2.3 FNA對NO2-型反硝化及N2O轉化特性的影響

FNA對C、N轉化及N2O釋放速率的影響如圖4所示?？芍?，隨著(zhù)FNA濃度的升高，COD和NO2-濃度均隨反應時(shí)間呈下降趨勢，但NO2-還原速率呈先升后降的趨勢，由4.03 mg/（gMLVSS·h）（FNA濃度為0.16 mg/L）升至5.34 mg/（gMLVSS·h）（FNA濃度為0.44 mg/L），然后逐漸降至2.30 mg/（gMLVSS·h）（FNA濃度為1.54 mg/L）。此外，不同FNA濃度下的N2O釋放速率不同。低FNA濃度（0.16~0.68 mg/L）時(shí)，N2O釋放速率隨時(shí)間的增加整體呈先升高后降低的趨勢，且N2O的釋放時(shí)間隨FNA的升高而增加。高FNA濃度（0.84~1.54 mg/L）時(shí)，N2O釋放速率在整個(gè)反應過(guò)程中均維持較高水平。經(jīng)計算，N2O轉化率隨FNA的升高呈先升后降的趨勢，當FNA=0.84 mg/L時(shí)，達到最大值42.56%。

FNA是NO2-質(zhì)子化的結果，改變pH或NO2-濃度均影響FNA濃度。將兩種條件下（酸性pH和NO2-濃度的變化）的FNA濃度與NO2-還原速率和N2O轉化率進(jìn)行了線(xiàn)性擬合，結果如圖5所示?？芍?，FNA濃度在特定區間內與NO2-還原速率具有線(xiàn)性負相關(guān)關(guān)系，與N2O轉化率具有線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系，但是進(jìn)一步升高FNA濃度則降低了N2O產(chǎn)率。

由圖5（a）可知，pH改變時(shí)FNA濃度在0.169~1.641 mg/L區間與NO2-還原速率具有線(xiàn)性負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數為0.983 3。當初始FNA濃度為0.052、5.26 mg/L時(shí)，NO2-的還原速率分別為25.28、2.95 mg/（gMLVSS·h），表明FNA濃度低于一定水平，即pH較高時(shí)，其對NO2-還原速率的抑制作用微弱；當FNA濃度高出某一閾值，即pH較低時(shí)，其對NO2-還原速率的抑制作用增長(cháng)不明顯。當FNA濃度處于0.052~1.031 mg/L區間時(shí)，N2O轉化率與FNA濃度具有線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數為0.997 7，N2O轉化率在FNA為1.03 mg/L時(shí)達到最大值26.26%；當FNA濃度繼續增至1.64、5.26 mg/L（即pH分別為5.5和5.0）時(shí)，N2O轉化率降至13.54%、5.78%，表明過(guò)低的pH不利于N2O的富集。

由圖5（b）可知，隨著(zhù)FNA濃度的升高，N2O轉化率呈現先升后降的趨勢。當FNA處于0.44~0.84 mg/L區間時(shí)，FNA濃度與NO2-還原速率具有線(xiàn)性負相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數為0.988 4；當FNA濃度繼續增至1.16、1.54 mg/L時(shí)，NO2-還原速率緩慢降至2.98、2.76 mg/（gMLVSS·h），FNA濃度與NO2-還原速率突破原有的線(xiàn)性關(guān)系，表明過(guò)高的FNA濃度對NO2-還原的抑制作用快速減弱。

當初始FNA濃度為0.16 mg/L時(shí)，NO2-還原速率低于濃度為0.44 mg/L時(shí)的還原速率6.26 mg/（gMLVSS·h），推測原因是初始NO2-基質(zhì)濃度過(guò)低所致。當FNA處于0.16~0.84 mg/L區間時(shí)，FNA濃度與N2O轉化率具有線(xiàn)性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數為0.995 5，因為FNA抑制NOS活性，導致N2O還原速率下降。當FNA濃度為0.84 mg/L時(shí)，N2O轉化率達到最大值42.56%。當FNA濃度繼續增至1.16、1.54 mg/L時(shí)，N2O轉化率降至36.20%、35.29%。

綜上所述，基于酸性pH或NO2-濃度改變所得FNA濃度均在一定區間內與N2O轉化率具有正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數分別為0.997 7和0.995 5，進(jìn)一步證明了酸性條件下FNA是NOS的主要抑制劑，與現有研究結論相一致。當FNA超過(guò)一定濃度或pH低于5.8時(shí)，N2O轉化率下降，表明過(guò)高的FNA濃度及過(guò)低的pH不利于N2O的富集。

2.4 pH和FNA對N2O還原速率的影響

pH和FNA對N2O還原速率的影響如圖6所示。從圖6（a）可以看出，當pH由7.0降至5.5時(shí)，N2O的濃度均呈降低趨勢。經(jīng)計算，當pH為7.0和5.5時(shí)，N2O的還原速率分別為4.78×10-5和3.58×10-5 g/（gMLVSS·min），后者較前者降低了25.1%。由圖6（b）可知，隨著(zhù)pH從7.0降至5.5，N2O的還原速率同樣逐漸降低，由4.74×10-5g/（gMLVSS·min）降至3.01×10-5 g/（gMLVSS·min），降低了36.5%。當加入少量NO2-，即存在FNA時(shí)，N2O還原速率均低于無(wú)FNA存在時(shí)的，當pH為6.0和5.5時(shí)尤為顯著(zhù)。

通過(guò)對比發(fā)現，pH和FNA都會(huì )抑制N2O還原酶的活性，且存在FNA時(shí)，抑制程度增強。而以單一N2O作為基質(zhì)時(shí)，N2O消耗速率受影響較小，當添加了一定量NO2-后，隨pH的降低N2O消耗速率大幅下降，因此FNA濃度是NOS活性的主要抑制劑。由圖3可知，隨著(zhù)pH的降低，N2O轉化率和釋放量均呈先升高后下降的趨勢。

由圖6（a）可知，以N2O為電子受體時(shí)，隨著(zhù)pH的降低，N2O還原速率逐漸下降，因此當pH低于5.8時(shí)，N2O釋放量降低是pH抑制NOR所致，即過(guò)低的pH降低了N2O的產(chǎn)生。Field等發(fā)現，N2O合成酶的最適pH為6.0，這與本試驗結果一致。同理，FNA濃度對N2O轉化率和釋放量的影響類(lèi)似，較高FNA濃度下，N2O釋放量降低也是因FNA抑制NOR所致。

3結論

①利用微電極研究了酸性條件（5.5~7.0）對N2O還原的影響，發(fā)現N2O的還原速率隨pH的下降及FNA濃度的升高呈降低趨勢，且存在FNA時(shí)降低幅度增大，表明酸性條件及FNA均可抑制NOS活性，且后者是主要抑制劑。

②②NO2-還原速率隨pH降低而下降，而N2O轉化率先升后降，當pH為5.8時(shí)可獲得最大轉化率，證明過(guò)低的pH會(huì )抑制NOR活性，導致N2O產(chǎn)量減少。

③③在pH為5.8、FNA為0.16~0.84 mg/L條件下，N2O轉化率與FNA濃度具有正相關(guān)關(guān)系，而過(guò)高的FNA濃度會(huì )抑NOR活性，導致N2O產(chǎn)量下降。