隨著全球氣候變化問(wèn)題加劇，污水生物處理過(guò)程中產(chǎn)生的強(qiáng)溫室氣體氧化亞氮（N?O）逐漸成為環(huán)保領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。作為《京都議定書(shū)》規(guī)定的六種溫室氣體之一，N?O的全球增溫潛勢(shì)是二氧化碳的298倍。如何在保證污水處理效率的同時(shí)減少N?O排放，成為行業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

一、N?O的形成機(jī)制與來(lái)源

污水生物處理中的N?O主要來(lái)源于硝化和反硝化兩個(gè)過(guò)程。硝化階段，氨氧化細(xì)菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）在將氨氮（NH??）氧化為亞硝酸鹽（NO??）和硝酸鹽（NO??）的過(guò)程中，因羥胺（NH?OH）不完全氧化而釋放N?O。值得注意的是，AOB雖具備反硝化能力，但缺乏氧化亞氮還原酶（NOS），導(dǎo)致其反硝化產(chǎn)物僅為N?O，加劇了排放。

反硝化階段是N?O的主要匯，但同時(shí)也是重要來(lái)源。反硝化細(xì)菌通過(guò)硝酸鹽還原酶（NAR）、亞硝酸鹽還原酶（NIR）、一氧化氮還原酶（Nor）和NOS逐步將NO??還原為N?。當(dāng)電子分配失衡或NOS活性不足時(shí)（如紅球菌屬等缺乏NOS的菌種），N?O易積累并釋放。此外，厭氧氨氧化菌（Anammox）和完全氨氧化菌（Comammox）雖以高效脫氮著稱，但其N?O釋放機(jī)制尚未完全明確，需進(jìn)一步研究。

二、影響N?O排放的關(guān)鍵因素

微生物群落結(jié)構(gòu)是決定N?O產(chǎn)量的核心因素。研究表明，具有完整反硝化酶系統(tǒng)的細(xì)菌（如自養(yǎng)反硝化菌）占比越高，N?O釋放量越低。環(huán)境條件同樣顯著影響N?O生成：

碳源類型：乙酸等易代謝碳源會(huì)促進(jìn)N?O產(chǎn)生，而甲醇等則有助于降低排放。

碳氮比（C/N）：低碳氮比導(dǎo)致反硝化碳源不足，N?O積累風(fēng)險(xiǎn)增加。

溶解氧（DO）：低DO促進(jìn)NH?OH不完全氧化，高DO則抑制NOS活性，二者均可能推高N?O濃度。

溫度與pH：高溫加速N?O釋放，而中性至弱堿性環(huán)境（pH 7.5-8.0）更利于NOS發(fā)揮作用。

三、N?O減量工藝優(yōu)化策略

當(dāng)前減量技術(shù)主要從工藝調(diào)控和微生物強(qiáng)化兩方面入手：

工藝參數(shù)優(yōu)化

強(qiáng)化反硝化：延長(zhǎng)缺氧段停留時(shí)間，提高NOS活性，促進(jìn)N?O還原為N?。

溶解氧精準(zhǔn)控制：維持DO在1.6-2.0mg/L范圍，平衡硝化與反硝化需求，減少N?O泄漏。

C/N比調(diào)節(jié)：補(bǔ)充外源碳源（如甲醇），確保反硝化充分進(jìn)行。

微生物群落調(diào)控

富集高效菌種：通過(guò)生物炭或石墨烯載體提升NOS活性，增強(qiáng)N?O消耗能力。

抑制非目標(biāo)菌群：優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)減少AOB等N?O高產(chǎn)菌的優(yōu)勢(shì)地位。

創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

膜生物反應(yīng)器（MBR）：通過(guò)截留大分子有機(jī)物，減少毒性物質(zhì)對(duì)反硝化菌的抑制。

電化學(xué)耦合系統(tǒng)：利用電極調(diào)控微生物電子傳遞路徑，定向促進(jìn)N?O還原。

四、未來(lái)發(fā)展方向

盡管現(xiàn)有技術(shù)已取得一定成效，但N?O減量化仍面臨挑戰(zhàn)。未來(lái)需進(jìn)一步解析微生物代謝網(wǎng)絡(luò)，開(kāi)發(fā)低成本、高選擇性的NOS強(qiáng)化技術(shù)，并探索N?O資源化利用途徑（如轉(zhuǎn)化為工業(yè)原料）。此外，建立全流程監(jiān)測(cè)體系，將N?O排放納入污水處理績(jī)效評(píng)估，將是推動(dòng)行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

綜上，污水生物處理中的N?O減排需多措并舉，通過(guò)工藝創(chuàng)新與微生物調(diào)控協(xié)同發(fā)力，在保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時(shí)助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。