Potential of nitrous oxide recovery from an aerobic/oxic/anoxic SBR process

從好氧/好氧/缺氧SBR過程中回收一氧化二氮的潛力

來源：Water Science & Technology, Volume 73, Issue 5, 2016, Pages 1061-1066

《水科學與技術》第73卷第5期，2016年，第1061-1066頁

 

摘要：

摘要部分闡述了本研究開發了一個厭氧/好氧/缺氧（A/O/A）序批式反應器（SBR）系統，用于從含氨和葡萄糖的合成廢水中回收一氧化二氮（N2O）。系統首先在A/O模式下啟動實現亞硝化（氨到亞硝酸鹽），然后切換到A/O/A模式。通過測量溶解N2O濃度和釋放率，計算N2O的總產量和轉化率，以揭示在延長缺氧階段生產回收N2O的潛力。結果顯示，A/O/A SBR能通過異養反亞硝化將系統中大部分亞硝酸鹽轉化為N2O，轉化率可達77%。因此，A/O/A SBR展示了從含氨和有機碳廢水中生產回收N2O的潛力。

 

研究目的：

研究目的是開發一種更簡單的過程，從廢水中回收N2O，特別是通過單SBR系統實現亞硝化和反亞硝化，以生產N2O用于能源回收，減少溫室氣體排放并提高廢水處理廠的能源效率。

 

研究思路：

研究思路包括啟動SBR系統在A/O模式下實現亞硝化，然后切換到A/O/A模式，延長缺氧階段以促進異養反亞硝化。使用丹麥Unisense微電極實時監測溶解N2O濃度，結合水質參數（如NH4-N、NO2-N、DO、pH）測量，計算N2O釋放率和總產量。通過調整操作條件（如COD濃度和曝氣強度），評估N2O生產動態和轉化效率，并探討能源回收潛力。

 

測量的數據及研究意義：

1 測量了溶解N2O濃度、N2O釋放率、總N2O產量、NH4-N、NO2-N、NO3-N、DO和pH等參數。數據來自圖1、圖2、圖3、圖4和圖5。例如，圖1顯示了曝氣強度40 L/h下N2O濃度、累積釋放量、總產量、釋放率和總產率的時間曲線，以及相應氮化合物和DO的變化。

研究意義在于這些數據量化了N2O生產動態，揭示了亞硝化過程中N2O的產生高峰和缺氧階段的轉化效率，為優化操作參數（如缺氧時間）提供依據，實現高轉化率。

 

 

 

 

 

2 測量了不同COD濃度（265、530、1060 mg/L）對N2O生產的影響。數據來自文本描述，涉及COD/N比的影響。

研究意義在于確定最佳COD/N比（大于2.2）以確保亞硝酸鹽完全轉化為N2O，避免殘留，指導廢水處理工藝設計。

 

3 測量了MLSS變化和特定N2O產率。數據來自文本，如MLSS從5470降至4888 mg/L，特定產率0.58 mg-N/g MLSS/h。

研究意義在于評估微生物活性和系統穩定性，證實異養反亞硝化的可持續性。

 

結論：

1 A/O/A SBR模式能將亞硝化產生的亞硝酸鹽高效轉化為N2O，轉化率達77%，高于傳統方法。

2 在進水氨氮240 mg/L、COD濃度530-1060 mg/L（COD/N比大于2.2）條件下，系統能穩定生產N2O，適用于實際廢水。

3 N2O回收具有能源回收潛力，可用于改善沼氣燃燒，提高能源效率。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

使用丹麥Unisense微電極測量溶解N2O數據的研究意義在于實現了高精度、實時監測N2O濃度動態，檢測限低且響應快速。電極數據（如圖1、圖4所示）直接提供了溶解N2O的瞬態變化，使研究能準確計算釋放率和總產量（通過公式r_e = k C_N2O），驗證了質量傳遞模型。這種測量能力幫助識別N2O生產的關鍵點（如高峰濃度），揭示異養反亞硝化在缺氧階段的主導作用（如圖3所示），并優化過程控制（如停止曝氣時機）。電極的高可靠性（通過校準確保）為N2O回收工藝的開發和放大提供了關鍵數據支撐，提升了實驗的準確性和應用價值。