污水处理过程N₂O排放:过程机制与控制策略

来源：环境科学杂志2023年第1期北京时间：

作者：郝晓地,杨振理,于文波,刘然彬

单位：北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室, 中-荷未来污水处理技术研发中心, 北京 100044,北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室, 中-荷未来污水处理技术研发中心, 北京 100044,北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室, 中-荷未来污水处理技术研发中心, 北京 100044,北京建筑大学城市雨水系统与水环境省部共建教育部重点实验室, 中-荷未来污水处理技术研发中心, 北京 100044

摘要：污水处理生物脱氮过程中氧化亚氮（N₂O）作为直接碳排放源，其大气升温效应较CO₂高出265倍.因此，国际上对N₂O排放机制与控制策略的研究层出不穷.N₂O产生源于硝化与反硝化过程，主要涉及亚硝化（AOB）及其同步反硝化、常规异养反硝化（HDN）、同步异养硝化-好氧反硝化（HN-AD）和全程氨氧化（COMAMMOX）等生物途径，以及硝化过程中间产物NH₂ OH与NOH之非生物化学途径.常规硝化与反硝化（AOB+HDN）途径在正常运行工况下N₂O排放量并不是很大，约只占进水TN负荷的1.3%；即使是HN-AD与COMAMMOX代谢过程，两者N₂O产生量也不足TN负荷的0.5%.不可忽视的是AOB亚硝化及其同步反硝化，它们已被确认为是污水处理生物脱氮过程中N₂O排放的首要途径；AOB过程中间产物（NH₂ OH与NOH）非生物化学过程以及AOB反硝化生物过程（主途径）共同导致的N₂O排放量可高达TN负荷的13.3%，主要是因为硝化过程溶解氧（DO）受限引起NO₂-积累所诱发的AOB反硝化过程.需要特别注意的是，污水处理过程进水碳源不足而导致的HDN反硝化进行不完全情形，这会让NO₃-反硝化止步于N₂O，致N₂O积累，其释放量可高达TN负荷的30%.此外，污泥絮凝体内部同步硝化/反硝化（SND）现象也是N₂O不容忽视的产生源，其释放量可高达TN负荷的7.7%，产生根源实际上是AOB反硝化.污水处理生物脱氮过程中为防止N₂O产生，应着力促进HDN反硝化进行完全和避免AOB反硝化过程.为此，运行过程中应控制曝气池中DO处于正常水平（~2 mg ·L-1），并尽可能延长污泥龄（SRT→20 d），以避免AOB亚硝化积累NO₂-并诱发AOB反硝化出现；同时，应及时补充进水碳源，以促进HDN反硝化进行完全至终点——N₂.综述总结生物脱氮过程中涉及N₂O产生的所有机制，并根据过程机制讨论对其运行控制的策略.

关键词：生物脱氮,碳排放,氧化亚氮(N2O),硝化/反硝化,AOB同步亚硝化及其反硝化,同步硝化/反硝化(SND),