Effect of the dissolved oxygen concentration on the N2O emission from an autotrophic partial nitritation reactor treating high-ammonium wastewater

溶解氧濃度對處理高銨廢水的自養部分亞硝化反應器中氧化亞氮排放的影響

來源：International Biodeterioration & Biodegradation, Volume 114, 2016, Pages 209-215

《國際生物劣化與生物降解》，第114卷，2016年，頁碼209-215

 

摘要

這篇論文研究了溶解氧濃度對自養部分亞硝化反應器中氧化亞氮排放的影響。摘要指出，宏觀上，隨著溶解氧濃度從0.35增加到0.60和0.85 mg/L，N2O排放因子從2.35%±0.32%降至1.81%±0.16%和0.57%±0.08%。用氮氣吹掃時也觀察到N2O排放，證明反硝化途徑的存在。微觀上，使用微電極測量污泥聚集體內的氮轉化，顯示N2O生產隨溶解氧降低而增加，低溶解氧時反硝化途徑增強。

 

研究目的

研究目的是探討溶解氧濃度對自養部分亞硝化過程中N2O排放的影響，從宏觀和微觀角度分析排放特性，以優化工藝參數并減少溫室氣體排放。

 

研究思路

研究思路首先在實驗室規模序批式反應器中操作部分亞硝化過程，測試不同溶解氧濃度下的N2O排放。宏觀上，測量氣體和液相中的N2O濃度，計算排放率和量；微觀上，使用微電極測量污泥聚集體內的溶解氧、pH、銨、亞硝酸鹽和N2O的微剖面，并計算凈體積速率。結合兩者分析N2O產生途徑。

 

測量的數據及研究意義

1 N2O排放量和排放因子數據：測量了不同溶解氧濃度下N2O的排放量和占總氮比例，來自圖1和表2。研究意義是量化溶解氧對N2O排放的負影響，顯示高溶解氧可降低排放因子，為控制工藝參數以減少溫室氣體提供依據。

 

 

2 典型周期氮轉化數據：記錄了不同溶解氧下銨、亞硝酸鹽、硝酸鹽和N2O的濃度變化，來自圖2。研究意義是揭示部分亞硝化過程的穩定性，并證明反硝化途徑的存在，幫助理解N2O產生的動態過程。

 

3 氨氧化速率和N2O排放率關系數據：分析了氨氧化速率、亞硝酸鹽生產速率、N2O排放率和游離亞硝酸濃度的變化，來自圖3和圖4。研究意義是發現氨氧化速率與N2O排放率負相關，而游離亞硝酸濃度影響不顯著，為理解N2O產生機制提供關鍵參數。

 

 

4 微剖面和凈體積速率數據：使用微電極測量了污泥聚集體內溶解氧、pH、銨、亞硝酸鹽和N2O的空間分布，并計算了凈體積速率，來自圖5和表3。研究意義是揭示聚集體內部氮轉化熱點區域，顯示低溶解氧時內層反硝化途徑貢獻增加，從微觀角度解釋N2O排放機制。

 

 

 

結論

溶解氧濃度對N2O排放有負影響，高溶解氧可降低排放因子。N2O產生途徑包括羥胺氧化和反硝化，低溶解氧時反硝化途徑增強。微觀分析顯示聚集體內層在低氧條件下貢獻更多N2O生產。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense微電極測量數據的研究意義在于實現了高空間分辨率的原位監測，能夠精確捕捉污泥聚集體內部的微觀環境變化。微電極系統可同時測量溶解氧、pH、銨、亞硝酸鹽和N2O的濃度剖面，提供毫米級深度分辨率的數據。這有助于揭示氮轉化過程的異質性，例如識別外層為高活性硝化區，內層為反硝化區。通過計算凈體積速率，可以量化不同區域的N2O生產貢獻，從而區分羥胺氧化和反硝化途徑。這種微觀視角彌補了宏觀測量的不足，為理解N2O產生機制和優化反應器設計提供了直接證據，最終支持減少溫室氣體排放的實踐策略。