Improving nutrients removal of Anaerobic-Anoxic-Oxic process via inhibiting partial anaerobic mixture with nitrite in side-stream tanks: Role of nitric oxide  

通過旁流池中亞硝酸鹽抑制部分厭氧混合液提升厭氧-缺氧-好氧工藝營養物去除：一氧化氮的作用  

來源：Bioresource Technology, Volume 382, 2023, Article 129207  

《生物資源技術》，第382卷，2023年，文章編號129207  

 

摘要內容  

摘要研究通過旁流亞硝酸鹽增強策略提升A2/O工藝脫氮除磷效率。在A2/O工藝厭氧段后設置旁流池，將部分混合液（流量5%進水）與亞硝酸鹽（初始NO??-N=10或20mg/L）反應3小時。當旁流池初始NO??-N=20mg/L時，系統總氮(TN)和總磷(TP)去除率從72%和48%提升至90%和89%。旁流池中檢測到2.23mg/L一氧化氮(NO)，導致亞硝酸鹽氧化菌(NOB)Nitrospira豐度從6.13%降至1.13%，氨氧化菌(AOB)Nitrosomonas豐度從0.98%升至2.04%；反硝化聚磷菌(DPAOs)Pseudomonas和Acinetobacter豐度從0.81%/0.74%增至6.69%/5.48%。NO是旁流亞硝酸鹽策略提升A2/O工藝性能的關鍵因子。  

 

研究目的  

解決傳統A2/O工藝在低碳源條件下脫氮除磷效率低的問題，探究旁流亞硝酸鹽策略對連續流系統的強化機制，重點闡明NO在抑制NOB和優化微生物群落中的作用。  

 

研究思路  

系統構建：在A2/O工藝厭氧段后增設旁流池（1.5L），分流5%厭氧混合液，添加NO??-N（10或20mg/L）反應3小時后返回缺氧段（圖1）。  

 

 

對比實驗：  

 

工藝A：旁流池添加10mg NO??-N/L（階段II:22-36天）  

 

工藝B：旁流池添加20mg NO??-N/L（階段II:22-36天；階段IV:52-66天），中間停運驗證可逆性（階段III:37-51天）  

監測指標：進出水NH??-N、NO??-N、NO??-N、PO?3?-P；旁流池動態監測NO、FNA（圖4）；微生物群落分析（圖5）  

 

 

機制解析：通過NO實時監測與微生物群落關聯，揭示NO介導的NOB抑制與DPAOs富集機制。  

 

測量數據及其研究意義  

水質指標（圖2-3）  

 

 

 

數據：工藝B階段II出水NO??-N=4.28±0.38mg/L（對照13.79±0.81mg/L），PO?3?-P=0.54±0.15mg/L（對照2.59±0.22mg/L）  

 

意義：20mg/L NO??-N使TN/TP去除率提升至90%/89%，亞硝酸鹽積累率(NAR)達55%，證實旁流策略顯著提升連續流系統性能  

旁流池動態參數（圖4）  

 

數據：20mg/L NO??-N組NO峰值2.23mg/L（10mg/L組僅0.03mg/L），FNA濃度0.02-0.05mg/L  

 

意義：高NO??-N誘導產生高濃度NO，其抑制效應強于FNA，是NOB抑制主因  

微生物群落（圖5）  

 

數據：NOB(Nitrospira)豐度從6.13%降至1.13%，DPAOs(Pseudomonas/Acinetobacter)豐度從0.81%/0.74%增至6.69%/5.48%  

 

意義：NO選擇性抑制NOB并富集DPAOs，優化脫氮除磷微生物結構  

 

丹麥Unisense電極數據的意義  

Unisense NO-500微電極（分辨率10秒）實現：  

高精度動態監測：實時捕捉旁流池NO生成動態（圖4），揭示20mg/L NO??-N下NO峰值達2.23mg/L（10mg/L組僅0.03mg/L），明確劑量效應閾值  

 

機制解析關鍵證據：NO濃度與NOB抑制（Nitrospira豐度降5%）、DPAOs富集顯著相關，證實NO而非FNA是核心抑制因子  

 

工藝優化依據：NO持續產生時間（>60分鐘）指導旁流池最佳水力停留時間（3小時）設計，避免NO過量累積的毒性風險  

 

結論  

旁流亞硝酸鹽策略顯著提升A2/O性能：20mg/L NO??-N使TN/TP去除率達90%/89%，NAR提升至55%  

 

NO是核心作用因子：高濃度NO（2.23mg/L）選擇性抑制NOB（豐度降5%），促進DPAOs增殖（豐度增6倍）  

 

效果可逆：停用旁流池后性能下降（TN去除率84%→90%），重啟后恢復  

 

工程應用：策略適用于連續流系統，為低碳源污水處理提供新方向