氧化亞氮（N2O）是一種強溫室氣體，溫室效應約為CO2的300倍，可持續參與大氣光化學反應并破壞平流層臭氧。據報道，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注。

厭氧氨氧化（Anammox）因具有能源消耗低和污泥產量少等優點，被認為是最經濟簡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現N2O釋放現象，由于Anammox系統通常是多菌共生的復雜系統，N2O的產生來源和機理仍需進一步深入研究。Rathnayake等研究自養部分亞硝化系統中N2O釋放來源時，發現除氨氧化細菌（AOB）外，反硝化細菌對N2O產生也起到重要貢獻。Ali等利用熒光原位雜交和同位素標記方法，發現短程硝化耦合厭氧氨氧化系統中N2O產生于反硝化和硝化途徑。此外，厭氧氨氧化細菌（AnAOB）易聚集形成顆粒和生物膜，測定污泥中N2O的濃度可為其產生來源提供更為直接的依據。

丹麥Unisense微電極，一種尖端在5——25um的微型傳感器，可在不破壞污泥結構的同時，測定其內部物質濃度的連續分布特性，進而獲取微生物原位活性的分布規律。Wang等采用微電極技術對單級自養脫氮生物膜內N2O產生進行研究，發現生物膜異養反硝化途徑是導致NO3?的消耗，并釋放N2O的重要原因，然而，對Anammox顆粒中N2O原位產生的研究尚鮮見報道。

本研究首先分析了Anammox系統中N2O的宏觀釋放特性，在此基礎上利用微電極測定了顆粒污泥內部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產生速率之間關系。同時結合微生物種群特性，揭示Anammox顆粒內N2O的原位產生規律及微生物來源，旨在為N2O的減量控制提供參考。

微電極測試方案：從厭氧生物轉盤進水口處挑取粒徑約為5mm的顆粒，置于測試槽中的尼龍網上，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，步長設定為100μm,信號由數據采集系統記錄。微電極測定在20℃進行，測試槽中配置不同濃度溶液（表1）。每種濃度用微電極測定3次。

結果表明pH值降低顯著地增加N2O的產生。pH值會影響生物酶活性，特別是游離亞硝酸（FNA），通過結合N2O還原酶的活性位點產生競爭性抑制作用，從而增加N2O的凈產生量。有研究表明，FNA抑制N2O還原酶的濃度為0.004mg/L,高于該濃度時，會抑制N2O的還原導致N2O產生增加。本研究中pH值為7.0時，FNA濃度為0.0045mg/L,高于其抑制濃度。pH值為8.5時，FNA濃度為0.0012mg/L,低于抑制濃度。Wunderlin等研究表明，AOB自養反硝化產生的N2O也隨pH值的降低而增加。由于AOB生長在顆粒表層區域【4-5,9],而本研究N2O主要產生于深層區域，故N2O產生速率隨pH值降低而增加的現象是異養反硝化受pH值影響所致。

結論：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象：Anammox活性區在表層0——1500μm范圍，其中，200——400μm活性最高，當NH4+-N濃度為14mg/L時，NH4+和NO2?消耗速率分別達到1.19與1.65mg/（cm3?h）；在1500——2500μm顆粒深層區域，表現為NOx-還原的反硝化活性區。

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

高通量測序表明，Candidatus Kuenenia為厭氧氨氧化顆粒污泥唯一優勢菌屬，其相對豐度占比34.37%.具有反硝化功能的Truepera、Limnobacter、Ignavibacterium和Anaerolineaceae也被檢出，推測它們是N2O產生的主要作用者。