Full-scale post denitrifying biofilters: sinks of dissolved N2O?

全規(guī)模后置反硝化生物濾池對溶解態(tài) N?O 是否具有消減作用？

來源：Science of the Total Environment, Volume 563-564, 2016, Pages 320-328

《總環(huán)境科學(xué)》，第563-564卷，2016年，第320-328頁

 

摘要

摘要指出，本研究在夏季和冬季兩個時期連續(xù)監(jiān)測了全規(guī)模反硝化生物濾池廠的氧化亞氮（N2O）排放。結(jié)果表明，大部分N2O通量（>99%）存在于液體相中，并隨出水排放。N2O排放高度可變，夏季和冬季 campaign 中平均分別占硝酸鹽攝取率的1.28±1.99%和0.22±0.31%。反硝化能夠消耗來自上游硝化階段的大量溶解N2O。在沒有甲醇注射故障且進水BOD/NO3-N比高于3時，N2O平均減少率為93%。控制外源碳劑量對于最小化反硝化生物濾池的N2O生產(chǎn)至關(guān)重要，與濾池中NO2-N濃度相關(guān)。

 

研究目的

研究目的是報告和分析來自巴黎地區(qū)一個全規(guī)模生物濾池處理廠的氧化亞氮（N2O）排放，通過將動態(tài)N2O排放與過程操作條件對比，識別影響反硝化過程中N2O生產(chǎn)和消耗的關(guān)鍵參數(shù)。

 

研究思路

研究思路包括在兩個監(jiān)測活動（夏季2014年9月和冬季2015年2月）中連續(xù)監(jiān)測反硝化生物濾池的N2O排放。夏季 campaign 針對單個生物濾池單元監(jiān)測氣體和液體N2O通量，以識別關(guān)鍵操作條件；冬季 campaign 基于夏季結(jié)果，僅監(jiān)測液體相，以量化整個反硝化生物濾池單元的排放。使用丹麥Unisense N2O微傳感器在線測量溶解N2O濃度，氣體樣品使用浮動室收集，并結(jié)合在線傳感器和取樣分析硝酸鹽、亞硝酸鹽、BOD等參數(shù)。通過計算通量和排放因子，分析N2O動態(tài)與操作參數(shù)（如溶解氧和BOD/N比）的關(guān)系。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. 數(shù)據(jù)來自圖2：測量了夏季和冬季 campaign 中每個活性生物濾池的進水硝酸鹽負載和溶解N2O通量動態(tài)變化。研究意義是這些數(shù)據(jù)用于量化N2O排放因子和去除率，揭示N2O主要保留在液體相中，并顯示排放的高度變異性，為理解反硝化過程中N2O的匯作用提供基礎(chǔ)。

 

2. 數(shù)據(jù)來自圖3：測量了夏季 campaign 中清洗期間溶解氧濃度對N2O排放的影響，顯示溶解氧增加導(dǎo)致N2O濃度和氣體通量上升。研究意義是證實氧氣抑制N2O還原酶活性，引發(fā)N2O積累，強調(diào)操作中控制氧氣暴露的重要性。

 

3. 數(shù)據(jù)來自圖4：測量了冬季 campaign 中進水BOD/N比對反硝化效率和N2O排放的影響，顯示BOD/N比下降時N2O排放增加。研究意義是表明碳可用性是N2O生產(chǎn)的關(guān)鍵因素，低BOD/N比導(dǎo)致反硝化不完全和N2O積累，為優(yōu)化碳劑量提供依據(jù)。

 

4. 數(shù)據(jù)來自表1：提供了夏季和冬季 campaign 的進水特性，如溫度、pH、COD、BOD、硝酸鹽濃度等。研究意義是這些數(shù)據(jù)表征了處理廠操作條件，顯示進水具有低懸浮固體和高硝酸鹽含量，確保反硝化活性，為N2O排放分析提供背景。

 

5. 數(shù)據(jù)來自表2：總結(jié)了夏季和冬季 campaign 的操作條件和過程性能，包括水力負載率、硝酸鹽去除率等。研究意義是顯示生物濾池在兩種條件下均具有良好的脫氮效率，但冬季效率較低，與N2O排放變化相關(guān)，幫助評估過程穩(wěn)定性。

 

6. 數(shù)據(jù)來自表3：計算了每日N2O排放因子和溶解N2O去除率。研究意義是量化N2O排放占硝酸鹽攝取的比例，顯示平均排放因子較低，但變異性高，突出需要優(yōu)化操作以減少環(huán)境影響。

 

 

結(jié)論

1. N2O排放主要存在于液體相中（>99%通量），隨出水排放，表明當前估算污水處理廠N2O排放的方法需考慮溶解通量。

2. 反硝化過程能有效消耗上游硝化產(chǎn)生的溶解N2O，平均去除率達86%，在沒有碳劑量故障時可達93%，顯示反硝化作為N2O匯的潛力。

3. N2O生產(chǎn)與操作參數(shù)相關(guān)：溶解氧暴露（如清洗期間）和低BOD/N比（如甲醇注射故障時）是主要觸發(fā)因素，維持BOD/N比高于3可最小化排放。

4. 一些高強度N2O峰值未能完全解釋，可能與其他因素如硝酸鹽負載變化相關(guān)，需進一步研究生物濾池內(nèi)動態(tài)。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense N2O微傳感器（型號N2O-100）在線測量溶解N2O濃度，提供了高時間分辨率的實時數(shù)據(jù)。研究意義在于，這種測量允許精確捕捉N2O的瞬時動態(tài)，如夏季 campaign 中顯示N2O在清洗期間快速積累和后續(xù)下降，使模型校準和驗證更可靠。傳感器數(shù)據(jù)幫助識別N2O排放與操作事件（如氧氣注入或碳劑量變化）的因果關(guān)系，增強了對反硝化過程中N2O產(chǎn)生和消耗機制的理解。例如，在冬季 campaign 中，傳感器數(shù)據(jù)揭示了碳劑量故障如何導(dǎo)致N2O峰值，為優(yōu)化操作提供了直接證據(jù)。這種高精度監(jiān)測支持全規(guī)模污水處理廠的N2O減排策略，提高環(huán)境可持續(xù)性。