氧化亞氮（N2O）是一種強(qiáng)溫室氣體，溫室效應(yīng)約為CO2的300倍，可持續(xù)參與大氣光化學(xué)反應(yīng)并破壞平流層臭氧。據(jù)報(bào)道，污水生物脫氮過程是N2O釋放的重要來源，占比約3%,且該比例逐年上升。因此，污水處理，尤其是生物脫氮過程中N2O的釋放日益引起人們的關(guān)注。

厭氧氨氧化（Anammox）因具有能源消耗低和污泥產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)潔的新一代生物脫氮工藝。幾乎所有厭氧氨氧化工藝中均發(fā)現(xiàn)N2O釋放現(xiàn)象，由于Anammox系統(tǒng)通常是多菌共生的復(fù)雜系統(tǒng)，N2O的產(chǎn)生來源和機(jī)理仍需進(jìn)一步深入研究。Rathnayake等研究自養(yǎng)部分亞硝化系統(tǒng)中N2O釋放來源時(shí)，發(fā)現(xiàn)除氨氧化細(xì)菌（AOB）外，反硝化細(xì)菌對(duì)N2O產(chǎn)生也起到重要貢獻(xiàn)。Ali等利用熒光原位雜交和同位素標(biāo)記方法，發(fā)現(xiàn)短程硝化耦合厭氧氨氧化系統(tǒng)中N2O產(chǎn)生于反硝化和硝化途徑。此外，厭氧氨氧化細(xì)菌（AnAOB）易聚集形成顆粒和生物膜，測(cè)定污泥中N2O的濃度可為其產(chǎn)生來源提供更為直接的依據(jù)。

丹麥Unisense微電極，一種尖端在5——25um的微型傳感器，可在不破壞污泥結(jié)構(gòu)的同時(shí)，測(cè)定其內(nèi)部物質(zhì)濃度的連續(xù)分布特性，進(jìn)而獲取微生物原位活性的分布規(guī)律。Wang等采用微電極技術(shù)對(duì)單級(jí)自養(yǎng)脫氮生物膜內(nèi)N2O產(chǎn)生進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)生物膜異養(yǎng)反硝化途徑是導(dǎo)致NO3?的消耗，并釋放N2O的重要原因，然而，對(duì)Anammox顆粒中N2O原位產(chǎn)生的研究尚鮮見報(bào)道。

本研究首先分析了Anammox系統(tǒng)中N2O的宏觀釋放特性，在此基礎(chǔ)上利用微電極測(cè)定了顆粒污泥內(nèi)部NH4+、NO2?、NO3?和N2O空間濃度分布特性，并建立了微生物原位活性與N2O產(chǎn)生速率之間關(guān)系。同時(shí)結(jié)合微生物種群特性，揭示Anammox顆粒內(nèi)N2O的原位產(chǎn)生規(guī)律及微生物來源，旨在為N2O的減量控制提供參考。

微電極測(cè)試方案：從厭氧生物轉(zhuǎn)盤進(jìn)水口處挑取粒徑約為5mm的顆粒，置于測(cè)試槽中的尼龍網(wǎng)上，并用昆蟲針固定。使用微控制器將微電極尖端緩慢刺入顆粒污泥中心，步長(zhǎng)設(shè)定為100μm,信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄。微電極測(cè)定在20℃進(jìn)行，測(cè)試槽中配置不同濃度溶液（表1）。每種濃度用微電極測(cè)定3次。

結(jié)果表明pH值降低顯著地增加N2O的產(chǎn)生。pH值會(huì)影響生物酶活性，特別是游離亞硝酸（FNA），通過結(jié)合N2O還原酶的活性位點(diǎn)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用，從而增加N2O的凈產(chǎn)生量。有研究表明，F(xiàn)NA抑制N2O還原酶的濃度為0.004mg/L,高于該濃度時(shí)，會(huì)抑制N2O的還原導(dǎo)致N2O產(chǎn)生增加。本研究中pH值為7.0時(shí)，F(xiàn)NA濃度為0.0045mg/L,高于其抑制濃度。pH值為8.5時(shí)，F(xiàn)NA濃度為0.0012mg/L,低于抑制濃度。Wunderlin等研究表明，AOB自養(yǎng)反硝化產(chǎn)生的N2O也隨pH值的降低而增加。由于AOB生長(zhǎng)在顆粒表層區(qū)域【4-5,9],而本研究N2O主要產(chǎn)生于深層區(qū)域，故N2O產(chǎn)生速率隨pH值降低而增加的現(xiàn)象是異養(yǎng)反硝化受pH值影響所致。

結(jié)論：微電極研究表明，厭氧氨氧化顆粒污泥原位活性呈明顯分層現(xiàn)象：Anammox活性區(qū)在表層0——1500μm范圍，其中，200——400μm活性最高，當(dāng)NH4+-N濃度為14mg/L時(shí)，NH4+和NO2?消耗速率分別達(dá)到1.19與1.65mg/（cm3?h）；在1500——2500μm顆粒深層區(qū)域，表現(xiàn)為NOx-還原的反硝化活性區(qū)。

N2O主要產(chǎn)生于Anammox顆粒污泥的深層區(qū)域（1500——2500μm），且隨pH值由8.5降至7.0,N2O最大產(chǎn)生速率增加28.16倍，達(dá)到0.35mg/（cm3?h），表明N2O主要產(chǎn)生于反硝化途徑。

高通量測(cè)序表明，Candidatus Kuenenia為厭氧氨氧化顆粒污泥唯一優(yōu)勢(shì)菌屬，其相對(duì)豐度占比34.37%.具有反硝化功能的Truepera、Limnobacter、Ignavibacterium和Anaerolineaceae也被檢出，推測(cè)它們是N2O產(chǎn)生的主要作用者。