摘要：【目的】 氧化亚氮(N2O)是强温室气体,其排放占污水处理系统碳足迹的80%以上,精准解析其生成机制是优化污水处理工艺与降低碳排放的关键。 【方法】 基于微电极技术,系统综述N2O 在污泥聚集体内的原位监测方法,并结合扩散-反应耦合模型,量化溶解氧梯度对N2O 生成的调控作用。 研究涵盖传统硝化-反硝化工艺与新型短程脱氮工艺(如厌氧氨氧化)的应用场景。 【结果】 在传统硝化-反硝化体系中,污泥聚集体内N2O 释放呈现显著空间异质性。 好氧区N2O 排放因子达2.1%,其中53.6%由曝气吹脱贡献;反硝化过程中,低碳氮比(C/N＜3)和低pH 值(＜6.5)分别通过电子供体竞争与N2O 还原酶(NOS)抑制使N2O 产率提升至基准值的2.7 倍和65.0%。 在厌氧氨氧化颗粒中,N2O 生成热点(600～1 300 μm)与厌氧氨氧化菌活性关联性较低,氨氧化菌反硝化路径贡献率达68%±5%。 基于扩散-反应模型优化氧传质[如膜曝气生物膜反应器(MABR)]可将N2O 排放因子降至0.005 8%。 【结论】 微电极技术揭示了N2O 生成的微尺度机制,但需进一步开发多参数微电极阵列,耦合微生物组学与计算流体动力学(CFD)模拟技术,实现“传质-反应-菌群”跨尺度解析,以推动污水处理工艺的低碳化与精准调控升级。

关键词：微电极,氧化亚氮(N2O),生物脱氮,原位生物活性,扩散传质

基金资助：陕西省重点产业链项目(2022ZDLSF06-05)

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