Long-term addition of micro-amounts of hydrazine enhances nitrogen removal and reduces NO and NO3- production in a SBR performing Anammox

長(zhǎng)期微量添加肼可強(qiáng)化厭氧氨氧化序批式反應(yīng)器的脫氮效能并減少一氧化氮與硝酸鹽的生成

來(lái)源：Journal of Chemical Technology and Biotechnology, Volume 91, Issue 2, 2016, Pages 514-521

《化學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)雜志》，第91卷，第2期，2016年，第514-521頁(yè)

 

摘要

摘要部分闡述了本研究調(diào)查了長(zhǎng)期微量添加肼（N2H4）對(duì)厭氧氨氧化（Anammox）過(guò)程的影響。結(jié)果表明，在序批式反應(yīng)器（SBR）中長(zhǎng)期微量添加N2H4可使Anammox過(guò)程穩(wěn)定運(yùn)行，氮去除率和效率高于未添加N2H4的SBR。NO3-產(chǎn)生與NH4+去除的摩爾比（MRNN）降至0.12，顯著低于Anammox的預(yù)期化學(xué)計(jì)量比，NO排放減少超過(guò)15%。微量N2H4添加可減弱NO2-對(duì)厭氧氨氧化細(xì)菌（AnAOB）活性的抑制。結(jié)論是，添加的N2H4被AnAOB氧化釋放的電子補(bǔ)充了代謝中間體擴(kuò)散導(dǎo)致的電子損失，增強(qiáng)了AnAOB活性，加速了NO消耗，從而減少NO排放，同時(shí)部分替代了NO2-氧化為NO3-的過(guò)程，減少了NO3-產(chǎn)生。

 

研究目的

研究目的是探究長(zhǎng)期微量添加N2H4對(duì)Anammox過(guò)程的影響，重點(diǎn)關(guān)注其對(duì)氮去除效率、NO和NO3-產(chǎn)生的調(diào)控作用，以解決Anammox過(guò)程中中間體損失和有害氣體排放的問(wèn)題，優(yōu)化生物脫氮工藝。

 

研究思路

研究思路包括使用兩個(gè)SBR反應(yīng)器（SBR1和SBR2）進(jìn)行長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)，SBR1添加微量N2H4，SBR2作為對(duì)照未添加。通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行監(jiān)測(cè)氮轉(zhuǎn)化指標(biāo)，并設(shè)計(jì)六組批次測(cè)試，研究不同N2H4濃度下Anammox的特性，包括氮去除率、NO和NO3-產(chǎn)生。使用丹麥Unisense微電極測(cè)量NO在污泥和液體中的濃度分布，以分析N2H4添加對(duì)NO排放的影響機(jī)制。實(shí)驗(yàn)還涉及對(duì)污泥暴露于高濃度NO2-后的活性測(cè)試，以評(píng)估N2H4的抑制減弱效應(yīng)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測(cè)量了NH4+、NO2-、NO3-、N2H4的濃度變化以及氮去除率、MRNN（NO3-產(chǎn)生與NH4+去除的摩爾比）等指標(biāo)。這些數(shù)據(jù)來(lái)自文檔中的圖1、圖2、圖3、圖4和表1。例如，圖1顯示了SBR1長(zhǎng)期運(yùn)行中氮去除性能的變化；圖2和表1展示了批次測(cè)試中不同N2H4濃度下的氮去除率和MRNN。

研究意義在于這些數(shù)據(jù)用于驗(yàn)證N2H4添加對(duì)Anammox的增強(qiáng)效果，顯示微量N2H4可提高氮去除效率并減少副產(chǎn)物，為優(yōu)化Anammox工藝提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。數(shù)據(jù)表明N2H4添加降低了MRNN，減少了NO3-積累，有助于提高脫氮效率并減少環(huán)境負(fù)擔(dān)。

 

 

 

 

 

2 測(cè)量了NO在污泥顆粒和液體中的濃度分布，使用丹麥Unisense微電極進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)主要來(lái)自圖5、圖6和圖7，顯示了NO在不同N2H4濃度下的空間分布和總量變化。

研究意義在于Unisense電極的高分辨率測(cè)量揭示了NO在Anammox過(guò)程中的產(chǎn)生和擴(kuò)散規(guī)律，幫助理解N2H4如何通過(guò)加速NO消耗減少排放。這些數(shù)據(jù)證實(shí)N2H4添加可降低NO濃度，減弱其毒性效應(yīng)，為控制溫室氣體排放提供了機(jī)制層面的見(jiàn)解。

 

 

 

3 測(cè)量了污泥的微生物活性和中間體動(dòng)態(tài)，如N2H4的降解情況（圖4）和暴露于NO2-后的變化。

研究意義在于闡明N2H4添加對(duì)AnAOB活性的保護(hù)作用，數(shù)據(jù)表明N2H4可抵消高濃度NO2-的抑制，促進(jìn)代謝中間體的利用，為Anammox系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供理論支持。

 

結(jié)論

1 長(zhǎng)期微量添加N2H4可使Anammox SBR穩(wěn)定運(yùn)行，氮去除率和效率顯著提高，MRNN降至0.12，低于預(yù)期值。

2 N2H4添加減弱了NO2-對(duì)AnAOB活性的抑制，通過(guò)氧化釋放的電子補(bǔ)充代謝損失，加速NO消耗，減少NO排放。

3 N2H4部分替代了NO2-氧化為NO3-的途徑，從而顯著降低NO3-產(chǎn)生，優(yōu)化了氮去除過(guò)程。

4 研究證實(shí)微量N2H4添加是一種有效的Anammox增強(qiáng)策略，有助于減少有害副產(chǎn)物，提升工藝可持續(xù)性。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測(cè)量NO數(shù)據(jù)的研究意義在于實(shí)現(xiàn)了對(duì)Anammox過(guò)程中NO濃度的高精度空間解析，從而深入揭示了N2H4添加對(duì)NO動(dòng)態(tài)的影響機(jī)制。電極測(cè)量顯示，NO濃度在污泥顆粒內(nèi)部最高（圖5），并隨N2H4添加而降低（圖6），這表明N2H4通過(guò)促進(jìn)AnAOB代謝加速了NO的消耗，減少了其擴(kuò)散損失。這些數(shù)據(jù)直接驗(yàn)證了N2H4添加可降低NO排放超過(guò)15%，為理解Anammox電子流和中間體調(diào)控提供了關(guān)鍵證據(jù)。此外，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)幫助識(shí)別了NO在反應(yīng)器中的分布模式，如向上遷移趨勢(shì)（圖5），為優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作條件以最小化氣體排放提供了實(shí)踐指導(dǎo)。Unisense電極的應(yīng)用增強(qiáng)了研究的可靠性，使模型驗(yàn)證和工藝優(yōu)化更具科學(xué)性。