为了防止含氮废水直接排入水体导致水体富营养化,世界上大多数国家强制要求废水脱氮,并采用生物脱氮技术去除水体中的氮素。但随着近年来温室效应加剧,极端天气频繁发生,生物脱氮过程中中的温室气体N₂O的减排也表现出了迫切的需求,反硝化过程中产生的N₂O更是不容忽视。本文采用甲醇、乙酸钠两种最常用的反硝化外部碳源,对不同条件下N₂O还原酶活性、反硝化过程中氮素转移特性、N₂O积累特性及N₂O产生机理展开了研究,旨在探究降低反硝化过程N₂O的积累与释放,达到对污水处理厂N₂O减排的目的。本文首先采用SBR反应器成功富集了以甲醇、乙酸钠为碳源的反硝化污泥,反应器稳定运行120 d后,利用成功富集的反硝化污泥,从温度、pH、搅拌速率、盐度、Fe³⁺等对其N₂O还原酶影响因素展开了研究,发现N₂O还原酶在35℃、400 rpm、盐度0%、Fe³⁺=0 mg/L时具有最佳活性。甲醇、乙酸钠反硝化污泥N₂O还原酶分别在pH=8、pH=9时有最高N₂O还原速率,且以乙酸钠为碳源的反硝化污泥N₂O还原酶活性比甲醇反硝化污泥高50%以上。在探究碳氮比对反硝化过程影响的典型周期实验中发现,以乙酸钠为外加碳源的反硝化污泥在碳源不足时,极易造成极高的N₂O积累,且同等情况下N₂O的积累量是甲醇反硝化体系的10倍以上。C/N比为1时乙酸钠反硝化污泥的N₂O积累量最高可达14580.4μg/L,即时转化率高达26.7%,而甲醇仅为483.1μg/L,转化率不足1%。对于甲醇反硝化污泥当C/N>3时,即可实现进水氮素的完全去除,且N₂O积累量低于60μg/L,释放进入环境的N₂O不足20 ppm,故甲醇反硝化体系的适宜碳氮比为3:1。对于乙酸钠反硝化污泥,C/N<4时,体系均出现了200μg/L以上的N₂O积累,故其最佳C/N在5:1以上。进水氮源中NO₂^--N浓度对N₂O积累量有直观影响。无论是甲醇、还是乙酸钠反硝化污泥NO₂^--N>50 mg/L时,体系中N₂O还原酶受到明显抑制,且当NO₂^--N进一步增加,反硝化进程将明显延迟。甲醇、乙酸钠反硝化体系中NO₂^--N为100 mg/L时,体系中氮素去除率分别为40.9%、39.6%,N₂O最大积累量为15490.6、24590.6μg/L,瞬时转化率高达27.6%、77.6%。但进水NO₂^--N<25 mg/L,可使反应进程提高20%以上,且不会引起N₂O大量积累。Fe³⁺对甲醇、乙酸钠反硝化体系的影响保持一致。当Fe³⁺浓度在10⁷5mg/L时,反硝化体系中硝酸盐、亚硝酸盐、氧化亚氮还原酶活性均会随着Fe³⁺的增加而减弱,使体系中N₂O积累量增大。Fe³⁺浓度为0 mg/L时,乙酸钠反硝化体系NO₂^--N最大积累量为37.4 mg/L,体系中N₂O最大积累量高达4612.5μg/L。Fe³⁺浓度>25 mg/L时;Fe³⁺浓度为75 mg/L时,反硝化体系N₂O积累量为9670.6μg/L。碳源充足时,反硝化各种还原酶间均存在电子竞争,利用外碳源时,甲醇反硝化污泥各还原酶电子消耗能力表现为Nos>Nir>Nos,故不易造成N₂O、NO₂^--N的积累;而对于乙酸钠反硝化污泥中各还原酶表现为Nar>Nir>Nos,故反硝化体系易造成亚硝酸盐大量积累。反应器运行稳定后,甲醇体系中优势属为Methylotenera和Hyphomicrobium,其中Hyphomicrobium为典型真正反硝化菌,因此甲醇反硝化体系不易造成NO₂^--N、N₂O的积累;乙酸钠体系中优势属为Thauera菌属,90 d时相对丰度达到69.02%,Thauera是一种不完全反硝化菌属,其各种还原酶之间存在较大的差异,因此易造成反硝化体系NO₂^--N、N₂O的积累。