污水生物脱氮过程中N2O的产生机理及逸控措施研究.ppt

* Company Logo LOGO 污水生物脱氮过程中N2O的产生机理及逸控措施研究 2 污水生物脱氮N2O的产生机理 2 影响N2O释放的因素 3 N2O的逸控措施 4 结论与展望 5 目 录 研究背景及意义 1 3 一、研究背景及意义 目前大气中三种主要温室气体是CO2、CH4、N2O。其中，N2O 是一种痕量气体，其在大气中的浓度约为3.14×10－7，且正以每年0.25%的速度递增。 N2O 的全球温室效应约为CO2的298 倍，且可以在大气中稳定存在114 年，有研究表明N2O 对全球温室效应的贡献已经占到6%。另外，N2O 还可引起臭氧层的破坏并促进酸雨效应。 联合国环境规划署和世界气象组织共同设立的“政府间气候变化委员会”（IPCC）已将N2O 列为影响自然生态系统、威胁人类生存基础的重大问题。 1.1 N2O的含量及危害 4 一、研究背景及意义 1.2 N2O的产生源 目前关于N2O 源与汇的研究尚未平衡，约有40%的源还不清楚。但近年来的研究均表明，污水处理过程是N2O的一个重要人为源，且其释放量有日益增高的趋势。 Czepiel 等对美国新罕布什尔州Durham污水处理厂的研究发现，该污水处理厂N2O 的年释放总量为1.1×1010 t/a， 该区N2O 的人均释放系数约为3.2 g/（人·a）。 Kampschreur 等总结前人的相关结果得到：在实验室规模的污水脱氮过程中可能有0~90%的氮转化为N2O释放；在实际规模的污水脱氮过程中可能有0~14.6%的氮转化为N2O 释放。 随着全球气候的日益变暖，降低温室气体的排放变得必要而紧迫，污水处理过程中N2O的释放问题已不容忽视。目前，发达国家已经对污水处理过程中N2O 的产生和减量化开展了广泛的研究，而我国在此方面的研究几乎还是空白，因此深入了解N2O 的产生机理、影响因素和减量化策略有积极的意义。 5 一、研究背景及意义 1.3 研究N2O的意义 污水生物脱氮的基本原理是在硝化菌及反硝化菌的作用下，将污水中的含氮化合物转化为气态氮化物的过程。它通常包括硝化过程和反硝化过程，而这两个过程都可能诱发N2O 的释放（图1）。 6 二、污水生物脱氮N20的产生机理 7 二、污水生物脱氮N20的产生机理 2.1 硝化过程 硝化作用是一个序列反应，可分为两个过程： 1.先由氨氧化细菌（AOB）将氨氮转化为亚硝 酸盐，催化此过程的酶有2 种：氨单加氧酶（AMO）和羟胺氧化还原酶（HAO）。羟胺氧化成亚硝酸盐被认为是一个分两步进行的反应，中间产物可能是与酶结合的硝酰基（NOH）。 2.再由亚硝酸盐氧化菌（NOB）将亚硝酸盐氮转化为硝酸盐氮，催化此过程的酶为亚硝酸盐氧化还原酶（NOR）。 8 二、污水生物脱氮N20的产生机理 2.1 硝化过程 硝化过程中产生N2O 的途径主要有两种： 1. 氨氧化细菌在将NH4+-N氧化为NO2--N 的同时，为避免NO2--N在细胞内的积累， 可在胞内诱发产生异构亚硝酸盐还原酶，利用NO2--N作为电子受体产生N2O。但是这一过程只有在NO2--N 浓度很高时（1 mmol/L）才可能发生，在实际污水处理过程中很少出现。 2. 一些好氧硝化菌（如AOB）在低溶解氧条件下可以进行反硝化反应，从而产生N2O。 3.另外，目前已有学者发现了异养硝化菌的存在，异养硝化过程也可产生N2O。 9 二、污水生物脱氮N20的产生机理 2.2 反硝化过程 在分子生物学及细胞生物学的研究中，已经确定反硝化过程按照4 个阶段进行，通常终产物为N2O 和N2。 催化反硝化过程的酶有4 种：硝酸盐还原酶（Nar）、亚硝酸盐还原酶（Nir）、一氧化氮还原酶（Nor）和氧化亚氮还原酶（Nos ）。 10 二、污水生物脱氮N20的产生机理 2.2 反硝化过程 反硝化过程中N2O 的产生主要有两种可能： 1.反硝化细菌发生Nos 活性丧失，使得在第3 个阶段所产生的N2O 不能够进一步被还原，导致N2O 累积，从水体中释放。污水处理系统中影响Nos 活性的因素较多，如DO、金属离子的浓度（Cu、Ni 等）、H2S 等，这些物质的存在均可影响到N2O 的产生与释放； 2.部分反硝化细菌不具有Nos 系统，其终产物仅为N2O。常见的为荧光假单胞菌等。 3.另外，考虑到硝化过程和反硝化过程存在共同的中间产物NO2--N， 在有些情况下可以发生同时硝化反硝化， 硝化过程中产生的NO2--N 直接被反硝化细菌还原，这一现象在污泥絮体中经常出现。 11 三、影响N20释放的因素 N