Assessment of Full-Scale N2O Emission Characteristics and Testing of Control Concepts in an Activated Sludge Wastewater Treatment Plant with Alternating Aerobic and Anoxic Phases

在交替好氧和缺氧相的活性污泥污水處理廠中評(píng)估全規(guī)模N2O排放特性及控制概念測(cè)試

來(lái)源：Environmental Science & Technology, Volume 53, Issue 21, 2019,Pages 12485-12494

《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》，第53卷第21期，2019年，頁(yè)碼12485-12494

 

摘要

摘要指出研究旨在獲得可轉(zhuǎn)化為可行控制策略的全規(guī)模N2O排放特性，并進(jìn)行全規(guī)模測(cè)試。長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，N2O排放在水溫下降季節(jié)較低，上升季節(jié)較高。好氧相主要通過(guò)羥胺途徑貢獻(xiàn)N2O生產(chǎn)/排放，而缺氧相中異養(yǎng)細(xì)菌有雙重作用，可能產(chǎn)生和消耗N2O。不完全反硝化是缺氧相N2O排放的主因。通過(guò)延長(zhǎng)缺氧相長(zhǎng)度可控制N2O積累。全規(guī)模測(cè)試驗(yàn)證了降低溶解氧設(shè)定點(diǎn)可減少60%的N2O排放。

 

研究目的

研究目的是量化全規(guī)模N2O排放，探索其與過(guò)程變量的關(guān)系，開(kāi)發(fā)可行的N2O控制策略，并通過(guò)全規(guī)模測(cè)試驗(yàn)證控制概念，以減輕污水處理廠溫室氣體排放。

 

研究思路

研究思路基于丹麥Avedore污水處理廠的12個(gè)月長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析季節(jié)性N2O排放模式、典型操作循環(huán)中的動(dòng)態(tài)行為，并進(jìn)行多變量統(tǒng)計(jì)分析。提出控制概念如延長(zhǎng)缺氧相和降低DO設(shè)定點(diǎn)，并在全規(guī)模進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估其有效性。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 N2O排放率數(shù)據(jù)：來(lái)自圖2和圖7，顯示季節(jié)性變化，如水溫上升季節(jié)排放率高，下降季節(jié)低；全規(guī)模測(cè)試中降低DO設(shè)定點(diǎn)使排放率減少60%。研究意義是量化排放動(dòng)態(tài)，識(shí)別高排放風(fēng)險(xiǎn)期，為季節(jié)性控制提供依據(jù)，驗(yàn)證DO調(diào)控的有效性。

 

 

2 過(guò)程變量數(shù)據(jù)（NH4+、NO3-、DO、溫度）：來(lái)自圖3、圖4和圖6，顯示好氧相N2O與NO3-正相關(guān)（PCC=0.33），缺氧相與NO3-正相關(guān)（PCC=0.40）；圖3展示三種循環(huán)模式，如不完全反硝化導(dǎo)致N2O積累。研究意義是揭示N2O產(chǎn)生途徑（如羥胺途徑和反硝化），指導(dǎo)通過(guò)控制過(guò)程變量（如DO和缺氧相長(zhǎng)度）減少排放。

 

 

 

3 控制測(cè)試數(shù)據(jù)：來(lái)自表1和圖7，顯示降低DO設(shè)定點(diǎn)延長(zhǎng)了好氧相13%和缺氧相33%，減少N2O排放。研究意義是驗(yàn)證集成控制概念，為類(lèi)似污水處理廠提供實(shí)踐參考。

 

 

結(jié)論

1 N2O排放因子在0.01%至3.55%之間，年均1.05%，高于IPCC建議的0.035%，強(qiáng)調(diào)需全規(guī)模監(jiān)測(cè)。

2 水溫變化趨勢(shì)影響排放季節(jié)模式，上升季節(jié)排放高，下降季節(jié)低。

3 控制策略如延長(zhǎng)缺氧相和降低DO設(shè)定點(diǎn)可有效減少N2O排放，全規(guī)模測(cè)試證實(shí)其可行性。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義在于其高精度原位監(jiān)測(cè)能力，能夠?qū)崟r(shí)量化液相N2O濃度動(dòng)態(tài)。具體地，電極測(cè)量提供高分辨率數(shù)據(jù)（如每5分鐘平均值），支持準(zhǔn)確計(jì)算N2O排放率（通過(guò)公式考慮氣相和液相傳輸），如圖2和圖3所示。這種測(cè)量幫助識(shí)別N2O產(chǎn)生熱點(diǎn)時(shí)段（如好氧相通過(guò)羥胺途徑，缺氧相通過(guò)不完全反硝化），并為多變量分析（如圖4的偏相關(guān)分析）提供可靠輸入，從而揭示過(guò)程變量（如NO3-和DO）的影響機(jī)制。研究意義是克服傳統(tǒng)采樣誤差，實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，為N2O排放機(jī)制研究和控制策略驗(yàn)證提供關(guān)鍵工具，提升全規(guī)模污水處理的環(huán)保性能。