N和O双同位素技术解析厌氧氨氧化分馏效应的研究进展

陈翠忠，孙志华，王健康，额热艾汗，李俊峰，吴心蓉，刘生宝，杜可清

(石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832000)

近年来随着污水处理技术的不断发展，新型生物脱氮技术——厌氧氨氧化将很好地克服传统脱氮过程中曝气能耗高、有机碳源不足、产生温室气体及污泥产量高等缺点[1-2]，同时能够实现污水厂能源中和甚至能量回收[3]。Strous等[4]通过化学计量和物料衡算推导出厌氧氨氧化反应方程式为：

+2.03H2O (1)

现阶段厌氧氨氧化菌的发现呈现多样化，菌种之间也存在差异性，菌种间的N和O迁移转化过程由于功能微生物的作用，产生的分馏效应也会呈现明显的不同，定性定量问题成为关键，针对于低含量的海洋氮素及地下水氮素已经不再制约质谱仪测定，而对于实际脱氮系统来说相对还较少，了解新型工艺的同位素特性可以揭示反应机理、诠释反应体系，为长期稳定运行提供可行性分析。

1 同位素转化及分析

1.1 溶解态三氮转化法

同位素质谱仪只能接受N2O、N2及CO2等简单气体进行测定，因此在进行同位素测定前均需要将溶解态物质转化为气态物质，以此来满足测定的要求。

表1 氮素转化方法对比Table 1 The comparison of nitrogen transformation methods

图1 氨氮转化过程Fig.1 The process of ammonia nitrogen conversion

图2 细菌反硝化测定同位素比值Fig.2 The isotope ratio of denitrification by bacteria

这种方法在测定过程中同时可以实现氮和氧双同位素的检测，通过动力学模型分析即可实现数据的准确分析。通过标准品校正可以了解到同位素分馏、同位素交换校正，标准品校正过程中发现，测定结合和给定值吻合度很好，可以作为转化的方法进行数据分析。……