Comparison of nitrous oxide(N2O) emissions calculations at a Swedish wastewater treatment plant based on water concentrations versus off-gas concentrations

基于水濃度與廢氣濃度的瑞典污水處理廠一氧化二氮排放計(jì)算比較

來(lái)源：Advances in Climate Change Research, Volume 7, 2016, Pages 185-191

《氣候變化研究進(jìn)展》第7卷，2016年，第185-191頁(yè)

 

摘要

摘要部分闡述了本研究使用數(shù)學(xué)模型和溶解N2O水傳感器計(jì)算了傳統(tǒng)活性污泥工藝的總N2O排放量，基于水相中的溶解N2O濃度。計(jì)算排放量與基于工藝廢氣通風(fēng)系統(tǒng)中濃度和氣流量的測(cè)量排放量顯示出良好一致性。對(duì)各種可能影響參數(shù)的測(cè)試表明模型排放估算穩(wěn)健可靠，即使輸入數(shù)據(jù)存在常見(jiàn)不確定性也能提供良好估算。溶解N2O測(cè)量維護(hù)需求低，因此基于此類測(cè)量的N2O排放監(jiān)測(cè)可視為重大實(shí)際改進(jìn)，尤其對(duì)非封閉污水處理廠優(yōu)勢(shì)明顯，因無(wú)需復(fù)雜廢氣測(cè)量。傳感器直接連接至廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)排放計(jì)算集成。

 

研究目的

研究目的是比較基于水濃度和廢氣濃度的N2O排放計(jì)算方法，驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型在估算污水處理廠N2O排放中的準(zhǔn)確性和可靠性，評(píng)估溶解N2O測(cè)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的可行性，并為非封閉廠提供簡(jiǎn)化監(jiān)測(cè)方案，以促進(jìn)溫室氣體減排。

 

研究思路

研究思路包括在瑞典Kappala污水處理廠進(jìn)行為期兩個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，在封閉活性污泥工藝中同步測(cè)量廢氣通風(fēng)系統(tǒng)中的N2O濃度和氣流速（作為參考），同時(shí)使用Unisense的Clark型微傳感器測(cè)量水相溶解N2O濃度和溫度。應(yīng)用基于傳質(zhì)理論的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)溶解N2O數(shù)據(jù)計(jì)算排放量，并與廢氣測(cè)量結(jié)果對(duì)比。進(jìn)行敏感性分析，測(cè)試模型參數(shù)（如傳感器校準(zhǔn)溫度、反應(yīng)器尺寸等）變化對(duì)估算的影響，以評(píng)估模型穩(wěn)健性。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測(cè)量了廢氣通風(fēng)系統(tǒng)中的N2O濃度隨時(shí)間變化，數(shù)據(jù)來(lái)自圖1，顯示日度和周度波動(dòng)。

研究意義在于提供參考排放基準(zhǔn)，揭示工藝操作（如氣流變化）對(duì)N2O動(dòng)態(tài)的影響，驗(yàn)證水基方法的準(zhǔn)確性。

 

 

2 測(cè)量了水相中的溶解N2O濃度和工藝水溫，數(shù)據(jù)來(lái)自圖2，包括在曝氣和非曝氣區(qū)的測(cè)量，非曝氣區(qū)濃度接近零。

研究意義在于直接捕獲N2O在水相中的產(chǎn)生和消耗動(dòng)態(tài)，證實(shí)非曝氣區(qū)N2O形成可忽略，簡(jiǎn)化模型應(yīng)用。

 

3 測(cè)量了基于水濃度和廢氣濃度計(jì)算的N2O排放量，數(shù)據(jù)來(lái)自圖3，顯示兩者趨勢(shì)一致。

研究意義在于證明水基模型能準(zhǔn)確反映排放動(dòng)態(tài)，減少對(duì)復(fù)雜廢氣測(cè)量的依賴，降低監(jiān)測(cè)成本。

 

4 測(cè)量了模型參數(shù)變化對(duì)排放估算的影響，通過(guò)敏感性分析，數(shù)據(jù)來(lái)自圖4a和4b，顯示參數(shù)變化對(duì)結(jié)果影響有限。

研究意義在于驗(yàn)證模型穩(wěn)健性，表明即使輸入數(shù)據(jù)存在不確定性，排放估算仍可靠，增強(qiáng)方法在實(shí)際應(yīng)用中的可信度。

 

 

 

結(jié)論

1 基于水濃度計(jì)算的N2O排放量與廢氣方法結(jié)果高度一致，日排放量0-20 kg N2O-N，證實(shí)模型準(zhǔn)確性。

2 敏感性分析表明模型對(duì)參數(shù)變化不敏感，輸入數(shù)據(jù)不確定性對(duì)總排放預(yù)測(cè)影響小，方法穩(wěn)健可靠。

3 溶解N2O測(cè)量技術(shù)維護(hù)需求低，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，優(yōu)于短期廢氣測(cè)量，有助于實(shí)時(shí)理解和減排N2O。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測(cè)量溶解N2O數(shù)據(jù)的研究意義在于實(shí)現(xiàn)了高精度、實(shí)時(shí)、連續(xù)的水相N2O濃度監(jiān)測(cè)，克服了傳統(tǒng)廢氣測(cè)量的復(fù)雜性和局限性。電極的Clark型微傳感器設(shè)計(jì)提供了穩(wěn)定信號(hào)和低維護(hù)需求（僅需每周校準(zhǔn)），適用于長(zhǎng)期部署。通過(guò)直接測(cè)量水相濃度，研究能捕捉N2O產(chǎn)生和消耗的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)（如圖2所示），為模型提供可靠輸入。這種測(cè)量方式避免了非封閉廠中廢氣采集的難題，降低了監(jiān)測(cè)成本。電極數(shù)據(jù)與SCADA系統(tǒng)集成支持實(shí)時(shí)排放計(jì)算，促進(jìn)主動(dòng)減排策略。此外，敏感性分析驗(yàn)證了電極數(shù)據(jù)的魯棒性，增強(qiáng)了方法在多樣化污水處理廠中的適用性，為溫室氣體管理提供了實(shí)用工具。