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随着全球变暖加速，温室气体的减排已经引起了国际社会的普遍关注。一氧化二氮(N2O)是一种重要的温室气体，其温室效应是CO2的310倍。近年来研究发现生物脱氮过程中可能会产生N2O。与全程生物脱氮过程相比，短程生物脱氮过程具有节约能源、减少污泥产量和占地面积等优点，然而，实现短程硝化反硝化生物脱氮的途径及亚硝酸盐的累积等问题均可导致N2O的产生，在解决水环境问题的同时，破坏了大气环境。因此，积极地研究污水生物脱氮过程中N2O的产生过程并控制N2O的释放，具有重要的现实意义。 本课题以实际生活污水为处理对象，采用SBR反应器，分别通过离线GC监测和在线UNISENSE N2O监测，对比研究了不同运行条件、环境因素等对生物脱氮过程中N2O的产生与释放影响，确定了N2O产生的关键步骤及控制因素。较全面系统地研究了全程与短程生物脱氮处理过程中N2O产生量及其影响因素，比较了不同生物脱氮过程中N2O的产量并探讨了N2O产生的机理，并在此基础上通过改进SBR系统的运行方式考察了低碳氮比条件下短程生物脱氮过程降低N2O释放量的可能性；首次考察了DO对反硝化过程中N2O释放量的影响；首次研究了游离亚硝酸(FNA)对亚硝和N2O还原过程的影响，提出FNA而非NO2-，是导致反硝化过程中N2O还原过程受到抑制的真正原因，并对其抑制机理进行了讨论。 全程生物脱氮、短程生物脱氮及同步硝化反硝化生物脱氮等过程中N2O释放的研究发现，全程、短程生物脱氮过程中N2O主要产生于硝化过程，反硝化过程有利于降低硝化过程中N2O释放量。全程、短程、同步硝化反硝化脱氮过程中N2O释放量分别为4.67mg/L，6.48 mg/L和0.35 mg/L。硝化过程中NO2--N的积累是导致系统N2O产生的主要原因。同时，部分AOB在限氧条件下以NH4+-N作为电子供体，NO2--N作为电子受体进行反硝化，最终产物是N2O。不同DO条件下同步硝化反硝化过程中N2O的释放表明：SBBR系统中控制适当的DO浓度，达到稳定的同步脱氮效率可使系统N2O产量最低。 利用pH变化规律作为在线控制措施，成功实现了短程生物脱氮过程，并探讨了低碳氮比条件下不同进水方式生活污水短程生物脱氮过程中N2O的产生过程及释放量。结果表明，分段进水方式能够降低系统N2O释放量和节省外碳源投加量。当进水次数为3，分段进水比例为1.5时，SBR短程生物脱氮过程中N2O释放量最低。与一次进水方式相比，其氧化亚氮释放量降低了69.2％，外碳源投加量降低了56.3％。N2O主要产生于硝化过程，反硝化过程能够将硝化阶段积累的N2O还原至N2。硝化过程中NO2-的积累和AOB在低氧条件下的好氧反硝化作用是N2O释放的主要原因。分段进水方式增加的缺氧段降低了下一阶段好氧反硝化的底物NO2-，因此，系统N2O释放量有所降低。 利用10mg/LATU作为抑制剂，成功抑制了NH4+的氧化过程，并考察了曝气好氧阶段中好氧反硝化和缺氧反硝化过程对N2O释放量的贡献。NO2-浓度的增加，能够导致系统N2O释放量的明显增加。当NO2--N浓度从10mg/L增至40 mg/L时，缺氧反硝化过程中N2O由0.65 mgN/L增加至5.38 mgN/L，好氧反硝化阶段氧化亚氮释放量由0.235mgN/L增加至5.8 mgN/L。NO2-和DO均对N2O还原酶的活性具有较强的抑制作用，从而导致系统N2O的积累并释放。 大量研究表明，DO能够抑制生物反硝化过程，增加生物脱氮过程中N2O释放量。本研究考察了不同DO条件下NO2-/NO3-还原性能及N2O释放量。DO=0.0 mg/L，NO3-反硝化过程中N2O释放量0.23 mg N/L；DO=0.7 mg/L，其N2O释放量增加至1.74 mgN/L。当电子受体为NO2-时，DO=0.0 mg/L，其N2O释放量为1.20 mgN/L；DO=0.7 mg/L时，其N2O释放量增加至11.5 mgN/L。随DO浓度和进水NOx-中NO2-比例的增长，系统反硝化过程中N2O释放量迅速增加。连续投加NO2-作为电子受体，能够降低系统反硝化过程中N2O释放量。当以NO2-作为电子受体时，其N2O释放量依次为：一次进水>两次等量进水>连续进水。 通过投加NaNO2的方式调节反硝化初始NO2--N=20mg N/L，同时，分别投加0，0.05，0.1和0.2mL乙醇调节初始碳氮比为1.8，2.5，3.2和4.5，考查了不同碳氮比下NO2-的还原及N2O的变化情况。不同碳氮比条件下，反硝化过程N2O最高积累量分别为333μmol/L、200μmol/L、245μmol/L和256μmol/L。反硝化初始阶段会产生N2O的积累，其主要原因是N2O还原酶的合成速率小于NO2-还原酶的合成速率；低碳氮比条件下，NO2-还原酶和N2O还原酶竞争内碳源电子供体，导致N2O的积累；高碳氮比条件下，NO2-和N2O同时被还原，不会产生N2O的大量积累。 NO2-和pH值均影响NO2-和N2O的还原性能，但是单一的NO2-浓度和pH值与NO2-及N2O还原速率之间的相关关系并不明显，研究发现，由NO2-和pH共同决定的FNA才是导致NO2-和N2O还原速率降低的真正抑制剂。FNA直接与N2O还原酶的相互作用致使其还原酶失去活性是导致系统N2O还原受到抑制的主要原因。