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Impact of gas-water ratios on N2O emissions in biological aerated filters and analysis of N2O emissions pathways
氣水比對曝氣生物濾池中N2O排放的影響及N2O排放途徑分析
來源：Science of the Total Environment 723 (2020) 137984
《總體環(huán)境科學(xué)》，第723卷，2020年，文章編號137984
摘要內(nèi)容：
該論文研究了曝氣生物濾池（BAF）中氣水比對N2O排放的影響，并分析了N2O的產(chǎn)生途徑。結(jié)果表明，N2O產(chǎn)量隨氣水比增加而增加，高氣水比促進(jìn)了羥胺氧化過程釋放更多N2O。為提高脫氮性能并減少N2O排放，BAF1和BAF2的最佳氣水比分別為5:1和1.5:1。BAF1中N2O主要來自氨氧化細(xì)菌（AOB）反硝化和羥胺氧化，而異養(yǎng)反硝化有助于減少N2O排放；BAF2中N2O87.8%來自AOB反硝化，12.2%來自羥胺氧化。增強(qiáng)異養(yǎng)反硝化和厭氧氨氧化（Anammox）活性可減少BAF中N2O釋放。
研究目的：
1. 揭示氣水比對BAF中N2O排放的影響
2. 分析不同BAF中N2O的產(chǎn)生途徑
3. 確定改善脫氮性能和減少N2O排放的最佳氣水比
研究思路：
1. 建立兩個(gè)串聯(lián)的BAF反應(yīng)器（BAF1和BAF2），分別處理含碳和不含碳的污水
2. 控制不同氣水比（BAF1:10:1,5:1,2.5:1；BAF2:5:1,1.5:1）
3. 通過長期運(yùn)行監(jiān)測水質(zhì)指標(biāo)和N2O排放
4. 結(jié)合批次實(shí)驗(yàn)和同位素測量（SP值）分析N2O產(chǎn)生途徑
5. 通過qPCR量化功能基因豐度，驗(yàn)證微生物機(jī)制
測量數(shù)據(jù)及研究意義：
1. 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)（NH4+-N、NO2--N、NO3--N、COD）：用于評估反應(yīng)器脫氮性能和底物變化（來自圖1）
2. 溶解態(tài)和氣態(tài)N2O濃度：用于量化N2O排放量及分布規(guī)律（來自圖2、3）
3. N2O同位素組成（SP值）：用于解析AOB反硝化和羥胺氧化對N2O產(chǎn)生的貢獻(xiàn)比例（來自表1）
4. 功能基因豐度（amoA-AOB、nxrB、nirS、nosZ等）：用于解釋微生物功能活動(dòng)與N2O產(chǎn)生的關(guān)系（來自圖5）
5. 批次實(shí)驗(yàn)中的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)參數(shù)（DO、pH、NO、N2O）：用于揭示N2O產(chǎn)生和消耗的瞬態(tài)規(guī)律（來自圖4、6）
結(jié)論：
1. N2O產(chǎn)生量隨氣水比增加而增加，高氣水比促進(jìn)羥胺氧化過程釋放更多N2O
2. BAF1中N2O來自AOB反硝化、羥胺氧化和異養(yǎng)反硝化，最佳氣水比為5:1
3. BAF2中N2O主要來自AOB反硝化（87.8%）和羥胺氧化（12.2%），最佳氣水比為1.5:1
4. AOB反硝化比異養(yǎng)反硝化產(chǎn)生更多N2O，導(dǎo)致BAF2在相同氣水比下排放更高
5. 增強(qiáng)異養(yǎng)反硝化和Anammox活性可減少N2O釋放
丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：
使用Unisense的N2O和NO微傳感器能夠高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測溶解態(tài)N2O和NO的濃度變化，避免了傳統(tǒng)氣相色譜法的時(shí)間延遲和取樣誤差。通過實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（如批次實(shí)驗(yàn)中的N2O和NO曲線），可以準(zhǔn)確捕捉N2O產(chǎn)生的瞬態(tài)規(guī)律，識別關(guān)鍵前體物（NO）與N2O的關(guān)聯(lián)性，從而直接驗(yàn)證AOB反硝化和羥胺氧化途徑的貢獻(xiàn)。此外，結(jié)合DO和pH的同步監(jiān)測，能夠解析環(huán)境因子（如溶解氧）對N2O產(chǎn)生途徑的影響機(jī)制，為優(yōu)化工藝參數(shù)提供直接依據(jù)。