[发明专利]一种分析单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放速率的方法

说明书

本发明公开了一种分析单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放速率的方法，1)将待测单级生物脱氮系统的污泥或生物膜加入反应容器，同时加入待测系统污水，并运行1～2h；2)向反应容器中加入¹⁵N标记亚硝酸盐溶液，搅拌混匀；3)取反应容器内水样和气样，检测水样亚硝酸盐¹⁵N原子丰度和气样氧化亚氮¹⁵N原子丰度，分析单级生物脱氮系统氧化亚氮排放速率；通过下式计算单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放速率：本发明借助稳定同位素示踪技术，通过投加少量¹⁵N标记亚硝酸盐溶液，可定量分析单级生物脱氮系统工况运行条件下各途径氧化亚氮排放量，准确度高。

技术领域

本发明属于污水处理技术与环境保护技术领域，具体涉及一种分析单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放量的方法。

背景技术

单级生物脱氮是指在同一反应器内实现氨氮全部转化为氮气的生物脱氮技术。与传统生物脱氮相比，单级生物脱氮具有能量消耗低、操作流程简单、占地面积小等优势。单级生物脱氮主要通过同步硝化反硝化、短程硝化反硝化或亚硝化-厌氧氨氧化等途径实现脱氮目的。需要指出的是，单级自养脱氮工艺作为一种不依赖进水COD的单级生物脱氮系统，亚硝化-厌氧氨氧化为主要的脱氮途径，同时存有少量异养反硝化细菌，这类微生物能够利用自养菌产生的溶解性微生物产物进行反硝化。此外，近年来的研究表明氨氧化菌在限氧条件下也能够进行反硝化实现脱氮。

氧化亚氮是污水生物脱氮处理的一种副产物，能够引起温室效应同时破坏大气臭氧层，对大气环境危害较大。因此，生物脱氮过程氧化亚氮排放途径的研究，可为氧化亚氮的减排提供理论基础，对大气环境污染治理具有一定的指导意义。目前主流观点认为，生物脱氮过程氧化亚氮产生的生物途径可分为硝化与反硝化两个过程(图1)。硝化过程氧化亚氮排放主要来自于氨氧化产物—羟胺的进一步氧化过程；在反硝化过程中，氧化亚氮作为一种中间产物，主要来自于异养反硝化菌或氨氧化菌对亚硝酸盐的还原过程。

由于单级生物脱氮系统中氮的所有转化过程是在同一个时空下进行，硝化与反硝化两个氧化亚氮产生途径共存，因此常规分析方法难以对氧化亚氮排放途径进行定量分析。目前，一般采用化学抑制剂法区分各途径氧化亚氮排放速率，但这类传统方法本质上是通过抑制其中一条途径而针对另一条途径进行的单一途径分析。而在多个氧化亚氮产生途径共存的单级生物脱氮系统中，该方法无法反映系统运行中氧化亚氮产生的真实状态，由此可能影响最终分析结果的准确性。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提出一种分析单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放量的方法。本发明实现了多种氧化亚氮产生途径共存的单级生物脱氮系统中氧化亚氮排放来源的定量分析。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种分析单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放速率的方法，包括如下步骤：

1)将待测单级生物脱氮系统的污泥或生物膜加入反应容器，同时加入待测系统污水，并按照单级生物脱氮工艺调控运行1～2h；

2)向步骤1)反应容器中加入¹⁵N标记亚硝酸盐溶液，搅拌混匀后开始计时；

3)在任意时刻取步骤2)反应容器内水样和气样，利用气相色谱-比值质谱仪检测水样亚硝酸盐¹⁵N原子丰度和气样氧化亚氮¹⁵N原子丰度，同时利用气相色谱仪分析单级生物脱氮系统氧化亚氮排放速率；

4)通过公式(1)、(2)即可分别计算该时刻单级生物脱氮系统硝化与反硝化过程氧化亚氮排放速率：