N2O emissions from full-scale nitrifying biofilters

全規模硝化生物濾池的N2O排放

來源：Water Research, Volume 102, 2016, Pages 41-51

《水研究》，第102卷，2016年，第41-51頁

 

摘要

摘要指出，本研究在全規模硝化生物濾池上進行了兩個監測時期（2014年9月和2015年2月）的連續監測，測量了氣體和液體N2O通量。結果顯示N2O排放存在晝夜和季節變異性。通過統計模型確定了主要操作參數對N2O排放的影響。溫度和曝氣流量改變了N2O在氣相和液相之間的分配，這是由于體積傳質系數的變化。在硝化性能相似的情況下，冬季N2O排放因子是夏季的兩倍。冬季N2O排放增加與較高出水亞硝酸鹽濃度和疑似生物膜厚度增加相關。

 

研究目的

研究目的是提供硝化生物濾池N2O排放因子的量級，評估排放的時間變異性與過程操作條件的關系，最終為實踐者提供驗證數據，以更好地評估生物濾池性能，考慮溫室氣體排放。

 

研究思路

研究思路包括在兩個監測時期（夏季和冬季）連續監測全規模硝化生物濾池的N2O排放。使用丹麥Unisense N2O微傳感器在線測量溶解N2O濃度，氣體樣品通過浮動室收集，并結合在線傳感器和取樣分析銨、硝酸鹽、亞硝酸鹽等參數。通過計算通量和排放因子，分析N2O動態與操作參數（如溫度、銨負載、曝氣流量）的關系。使用多元回歸模型進行統計分析，識別影響N2O排放的關鍵參數。

 

測量的數據及研究意義

1 數據來自圖4：測量了夏季和冬季campaign中N2O排放率、銨負載和出水溫度的動態變化。研究意義是這些數據顯示了N2O排放的晝夜和季節變異性，幫助量化排放因子，并揭示溫度對排放的影響，為理解環境條件的作用提供基礎。

 

2 數據來自表2：提供了每日氣體、液體和總N2O排放因子，顯示夏季平均排放因子為2.26%±0.46%（以去除的銨計），冬季為4.86%±0.54%。研究意義是這些數據量化了N2O排放的規模，突出季節性差異，并強調溶解N2O通量在總排放中的貢獻，為減排策略提供依據。

 

3 數據來自圖5：測量了過濾周期內N2O排放和操作參數（如銨濃度、曝氣流量）的變化。研究意義是顯示N2O排放隨過濾時間增加，表明生物膜擴展可能促進排放，為優化反沖洗頻率提供見解。

 

4 數據來自圖6：測量了曝氣流量對N2O排放的影響，顯示增加曝氣流量未顯著改變總排放率，但改變了氣液分配。研究意義是表明曝氣控制對N2O產生有限，但影響傳質，有助于操作優化。

 

5 數據來自表1：總結了操作條件（如液體流量、水力負載、銨負載）和去除性能。研究意義是這些數據表征了生物濾池的運行狀態，顯示冬季負載略低但性能相似，為N2O排放分析提供背景。

 

6 數據來自圖3：測量了銨消耗和硝酸鹽生產的去除效率，平均銨去除率約83%。研究意義是確認生物濾池的高效硝化能力，支持N2O排放與過程性能的關聯分析。

 

結論

1 N2O排放率和排放因子具有高晝夜變異性，同一過濾周期內最大最小排放因子比平均為2，表明操作條件動態影響排放。

2 溶解N2O占總排放的20%至46%，取決于溫度和曝氣流量，強調需同時量化氣體和液體通量以準確評估排放。

3 冬季排放因子是夏季的兩倍，與較高亞硝酸鹽濃度和疑似生物膜厚度增加相關，建議控制生物膜厚度以減排。

4 統計模型顯示N2O排放與出水溫度、進水銨濃度、進水流量、進水硝酸鹽濃度、過濾時間和曝氣流量相關，為參數優化提供方向。

5 研究結果填補了全規模硝化生物濾池N2O排放數據的空白，顯示排放因子在活性污泥廠范圍內，但IPCC默認因子低估了排放。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense N2O微傳感器（型號N2O-R）在線測量溶解N2O濃度，提供了高時間分辨率的實時數據。研究意義在于，這種測量允許精確捕捉N2O的瞬時動態，如晝夜變化和過濾周期內的積累模式，使排放因子計算更可靠。傳感器數據幫助識別溶解N2O在總通量中的占比，特別是在冬季低溫下，液相貢獻增加至46%，突出了傳質系數的影響。這種高精度監測支持了統計模型的發展，揭示了溫度、銨負載等參數與N2O排放的因果關系，為全規模污水處理廠的N2O減排提供了實證基礎，并強調了在評估生物濾池性能時需考慮溶解相排放的重要性。