氧、pH值等因素的影响。
聚磷菌是一类常见的吸磷菌，其通过存储聚磷酸盐来脱除废水中的磷。
2. 放磷菌放磷菌是指在无机磷含量低于需求时，将其体内积累的有机磷转化为无机磷，排放到污水中。
解磷菌主要通过代谢途径，将有机磷酸盐降解为无机磷酸盐。
许多研究者通过分析聚磷菌和解磷菌的特性，揭示了生物脱磷机制的一些重要环节。
这些研究对于优化污水处理过程，提高除磷效率具有重要意义。
三、相关研究成果目前，对于污水处理中的生物脱氮与脱磷机制有许多研究成果。
污水生物脱氮过程中N2O的产生与相关酶活性研究污水生物脱氮过程中N2O的产生与相关酶活性研究摘要：污水处理厂中，氮的去除是一个关键的环节，而生物脱氮技术已被广泛应用。
然而，在生物脱氮过程中，氧化亚氮(N2O)的产生成为一个无法忽视的问题。
本研究旨在探究污水生物脱氮过程中N2O的产生机制以及相关酶活性的影响。
通过实验设计和方法，揭示了影响N2O产生的因素，并对相关酶活性进行了研究，以期为脱氮过程的优化与改进提供科学依据。
引言：污水中的氮源主要包括氨氮、硝态氮和亚硝态氮。
为了达到环境排放标准，需要将氮源从废水中彻底去除。
传统的氮去除方法包括硝化/反硝化过程，其中硝化过程将氨氮转化为硝态氮，而反硝化过程则将硝态氮还原为氮气(N2)。
然而，实际运行中发现，反硝化过程产生了大量的氧化亚氮(N2O)，其对温室效应的贡献是二氧化碳(CO2)的约310倍。
因此，研究生物脱氮过程中N2O的产生机制以及相关酶活性显得非常重要。
方法：本研究选取一座城市污水处理厂作为研究对象。
首先收集污水样品，通过微生物计数和DNA提取，分析了反硝化微生物群落的多样性和丰度。
接着，通过批量实验，探究不同因素对N2O产生的影响，包括温度、氨氮浓度、底物比例和溶解氧浓度。
同时，通过测定相关酶的活性，如亚硝酸还原酶(Nir)和亚硝态氮还原酶(Nor)的活性，探究酶活性与N2O产生的关系。
结果与讨论：实验结果显示，反硝化微生物群落丰度和多样性对N2O产生有显著影响。
在不同温度下，N2O产生呈现不同的趋势。
当温度升高到一定程度时，N2O产生明显增加，而当温度过高，N2O产生减少。
此外，氨氮浓度、底物比例和溶解氧浓度也对N2O的产生有明显影响。
随着氨氮浓度的增加，N2O产生量逐渐增加，而底物比例的变化会导致N2O产生量的波动。
在低溶解氧条件下，N2O产生量较高。
酶活性研究结果显示，Nir和Nor的活性与N2O产生量呈正相关关系，活性越高，N2O产生越多。
污水生物脱氮过程N2O排放数学模型研究进展污水生物脱氮过程N2O排放数学模型研究进展1. 引言污水处理厂是为了减少排放到环境中的氮、磷等污染物负荷而建造的重要设施。
然而，在污水处理的过程中，尽管通过生物脱氮技术可以有效地去除污水中的氮，但会产生大量的氧化亚氮（N2O），它是一种强大的温室气体和臭氧破坏剂。
因此，探索污水生物脱氮过程中N2O排放的规律及其数学模型的研究成为解决这一问题的重要途径。
2. N2O的生成机理N2O是由氨氧化细菌（AOB）和反硝化细菌通过氧化亚氮还原酶（N2OR）催化作用产生的。
其中，AOB在氨氧化的过程中生成亚硝酸（NO2-），而反硝化细菌则通过还原亚硝酸至氮气（N2），在此过程中产生N2O。
3. N2O排放的影响因素（1）C/N比：C/N比是污水中有机碳与氮的比值。
适宜的C/N比能够保持污水处理系统中厌氧和好氧条件的平衡，从而减少N2O的产生。
（2）温度：温度对反硝化细菌活性的影响很大。
较高的温度能够促进反硝化细菌的生长和代谢活动，增加N2O产生的可能性。
（3）氧气浓度：过高或过低的氧气浓度都会抑制反硝化细菌的活性，从而减少N2O的生成。
（4）pH值：适宜的pH值有助于细菌生长和代谢，从而影响N2O的排放。
4. N2O排放数学模型的建立为了准确预测和控制污水生物脱氮过程中N2O的排放，研究人员建立了各种数学模型。
其中比较常用的是基于物质平衡和能量平衡的动态模型。
（1）物质平衡模型：该模型基于活性污泥系统中N2O的产生与消耗之间的平衡关系建立，通过考虑各种微生物的生长、代谢和迁移等因素，对N2O的生成、转化和排放进行定量预测。
（2）能量平衡模型：该模型考虑底物的降解和产生能量的同时，进一步考虑氨氧化和反硝化过程中产生的N2O，通过能量的平衡关系对N2O的排放进行建模。
5. 模型验证与应用研究者通过实际污水处理厂的监测数据对建立的数学模型进行验证，在与实际数据进行对比的过程中发现模型具有较好的准确性和预测能力。
污水处理中的生物脱氮技术解析生物脱氮技术是污水处理中一种常用的脱氮方法，通过利用特定微生物的作用，将废水中的氨氮转化为较为稳定的氮气释放到大气中，从而达到净化废水的目的。
本文将详细解析生物脱氮技术的原理、应用和优势。
生物脱氮技术的原理主要基于硝化和反硝化过程。
硝化是指将废水中的氨氮先转化为亚硝酸盐，再进一步转化为硝酸盐的过程。
这一过程由氨氧化菌（Nitrosomonas）和亚硝酸氧化菌（Nitrobacter）共同完成。
反硝化是指将硝酸盐还原为氮气的过程，主要由反硝化菌（例如亚硝酸盐还原菌 Denitrifying bacteria）完成。
在生物脱氮技术中，首先废水进入生物处理系统，经过初级沉淀池去除悬浮物后，进入生物反应器。
在生物反应器中设置了适宜生长微生物的环境，比如填料、生物膜等。
废水中的氨氮被氨氧化菌氧化为亚硝酸盐，然后亚硝酸氧化菌进一步将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。
在充分的氧气供应下，硝酸盐不会发生进一步的转化，而是被排放到环境中。
然而，在缺氧环境下，反硝化菌会将硝酸盐还原为氮气，从而实现脱氮的效果。
生物脱氮技术在实际应用中具有多个优势。
首先，与传统的化学脱氮方法相比，生物脱氮技术不需要添加化学试剂，不会产生二次污染，符合环保要求。
其次，生物脱氮技术更为经济和可持续，微生物在反应器中生长繁殖，无需频繁投入新鲜的生物介质。
再次，生物脱氮技术适用于处理不同规模和类型的污水，适应性强，能够适应不同负荷和水质条件。
最后，生物脱氮技术的操作相对简单，维护成本低，运行稳定可靠。
然而，生物脱氮技术也存在一些挑战和局限性。
首先，生物脱氮过程对温度、pH值、溶解氧等环境条件有一定要求，不同的微生物对环境条件的适应性不同，需要进行精确控制。
其次，反硝化过程中产生的氮气有一定的溶解度，如果不能完全释放到大气中，会对水体造成氮气过度饱和问题，可能导致水体富营养化。
此外，生物脱氮过程中可能会产生一些副产物，如亚硝酸盐、气味等，需要进行合理处理。
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2016年第35卷第12期·4020·化 工 进 展污水微生物脱氮过程中N 2O 产生机理及影响因素研究进展陈虎，王莹，吕永康（太原理工大学煤科学与技术教育部和山西省重点实验室，山西 太原 030024）摘要：产生于生物脱氮过程的N 2O 是一种强效的温室气体并会导致臭氧层破坏。
本文综述了污水脱氮过程中N 2O 的产生机理及影响因素。
羟胺氧化和AOB 反硝化是硝化过程产生N 2O 两种主要路径，诸如溶解氧、氨氮和亚硝酸盐等因素主要通过影响微生物的活动或酶的活性而间接影响硝化过程中N 2O 的产生。
反硝化过程是N 2O 的另一重要产生来源，其N 2O 生成量的多少与N 2O 酶有直接关系，而溶解氧、有机碳源和亚硝酸盐等因素会影响反硝化过程中N 2O 酶的活性。
目前新型脱氮工艺也成为N 2O 的潜在来源，但其N 2O 产生机理还有待深入研究。
尽管N 2O 释放与周围环境变化密切相关，但本质原因还是由于微生物的作用及酶活性受到影响所致。
文章最后指出污水生物脱氮过程中N 2O 产量控制与减量化策略是今后研究的主要方向，并给出了几点建议。
关键词：生物脱氮；一氧化二氮；影响因素；污水处理中图分类号：X 703.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）12–4020–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.040Progress on mechanisms and influence factors of N 2O production inmicrobial nitrogen removal process from wastewaterCHEN Hu ，WANG Ying ，LÜ Yongkang（Key Laboratory of Coal Science and Technology ，Ministry of Education and Shanxi Province ，Taiyuan University ofTechnology ，Taiyuan 030024，Shanxi ，China ）Abstract ：Nitrous oxide （N 2O ）emitted during biological nitrogen removal process is a potent greenhouse gas and can result in the destruction of the ozone layer. This paper summarizes the mechanisms and influencing factors of N 2O production during wastewater biological nitrogen removal process. Hydroxylamine oxidation and nitrifier denitrification are two main pathways to produce N 2O for nitrification ，and factors such as dissolved oxygen ，ammonium nitrogen and nitrite mainly affect microbial activity or enzyme activity that influences indirectly N 2O emission from nitrification process. Denitrification process is another important source for the production of N 2O ，and the quantity of N 2O emission has a direct connection with nitrous oxide reductase ，whose activities can be affected by factors such as dissolved oxygen ，organic carbon ，and nitrite. New biological nitrogen removal technologies have become potential sources of N 2O ，but further research on mechanisms of N 2O production is needed. Although N 2O emission is closely related to the changes of surrounding environment ，the main cause for N 2O emission is the effect of microbial actions and enzyme activities. The future research on the wastewater biological nitrogen removal process should focus on the control and reduction strategy of N 2O ，and shows some suggestions.Key words ：biological nitrogen removal ；nitrous oxide ；influence factors ；wastewater treatment第一作者：陈虎（1987－），男，博士研究生，主要研究方向是大气污染物及污水治理。
污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略污水短程硝化反硝化和同步硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略引言：近年来，随着全球人口数量的不断增加和城市化进程的加速，污水处理厂的建设和运营成为了保障城市环境卫生的重要组成部分。
然而，污水处理过程中产生的氧化亚氮（N2O）作为一种强效温室气体，严重影响着大气环境质量和气候变化。
污水处理厂中，生物脱氮是一种常见的途径，通过提高污水中硝酸盐的浓度，利用硝化菌和反硝化菌将氮化合物转化为氮气（N2）从而减少有害氮元素的排放。
然而，生物脱氮过程中产生的N2O却会被释放到大气中，成为气候变化的重要驱动因素。
本文将探讨污水处理厂中两种生物脱氮方式（短程硝化反硝化和同步硝化反硝化）中N2O的释放量及控制策略。
一、污水短程硝化反硝化生物脱氮中N2O释放量及控制策略1. N2O的产生机理短程硝化反硝化是指在同一污水处理单元中，通过适当调控氧气和底物质量浓度，使硝化和反硝化反应在同一生物体系中进行。
在短程硝化反硝化过程中，硝酸盐通过硫酸盐处于氧化态和还原态之间的转化，从而先后氧化和反硝化的反应发生在同一个微环境中。
然而，短程硝化反硝化过程中的氧化底物和反硝化底物的不完全利用会导致N2O的产生。
2. N2O的释放量评估目前，常用的评估N2O释放量的方法有：质量平衡法、荧光光谱法和模型模拟法等。
质量平衡法通过测量进入和离开系统的N2O质量，计算N2O的释放量。
荧光光谱法则是通过N2O分子在特定波长下的荧光强度与其浓度之间的关系，来测定N2O的释放量。
模型模拟法则是通过建立硝化反硝化反应的动力学模型，考虑不同因素对N2O释放的影响，来预测N2O的释放量。
3. 控制策略研究控制N2O的释放量是实现生物脱氮效果和环境保护的重要方面。
目前，已有一些控制策略被提出，如调控DO（溶解氧）浓度、限制氧供、减少有机负荷等。
研究表明，通过适当调节DO浓度，可以达到降低N2O释放量的效果。
污水生物脱氮过程中N_2O的产生与相关酶活性研究随着社会经济的迅速发展,水环境中氮污染问题日益严重。
生物脱氮技术因具有经济、适应范围广等优点,成为废水脱氮的首要选择。
生物脱氮对削减污水中的氮排放发挥了无可替代的作用,但同时,污水的生物脱氮过程中会产生大量具有强烈增温效应的N<sub>2</sub>O,对地球环境带来不可忽视的潜在威胁。
因此,如何最大程度的发挥生物脱氮的正面作用、尽可能减少N<sub>2</sub>O的产排,是目前研究的热点和重点。
酶的催化是污水生物处理过程中影响N<sub>2</sub>O产生的关键,其活性决定了N<sub>2</sub>O的产生路径及其释放量。
深入的了解外部环境条件与N<sub>2</sub>O产生酶的活性变化规律,就能够找到减少、进而控制N<sub>2</sub>O产生的办法。
因此,面临日益严峻的温室气体减排压力,深入研究生物脱氮过程中N<sub>2</sub>O的产生机理,并揭示其影响因素及控制策略显得非常有必要。
本论文在缺氧-好氧SBR生物脱氮系统中研究了与N<sub>2</sub>O产生有关的关键酶HAO和NOR的提取方法,并优化了测定酶活性的方法。
在此基础上,研究了不同C/N比和曝气量下,N<sub>2</sub>O的释放和HAO 酶活性的变化。
通过分析阐述了不同环境下HAO、NOR与N<sub>2</sub>O释放之间的关系。
论文主要研究内容及结果如下:1.考察了破壁方法、压力、次数及裂解液用量对活性污泥粗提液中DNA含量的影响,对粗酶提取技术及测定酶活性的方法进行了优化,结果表明:（1）压力破壁比超声破壁效果好,破壁压力、次数及裂解液用量对脱氮活性污泥粗提液中DNA、HAO酶活力及其酶比活力均有极其显著的影响（P<0.01）;（2）为了获得比较高的酶活性,选择使用2 mol/L HCl溶液当作反应终止试剂,受体供体比选用1:1;（3）综合对DNA含量、酶活力及酶比活力的考虑,在110 MPa下,加裂解液5 mL及破壁2次更适合污水生物处理中HAO 的研究,既节省时间,又能较好的保持酶活性;（4）在测定NOR酶还原活性时,加热过的试样酶活性比原试样酶活性要高（P<0.05）。
