Effect of anoxic to aerobic duration ratios on nitrogen removal and nitrous oxide emission in the multiple anoxic/aerobic process

缺氧與好氧持續(xù)時(shí)間比例對(duì)多重缺氧/好氧工藝中氮去除和氧化亞氮排放的影響

來(lái)源：Environmental Technology, Volume 40, 2019 - Issue 13，Published online: 31 Jan 2018"

《環(huán)境技術(shù)》，第40卷第13期，2019年，在線出版日期：2018年1月31日

 

摘要

這篇論文研究了多重缺氧/好氧工藝中氮去除和氧化亞氮排放特性。使用三個(gè)序批式反應(yīng)器，設(shè)置不同缺氧持續(xù)時(shí)間（50分鐘、40分鐘、30分鐘）和固定好氧持續(xù)時(shí)間30分鐘。結(jié)果表明，在缺氧持續(xù)時(shí)間50分鐘的反應(yīng)器中，總無(wú)機(jī)氮去除率最高達(dá)85.8%，而在缺氧持續(xù)時(shí)間30分鐘的反應(yīng)器中，N2O排放因子最低為1.9%。通過(guò)批量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溫度變化影響anammox活性，且N2O排放主要與缺氧階段和亞硝酸鹽積累相關(guān)。研究為優(yōu)化工藝參數(shù)、減少溫室氣體排放提供了依據(jù)。

 

研究目的

本研究旨在探討缺氧與好氧持續(xù)時(shí)間比例對(duì)多重缺氧/好氧工藝中氮去除效率和氧化亞氮排放的影響，并識(shí)別N2O排放的主要途徑，從而提出優(yōu)化策略以減少溫室氣體排放，同時(shí)維持高效氮去除。

 

研究思路

研究思路包括：首先，建立三個(gè)平行序批式反應(yīng)器，設(shè)置不同缺氧持續(xù)時(shí)間（50分鐘、40分鐘、30分鐘）和固定好氧持續(xù)時(shí)間30分鐘，模擬多重缺氧/好氧工藝；其次，在穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)下，監(jiān)測(cè)反應(yīng)器性能，包括氮去除和N2O排放；然后，進(jìn)行批量實(shí)驗(yàn)，分別研究硝化、反硝化和同步硝化反硝化過(guò)程中的N2O排放特性；最后，通過(guò)微生物群落分析，探討微生物結(jié)構(gòu)對(duì)工藝性能的影響。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. 系統(tǒng)性能數(shù)據(jù)，來(lái)自表1，包括總無(wú)機(jī)氮去除百分比和N2O排放因子。研究意義是直接比較不同缺氧/好氧比例下的氮去除效率和N2O排放，顯示高缺氧比例（如50分鐘）提高氮去除，但需平衡N2O排放，為工藝優(yōu)化提供定量依據(jù)。

 

2. 動(dòng)態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)，來(lái)自圖1，顯示反應(yīng)周期內(nèi)NH4-N、NO2-N、NO3-N和溶解N2O濃度變化。研究意義是揭示N2O排放與亞硝酸鹽積累的相關(guān)性，表明缺氧階段中N2O生成主要發(fā)生在反硝化過(guò)程，指導(dǎo)控制亞硝酸鹽濃度以減少排放。

 

3. 批量實(shí)驗(yàn)生物動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，來(lái)自表2、3、4，如硝化速率、反硝化速率和N2O排放因子。研究意義是量化不同條件下N2O排放途徑，證實(shí)添加亞硝酸鹽會(huì)增加N2O排放，反硝化過(guò)程中細(xì)胞內(nèi)碳源利用導(dǎo)致高排放，支持工藝中碳源管理和缺氧時(shí)間調(diào)整。

 

 

 

 

結(jié)論

1. 缺氧持續(xù)時(shí)間比例顯著影響氮去除效率，高比例（如50分鐘缺氧）提高總無(wú)機(jī)氮去除率，但需注意N2O排放控制。

2. N2O排放受亞硝酸鹽積累和缺氧時(shí)間影響，減少亞硝酸鹽濃度和延長(zhǎng)缺氧時(shí)間可降低排放。

3. 微生物群落分析顯示Proteobacteria和Bacteroidetes為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，缺氧時(shí)間影響Nitrospira豐度，間接影響氮轉(zhuǎn)化路徑。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense公司生產(chǎn)的N2O微電極測(cè)量溶解N2O濃度數(shù)據(jù)，其研究意義在于能夠?qū)崟r(shí)、原位監(jiān)測(cè)N2O的動(dòng)態(tài)變化，以高時(shí)間分辨率捕捉排放峰值和趨勢(shì)。例如，在批量實(shí)驗(yàn)中，該電極連續(xù)記錄N2O濃度隨時(shí)間的變化，幫助識(shí)別反硝化過(guò)程中N2O的生成和還原階段，為分析排放機(jī)制提供精確數(shù)據(jù)。這種技術(shù)避免了傳統(tǒng)采樣方法的時(shí)間延遲，提高了數(shù)據(jù)可靠性，使研究能夠準(zhǔn)確評(píng)估工藝參數(shù)對(duì)N2O排放的影響，從而支持溫室氣體減排策略的制定。