随着世界各国对全球气候变化的重视程度逐步加深,一场以高效能、低排放为核心的“新工业革命”在国际范围内掀起轩然大波。污水处理行业作为世界十大碳排放行业之一,研究其碳排放及低碳运行条件也是“新工业革命”的重要内容。厌氧氨氧化工艺因其具有节约63%的供氧量和100%的碳源投加量,且产生剩余污泥产量更少等优势,被认为是改善“以能消能”、“污染转嫁”,从而实现污水处理厂碳减排的有效手段。然而,无论厌氧氨氧化工艺还是传统脱氮工艺,其生物脱氮过程中都会不可避免地排放温室气体氧化亚氮（N2O）,解析废水处理过程中N2O排放因子和释放特性,开展污水处理系统碳排放分析,对于探索节能减排的污水处理低碳运行模式具有重要理论价值和实际意义。本研究基于某实际高氨氮发酵废水处理系统的厌氧氨氧化工艺（CANON）改造工程,对其工艺运行、能耗、物耗等数据开展了全面调研,并对UASB、CANON、A/O等关键处理单元的水质指标和温室气体排放量进行了监测,对各处理单元运行过程中的N2O释放和碳排放进行了定量化分析。在此基础上,构建了4个有效容积为12.24 L的CANON小试反应器,出水回流比分别设置为0、100%、200%和300%,以模拟高氨氮发酵废水（进水氨氮浓度为300 mg N/L）为进水,研究了出水回流比对CANON工艺脱氮性能、N2O释放量及微生物群落结构的影响。主要结论如下:（1）以该实际污水处理厂水处理全流程为碳排放核算边界,处理1 m~3废水为功能单位,采用实际测量法,计算得出其总体碳排放水平为12.73 kg CO2-eq/m~3污水。其中,能耗及投加药剂产生的间接碳排量占主导地位,贡献比高达77.1%;温室气体直接碳排放贡献比为21.2%,其中几乎全部为N2O引起的碳排放效应（贡献比占20.2%）。A/O处理单元为主要碳排放单元,对28%的进水进行厌氧氨氧化工艺改造后,现行CANON+A/O工艺系统与原A/O系统相比,总碳排放量降低了11.8%。由此可见,厌氧氨氧化工艺改造是发酵类废水处理领域实现碳减排的理想途径。然而改造后,CANON工艺的N2O转化率较原A/O系统提高了2.33%,可见在CANON系统中控制N2O的产生尤为重要。（2）小试CANON反应器研究结果显示,出水回流比为200%时,系统脱氮效能最高,N2O释放量最低。该组反应器稳定运行期间,平均NH4+-N和TN去除效率分别为96.28%和76.35%。在4个回流比条件下,N2O转化因子分别为3.04%、2.75%、2.21%和3.22%;稳定阶段游离氨浓度分别为16.86 mg/L、12.29 mg/L、7.24 mg/L和7.27 mg/L;亚硝酸盐积累率分别为41.25%、28.60%、18.22%和16.38%。出水回流比设置为200%,有效降低了系统内游离氨和亚硝酸盐的积累率,从而减少了N2O释放。（3）高通量测序结果显示,在不同出水回流比条件下,实验装置内部的微生物种群结构存在明显差异。回流比设置为200%的反应系统内,厌氧氨氧化（An AOB）菌属的群落丰度最高（40.15%）,例如Candidatus＿Jettenia,其在4个出水回流比下的相对丰度分别为10.92%、22.44%、24.26%和19.11%。而氨氧化（AOB）菌属则相反,回流比为200%时,达到四组反应器内最低水平（10.05%）。厌氧氨氧化过程不释放N2O,在CANON工艺中,N2O主要由AOB反应过程引起,可见,微生物种群结构的差异与回流比200%时N2O排放最少的结果相互印证。综上所述,CANON工艺中控制N2O释放对于碳减排至关重要,通过调节出水回流比,可以有效减少CANON工艺中的N2O排放。研究成果为污水处理厂N2O减量化提供了数据支持,对污水处理系统低碳建设有一定的指导作用。图53幅,表24个,参考文献155篇。