Effects of influent COD/N ratios on nitrous oxide emission in a sequencing biofilm batch reactor for simultaneous nitrogen and phosphorus removal

進水COD/N比對序批式生物膜反應器中同步脫氮除磷時氧化亞氮排放的影響

來源：SCIENTIFIC REPORTS, Volume 7, Article number 7417, 2017

《科學報告》，第7卷，文章編號7417，2017年

 

摘要

這篇論文研究了進水COD/N比（從1到4）對厭氧/好氧/缺氧序批式生物膜反應器（A/O/A SBBR）中N2O排放特性的影響。摘要指出，C/N比影響厭氧期后聚羥基丁酸酯（PHB）和殘留有機物的量，導致好氧期最大N2O排放發生在C/N=2時。此外，在缺氧PHB驅動反硝化期，溶解N2O濃度快速下降表明亞硝酸鹽對N2O還原的抑制閾值隨C/N比增加而升高，高C/N比可降低這種抑制。最終，高C/N比提供更多PHB和殘留有機物用于反硝化，導致總N2O排放減少。

 

研究目的

研究目的是探討進水COD/N比如何影響A/O/A SBBR系統中N2O的排放，以優化同步脫氮除磷過程，減少溫室氣體N2O的生成，從而提高廢水處理的環境效益。

 

研究思路

研究思路首先在A/O/A SBBR系統中操作不同C/N比（1、2、3、4）的實驗，通過在線監測和采樣分析各種參數。使用丹麥Unisense N2O微電極測量溶解N2O濃度，結合化學分析測量氮、磷、COD、PHB等指標。然后分析N2O排放路徑、微生物代謝過程，并與模型推斷結合，以理解C/N比影響N2O排放的機制。

 

測量的數據及研究意義

1 N2O轉換率、總氮去除效率和磷去除效率等數據，來自Table 1。研究意義是揭示C/N比對N2O生成和污染物去除的綜合影響，顯示高C/N比（如4）可顯著降低N2O排放（轉換率僅7.28%），同時提高脫氮效率（98.30%），但磷去除效率不穩定，為優化C/N比提供依據。

 

2 N2O在厭氧、好氧和缺氧期的產量數據，來自Table 2。研究意義是量化不同階段N2O貢獻，表明好氧期是主要排放源（如C/N=2時10.65mg/L），且C/N=2時總排放最高（16.71mg/L），幫助識別關鍵控制環節。

 

3 COD消耗和PHB含量變化數據，來自Figure 2。研究意義是證明C/N比影響碳源存儲和利用，高C/N比（如4）增加PHB積累（38.10mg/g），促進反硝化，減少N2O排放，闡明碳可用性與微生物活性的關系。

 

 

4 亞硝酸鹽和溶解N2O濃度曲線數據，來自Figure 3。研究意義是顯示C/N比影響亞硝酸鹽積累和N2O還原抑制點，如C/N=3時抑制閾值升高（10.92mg/L NO2--N），表明高C/N比緩解抑制，降低N2O積累。

 

 

結論

進水C/N比顯著影響A/O/A SBBR中N2O排放，C/N=4時N2O排放最低（轉換率7.28%）。高C/N比增加PHB合成和殘留有機物，降低亞硝酸鹽對N2O還原的抑制，從而減少總N2O排放。同時，高C/N比提高脫氮效率，但磷去除需進一步優化。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense N2O微電極測量溶解N2O數據的研究意義在于實現了高時空分辨率的原位監測，能夠精確捕捉N2O動態變化。微電極系統（如Unisense型號）具有快速響應和小尖端（10μm），可直接測量生物膜內部微環境的N2O濃度，避免了傳統采樣破壞性。數據揭示了N2O在好氧期和缺氧期的實時排放曲線，例如在Figure 3中顯示N2O濃度快速下降點，幫助識別亞硝酸鹽抑制閾值。這有助于量化N2O生成路徑（如AOB反硝化或異養反硝化），為優化C/N比和控制操作條件（如曝氣）提供實證基礎，最終減少溫室氣體排放，提升廢水處理可持續性。