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(yǎng)部分亞硝化反應(yīng)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(yǎng)部分亞硝化反應(yīng)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(nèi)的氮轉(zhuǎn)化，顯示N2O生產(chǎn)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(yǎng)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(yōu)化工藝參數(shù)并減少溫室氣體排放。

 

研究思路

研究思路首先在實驗室規(guī)模序批式反應(yīng)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(nèi)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(jié)合兩者分析N2O產(chǎn)生途徑。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 N2O排放量和排放因子數(shù)據(jù)：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(fù)影響，顯示高溶解氧可降低排放因子，為控制工藝參數(shù)以減少溫室氣體提供依據(jù)。

 

 

2 典型周期氮轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)：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(wěn)定性，并證明反硝化途徑的存在，幫助理解N2O產(chǎn)生的動態(tài)過程。

 

3 氨氧化速率和N2O排放率關(guān)系數(shù)據(jù)：分析了氨氧化速率、亞硝酸鹽生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)氨氧化速率與N2O排放率負(fù)相關(guān)，而游離亞硝酸濃度影響不顯著，為理解N2O產(chǎn)生機制提供關(guān)鍵參數(shù)。

 

 

4 微剖面和凈體積速率數(shù)據(jù)：使用微電極測量了污泥聚集體內(nèi)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(nèi)部氮轉(zhuǎn)化熱點區(qū)域，顯示低溶解氧時內(nèi)層反硝化途徑貢獻(xiàn)增加，從微觀角度解釋N2O排放機制。

 

 

 

結(jié)論

溶解氧濃度對N2O排放有負(fù)影響，高溶解氧可降低排放因子。N2O產(chǎn)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(nèi)層在低氧條件下貢獻(xiàn)更多N2O生產(chǎn)。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense微電極測量數(shù)據(jù)的研究意義在于實現(xiàn)了高空間分辨率的原位監(jiān)測，能夠精確捕捉污泥聚集體內(nèi)部的微觀環(huán)境變化。微電極系統(tǒng)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(shù)據(jù)。這有助于揭示氮轉(zhuǎn)化過程的異質(zhì)性，例如識別外層為高活性硝化區(qū)，內(nèi)層為反硝化區(qū)。通過計算凈體積速率，可以量化不同區(qū)域的N2O生產(chǎn)貢獻(xiàn)，從而區(qū)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(chǎn)生機制和優(yōu)化反應(yīng)器設(shè)計提供了直接證據(jù)，最終支持減少溫室氣體排放的實踐策略。