N2O emissions from full-scale nitrifying biofilters

全規(guī)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(guī)模硝化生物濾池上進(jìn)行了兩個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)期（2014年9月和2015年2月）的連續(xù)監(jiān)測(cè)，測(cè)量了氣體和液體N2O通量。結(jié)果顯示N2O排放存在晝夜和季節(jié)變異性。通過統(tǒng)計(jì)模型確定了主要操作參數(shù)對(duì)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(zhì)系數(shù)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(guān)。

 

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(jí)，評(píng)估排放的時(shí)間變異性與過程操作條件的關(guān)系，最終為實(shí)踐者提供驗(yàn)證數(shù)據(jù)，以更好地評(píng)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(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)期（夏季和冬季）連續(xù)監(jiān)測(cè)全規(guī)模硝化生物濾池的N2O排放。使用丹麥Unisense N2O微傳感器在線測(cè)量溶解N2O濃度，氣體樣品通過浮動(dòng)室收集，并結(jié)合在線傳感器和取樣分析銨、硝酸鹽、亞硝酸鹽等參數(shù)。通過計(jì)算通量和排放因子，分析N2O動(dòng)態(tài)與操作參數(shù)（如溫度、銨負(fù)載、曝氣流量）的關(guān)系。使用多元回歸模型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，識(shí)別影響N2O排放的關(guān)鍵參數(shù)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 數(shù)據(jù)來自圖4：測(cè)量了夏季和冬季campaign中N2O排放率、銨負(fù)載和出水溫度的動(dòng)態(tài)變化。研究意義是這些數(shù)據(jù)顯示了N2O排放的晝夜和季節(jié)變異性，幫助量化排放因子，并揭示溫度對(duì)排放的影響，為理解環(huán)境條件的作用提供基礎(chǔ)。

 

2 數(shù)據(jù)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(jì)），冬季為4.86%±0.54%。研究意義是這些數(shù)據(jù)量化了N2O排放的規(guī)模，突出季節(jié)性差異，并強(qiáng)調(diào)溶解N2O通量在總排放中的貢獻(xiàn)，為減排策略提供依據(jù)。

 

3 數(shù)據(jù)來自圖5：測(cè)量了過濾周期內(nèi)N2O排放和操作參數(shù)（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(shí)間增加，表明生物膜擴(kuò)展可能促進(jìn)排放，為優(yōu)化反沖洗頻率提供見解。

 

4 數(shù)據(jù)來自圖6：測(cè)量了曝氣流量對(duì)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(duì)N2O產(chǎn)生有限，但影響傳質(zhì)，有助于操作優(yōu)化。

 

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

 

6 數(shù)據(jù)來自圖3：測(cè)量了銨消耗和硝酸鹽生產(chǎn)的去除效率，平均銨去除率約83%。研究意義是確認(rèn)生物濾池的高效硝化能力，支持N2O排放與過程性能的關(guān)聯(lián)分析。

 

結(jié)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(nèi)最大最小排放因子比平均為2，表明操作條件動(dòng)態(tài)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(qiáng)調(diào)需同時(shí)量化氣體和液體通量以準(zhǔn)確評(píng)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(guān)，建議控制生物膜厚度以減排。

4 統(tǒng)計(jì)模型顯示N2O排放與出水溫度、進(jìn)水銨濃度、進(jìn)水流量、進(jìn)水硝酸鹽濃度、過濾時(shí)間和曝氣流量相關(guān)，為參數(shù)優(yōu)化提供方向。

5 研究結(jié)果填補(bǔ)了全規(guī)模硝化生物濾池N2O排放數(shù)據(jù)的空白，顯示排放因子在活性污泥廠范圍內(nèi)，但I(xiàn)PCC默認(rèn)因子低估了排放。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense N2O微傳感器（型號(hào)N2O-R）在線測(cè)量溶解N2O濃度，提供了高時(shí)間分辨率的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。研究意義在于，這種測(cè)量允許精確捕捉N2O的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)，如晝夜變化和過濾周期內(nèi)的積累模式，使排放因子計(jì)算更可靠。傳感器數(shù)據(jù)幫助識(shí)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(xiàn)增加至46%，突出了傳質(zhì)系數(shù)的影響。這種高精度監(jiān)測(cè)支持了統(tǒng)計(jì)模型的發(fā)展，揭示了溫度、銨負(fù)載等參數(shù)與N2O排放的因果關(guān)系，為全規(guī)模污水處理廠的N2O減排提供了實(shí)證基礎(chǔ)，并強(qiáng)調(diào)了在評(píng)估生物濾池性能時(shí)需考慮溶解相排放的重要性。