The impact of a seasonal change in loading rate on the nitrous oxide emissions at the WWTP of a tourist region

負(fù)荷率季節(jié)性變化對某旅游區(qū)污水處理廠氧化亞氮排放的影響

來源：Science of the Total Environment 804 (2022) 149987

 

摘要核心內(nèi)容

 

本文研究了葡萄牙阿爾加維旅游區(qū)污水處理廠（WWTP）在 旅游淡季（LS）與旺季（HS）負(fù)荷率變化 對N?O排放的影響。核心發(fā)現(xiàn)：

 

反常季節(jié)效應(yīng)：盡管HS的氮負(fù)荷率↑159%，N?O排放因子反降至4.5%（LS：7.4%）（表5），打破“高負(fù)荷致高排放”的常規(guī)認(rèn)知。

 

 

關(guān)鍵調(diào)控因子：曝氣速率與N?O呈中度負(fù)相關(guān)（PCC=-0.5），其影響超越負(fù)荷率變化（圖4）。

 

 

機(jī)制推論：高溶解氧（LS平均DO=1.37 mg/L）暗示 羥胺氧化途徑主導(dǎo) N?O產(chǎn)生（表2-3）。

 

 

 

研究目的

 

量化季節(jié)性影響：對比旅游淡/旺季負(fù)荷率變化下N?O排放差異。

辨識主控因素：解析負(fù)荷率、曝氣、DO等參數(shù)對排放的貢獻(xiàn)權(quán)重。

指導(dǎo)低碳運(yùn)行：為旅游區(qū)WWTP減排提供策略依據(jù)。

 

研究思路

 

采用 全尺度實(shí)時監(jiān)測+動態(tài)關(guān)聯(lián)分析：

 

雙季節(jié)監(jiān)測：

 

淡季（LS：4-5月）與旺季（HS：6-7月）各6周連續(xù)監(jiān)測。

覆蓋UCT工藝所有功能池（BR1-BR7）（圖2a）。

 

 

多參數(shù)同步追蹤：

 

負(fù)荷率：COD、NH??-N、PO?-P質(zhì)量負(fù)荷（表2-3）。

運(yùn)行參數(shù)：曝氣量、DO、溫度、HRT/SRT。

N?O排放：Unisense雙探頭（液相LP+氣相GP）實(shí)時監(jiān)測（圖2b-c）。

 

統(tǒng)計驗(yàn)證：

 

皮爾遜相關(guān)系數(shù)（PCC）量化曝氣/DO與N?O動態(tài)關(guān)聯(lián)（圖4）。

 

測量數(shù)據(jù)及其研究意義

1. 負(fù)荷率與運(yùn)行參數(shù)（過程尺度）

 

數(shù)據(jù)來源：

 

負(fù)荷率：HS期NH??-N負(fù)荷↑159%（表2→表3）。

 

曝氣量：HS期BR4曝氣↑105%（表3），但DO反降至0.90 mg/L（表3）。

 

研究意義：

 

證實(shí) 負(fù)荷率非N?O主控因子，推翻傳統(tǒng)假設(shè)（對比圖3a-b）。

 

2. N?O排放時空分布（排放尺度）

 

數(shù)據(jù)來源：

 

空間分布：BR4（首好氧區(qū)）貢獻(xiàn)＞80%排放（圖3），BR3/6（缺氧區(qū)）可忽略。

季節(jié)對比：LS期總排放量↑64%（圖3a vs 3b），EF達(dá)7.4%（表5）。

 

研究意義：

 

鎖定 好氧區(qū)為減排靶點(diǎn)，揭示季節(jié)調(diào)控重點(diǎn)區(qū)域。

 

3. 動態(tài)關(guān)聯(lián)分析（機(jī)制尺度）

 

數(shù)據(jù)來源：

 

PCC結(jié)果：曝氣速率與N?O呈中度負(fù)相關(guān)（LS：-0.5；HS：-0.3）（圖4）。

DO關(guān)聯(lián)：弱相關(guān)性（|PCC|＜0.2）暗示非主導(dǎo)因素。

 

研究意義：

 

曝氣速率是 獨(dú)立于DO的調(diào)控杠桿，操作調(diào)整可直接影響排放。

 

結(jié)論

 

核心發(fā)現(xiàn)：

旅游旺季 高負(fù)荷未導(dǎo)致高排放，曝氣速率提升（HS↑105%）是減排主因。

首好氧區(qū)（BR4）貢獻(xiàn)80%排放，需針對性優(yōu)化。

 

機(jī)制創(chuàng)新：

高DO下持續(xù)排放支持 羥胺氧化途徑主導(dǎo)（LS平均DO=1.37 mg/L）。

 

應(yīng)用指導(dǎo)：

精準(zhǔn)曝氣控制可兼顧處理效率與減排，尤其適用于旅游區(qū)負(fù)荷波動場景。

 

Unisense電極數(shù)據(jù)的專項(xiàng)解讀

技術(shù)優(yōu)勢

 

同步氣液監(jiān)測：

LP/GP雙探頭設(shè)計（圖2b-c）實(shí)現(xiàn)溶解N?O與氣相排放實(shí)時關(guān)聯(lián)（表4）。

浮動集氣罩（AC'SCENT®）解決開放池體排放量化難題（圖2c）。

 

高分辨率動態(tài)：

分鐘級數(shù)據(jù)捕捉曝氣調(diào)整引發(fā)的 N?O脈沖排放（圖4a-d）。

 

科學(xué)價值

 

機(jī)制解析：

溶解N?O數(shù)據(jù)（表4）證實(shí) 曝氣 stripping效應(yīng)（HS期BR4溶解N?O↓87%）。

缺氧區(qū)（BR3）低溶解N?O（＜0.11 g m?3）排除反硝化主要貢獻(xiàn)。

動態(tài)關(guān)聯(lián)：

電極數(shù)據(jù)支撐 曝氣速率→N?O負(fù)相關(guān)統(tǒng)計模型（PCC=-0.5），指導(dǎo)操作優(yōu)化。

 

管理意義

 

實(shí)時反饋：電極系統(tǒng)可集成至WWTP智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)曝氣-排放聯(lián)動調(diào)控。

全年核算：季節(jié)性排放因子（表5）提升旅游區(qū)WWTP碳足跡評估準(zhǔn)確性。

 

總結(jié)：本研究通過Unisense電極的高分辨率監(jiān)測，首次揭示旅游區(qū)污水處理廠季節(jié)性負(fù)荷變化下曝氣速率（非負(fù)荷率）是N?O排放的主控開關(guān)。其氣液同步監(jiān)測能力為復(fù)雜工況下的機(jī)制解析提供不可替代的工具支撐，推動污水處理從“經(jīng)驗(yàn)運(yùn)行”向“精準(zhǔn)減排”轉(zhuǎn)型。