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随着社会进步和经济发展,环境污染、温室效应和能源危机等问题已经成为当今社会的热点话题。氧化亚氮(Nitrous Oxide,N2O)是一种性质十分稳定并且具有高制暖势的温室气体,同时也是一种能源物质(可作为高效助燃剂)。污水处理的生物脱氮过程是人类生产活动中N2O排放的重要来源。为了解污水处理中N2O的排放特性及回收利用潜力,本实验采用SBR工艺,在厌氧/好氧运行模式下成功启动短程硝化反硝化反应器,分别从环境保护和能源回收潜力两方面对该系统N2O的产生进行阐述。一方面研究短程硝化过程中N2O的释放规律,通过控制曝气量减少N2O的排放量,减少其对环境的污染;另一方面通过改变SBR运行模式,研究厌氧/好氧/缺氧SBR工艺在缺氧阶段N2O的回收潜力,及碳氮比对N2O转化率的影响。主要得出以下结论:(1)通过控制温度、溶解氧和进水氨氮浓度经28d的培养实现了短程硝化反硝化反应器的启动,亚硝态氮转化率可达95%以上。反应器培养过程中,随着污泥中氨氧化细菌(Ammonia oxidizing bacteria,AOB)大量增殖完成氨氧化所用的曝气时间不断缩短,至短程硝化反硝化的稳定阶段,曝气时间由最初的4h降至2h。(2)不考虑生化反应状况下N2O的释放规律表现为,N2O释放速率与曝气量及溶解态N2O浓度正相关,四种曝气量(20L·h-1、40L·h-1、60L·h-1及80L·h-1)对应的N2O释放系数分别为0.0015s-1、0.0024s-1、0.0035s-1和0.0043s-1。(3)采用启动成功的短程硝化SBR,分别研究曝气量为20L·h-1、40L·h-1、60L·h-1及80L·h-1工况下,短程硝化过程中N2O的逸出规律及N2O总产量。研究结果表明:随着曝气量的增大,短程硝化反应时间明显缩短,亚硝化率逐步降低(分别为99.6%、94.9%、92.2%、85.5%);不同曝气量下亚硝化过程中溶解态N2O浓度均呈先增加后减少的变化趋势;溶解态N2O最大值及N2O总产量(21.3mg·L-1、9.4mg·L-1、6.8mg·L-1和3.7mg·L-1)随着曝气量的增大而明显减小。低曝气量(20L·h-1)下的N2O产量远高于高曝气量(80L·h-1)下的产量,中等强度曝气量(40L·h-1、60L·h-1)下,亚硝化过程既可维持较高的亚硝化率,又可有效减少N2O总产量。(4)通过在亚硝化过程不同运行时期停止曝气的试验发现,在低溶解氧下的亚硝化过程中微生物利用胞内有机碳(PHB)进行的异养反硝化作用对反应全程N2O的产生起着重要作用。在厌氧-好氧-缺氧SBR反应器中,缺氧阶段产生的N2O总量远高于亚硝化阶段产生的N2O总量。以PHB作为电子供体的异养反硝化作用可以在减少污水中亚硝酸盐含量的同时,实现N2O的转化。在缺氧阶段N2O转化率可达77%。通过研究不同碳氮比对SBR缺氧阶段N2O产量的影响,表明在厌氧-好氧-缺氧SBR中,需要控制进水碳氮比在2.2以上可使缺氧阶段亚硝态氮充分还原为N2O。实验证明厌氧-好氧-缺氧SBR具有在处理污水的同时回收N2O的潜力。