Comparison of inhibitory roles on nitrite-oxidizing bacteria by hydroxylamine and hydrazine during the establishment of partial nitrification

部分硝化建立過程中羥胺和肼對亞硝酸鹽氧化菌的抑制作用比較

來源：Bioresource Technology 355 (2022) 127271

 

摘要核心發現

 

研究通過平行SBR反應器對比羥胺(NH?OH)和肼(N?H?)對亞硝酸鹽氧化菌(NOB)的抑制效果：

 

NH?OH抑制性更強：15天內亞硝酸鹽積累率(NAR)達95.83%（N?H?組為86.58%）

NO關鍵作用：NH?OH組NO峰值濃度(0.18 mg-N/L)顯著高于N?H?組，與Nitrospira抑制直接相關

抑制可逆性：停止投加抑制劑后，NOB活性在15-20天內恢復（圖1C）

機制差異：NH?OH通過NO毒性抑制NOB，N?H?主要依賴自身毒性

 

 

研究目的

 

比較NH?OH與N?H?建立短程硝化的效能差異

揭示抑制劑作用下NO生成規律及其與NOB抑制的關聯

探究曝氣時間控制與抑制劑聯用的協同效應

 

研究思路與技術路線

 

graph TD

A[平行SBR實驗] --> B[四階段操作：<br>I. 完全硝化→II. 抑制劑投加→<br>III. 抑制劑+曝氣控制→IV. 僅曝氣控制]

B --> C1[水質監測：NH??/NO??/NO??]

B --> C2[Unisense電極實時監測NO]

B --> C3[ORP動態追蹤]

B --> C4[高通量測序(Genus水平)]

C1 & C2 & C3 & C4 --> D[機制解析：<br>電子傳遞鏈干擾→NO生成→NOB抑制]

 

生成失敗，換個方式問問吧

 

關鍵數據及科學價值

1. 短程硝化效能（圖1, 圖2, 圖3）

 

 

 

數據來源：SBR進出水氮形態分析

核心發現：

NH?OH組：曝氣控制后第6天NAR>75%（圖1C），第15天達95.83%

N?H?組：實現同等NAR需13天（圖1C）

意義：量化抑制劑效能差異，為快速啟動短程硝化提供參數依據

 

2. NO動態與ORP響應（圖4）

 

數據來源：Unisense NO微電極在線監測

核心發現：

NH?OH投加后NO瞬時峰值：0.18 mg-N/L（Day 40）（圖4A1）

N?H?組NO峰值僅0.05 mg-N/L（圖4B1）

ORP最低降至-154 mV（NH?OH組），證實還原環境（圖4A2）

意義：首次建立NO濃度與NOB抑制的劑量效應關系

 

3. 微生物群落演變（圖5）

 

數據來源：16S rRNA高通量測序

核心發現：

Nitrospira豐度：NH?OH組從12.6%→0.82%（Day 43）（圖5A）

Nitrosomonas富集：NH?OH組從3.2%→30.31%（Day 43）（圖5A）

意義：從菌群層面證實NH?OH對NOB的特異性抑制

 

丹麥Unisense電極的核心價值

技術優勢

 

原位實時監測：NO-500微電極（檢測限0.1μM，響應時間<1秒）

空間分辨率：直接測定污泥絮體內部NO濃度（避免傳統采樣失真）

 

關鍵研究發現

 

抑制劑作用機制解析（圖4）：

NH?OH投加后90分鐘內NO濃度陡升（0→0.18 mg-N/L），與Nitrospira抑制同步

證實NH?OH分解產生NO是主要抑制途徑（N?H?組NO生成量僅為1/4）

 

瞬態過程捕捉：

曝氣啟動階段NO爆發峰（圖4A1，120min處尖峰）

揭示"抑制劑投加→NO累積→ORP下降→NOB抑制"連鎖反應

 

工藝調控指導：

NO峰值>0.15 mg-N/L時Nitrospira豐度下降>90%（圖5）

為抑制劑投加劑量提供量化閾值（5 mg-N/L NH?OH）

 

理論突破：通過秒級NO監測，首次證實羥胺抑制NOB的核心機制是NO毒性而非傳統認知的還原電位抑制（ORP僅-154 mV不足以單獨引發抑制）。

 

結論

 

抑制劑效能：NH?OH > N?H?（NAR差值9.25%，啟動時間縮短54%）

抑制機制：

NH?OH → 通過NO毒性抑制Nitrospira

N?H? → 主要依賴自身化學毒性

工藝穩定性：抑制劑作用可逆，需持續投加以維持短程硝化

監測技術革新：Unisense電極揭示瞬態NO動力學是解析抑制機制的關鍵

 

工程啟示

 

優化策略：采用NH?OH(5 mg-N/L)+曝氣時間控制可快速啟動短程硝化

風險預警：停止投加后20天內需采取維持措施（如FA/FNA抑制）

技術推廣：Unisense電極適用于污水廠氣體微環境監測，助力工藝精準調控

 

前瞻方向：結合NO實時監測與自適應加藥系統，構建短程硝化智能控制系統。