實驗B：攪拌的影響


攪拌速度影響生物廢水處理過程中活性污泥的絮體大小。為了研究攪拌對生物廢水處理過程缺氧單元中N2O排放的影響，在實驗B中選擇了150、200、250、300和350 r/min的攪拌速度。這些速度由攪拌器控制。


實驗C：曝氣的影響


如前所述，低溶解氧濃度導(dǎo)致N2O排放增加。生物廢水處理過程好氧單元中的曝氣率直接影響好氧單元中的溶解氧濃度。實驗C考察了低和中度曝氣率對N2O排放的影響。在開始實驗C之前，組裝了一個曝氣系統(tǒng)。擴散器放置在燒杯底部，空氣由空氣壓縮機泵入燒杯。在實驗C中選擇了60、70、80、90、100、110和120 L/h的曝氣率。空氣流量由流量計監(jiān)測。


N2O測量


使用克拉克型微電極連續(xù)測量水中N2O濃度剖面。N2O微電極和微傳感器監(jiān)測儀購自Unisense。微電極按照Unisense提供的說明用兩點法進行校準。在實驗A中，由于水中N2O濃度下降非常緩慢，測量之間的時間間隔不固定。在實驗B和C中，測量之間的時間間隔為1秒。


N2O從水到空氣的擴散

過去曾使用雙膜理論、滲透模型和表面更新模型來解釋氣體通過液-氣界面?zhèn)鬟f的機制。最簡單和最常用的是雙膜理論。在超過95%的情況下，用雙膜理論得到的結(jié)果與用更復(fù)雜理論得到的結(jié)果基本相同。本工作中，N2O穿過液-氣界面?zhèn)鬟f的機制用雙膜理論闡明。當N2O從水擴散到空氣中時，水中的N2O濃度可用公式（1）計算。其中KLaN2O是N2O從水到空氣的體積傳質(zhì)系數(shù)；CN2O是水中的N2O濃度；CS是與大氣中N2O分壓平衡的液-氣界面處的N2O濃度；t是時間。如前所述，CS可視為0.0 mg/L。公式（1）可改寫為公式（2）。求解公式（2），CN2O等于公式（3）。當t等于0時，CN2O等于水中的初始N2O濃度C0。因此，k0可求解并等于ln(C0)。公式（3）可改寫為公式（4）。N2O的體積傳質(zhì)系數(shù)KLaN2O是控制N2O從水到空氣排放的關(guān)鍵參數(shù)。方程中的“-”表示N2O濃度隨時間增加而衰減。基于連續(xù)監(jiān)測，通過使用指數(shù)回歸擬合監(jiān)測數(shù)據(jù)，確定了公式（4）中的C0和KLaN2O。


結(jié)果與討論


風(fēng)速對N2O排放的影響

當風(fēng)速為0.0 m/s時，水中N2O濃度下降非常緩慢。N2O濃度從6.21 mg/L降至3.13 mg/L幾乎需要7小時（圖2）。通過使用指數(shù)回歸擬合獲得的數(shù)據(jù)，確定了不同風(fēng)速下公式（4）中的C0和KLaN2O。當風(fēng)速從0.0增加到3.0 m/s時，KLaN2O從0.0017增加到0.0074 min-1。風(fēng)速與KLaN2O之間存在線性關(guān)系（圖3）。當風(fēng)速為0.0、0.5、1.5和3.0 m/s時，決定系數(shù)分別為0.9695、0.9941、0.9926和0.9914，標準偏差分別為0.1733、0.0388、0.0469和0.0490。回歸與觀測之間的誤差很小。本研究中穩(wěn)定條件下獲得的KLaN2O小于Zhang等在非曝氣條件下獲得的0.0036 min-1。盡管兩個值之間存在一些差異，但在這兩種條件下KLaN2O都非常小，均小于0.01 min-1。

N2O從水到空氣的擴散受傳質(zhì)總阻力控制，總阻力等于氣相和液相阻力之和。阻力與氣膜和液膜的厚度、氣相和液相的湍流、表面更新率等有關(guān)。基于雙膜理論，隨著風(fēng)速增加，主要影響氣相，氣相湍流增強，氣膜厚度減小。然而，液相中的阻力仍然存在且沒有降低。因此，氣相阻力降低，KLaN2O增加。當風(fēng)速從0.0增加到3.0 m/s時，不同風(fēng)速下的KLaN2O保持在同一數(shù)量級，且低于0.01 min-1。風(fēng)對N2O排放的影響有限。


攪拌速度對N2O排放的影響

與風(fēng)對N2O排放的影響類似，攪拌也促進了N2O從水到空氣的排放。水中N2O濃度的變化與公式（4）吻合（圖4）。以穩(wěn)定條件下的KLaN2O為參考，當攪拌速度增加到350 r/min時，KLaN2O從0.0017增加到0.3263 min-1。與風(fēng)速和KLaN2O之間的線性關(guān)系不同，攪拌速度與KLaN2O之間存在指數(shù)關(guān)系（圖5）。當攪拌速度低于200 r/min時，KLaN2O隨攪拌速度的增加而緩慢增加。然而，當攪拌速度高于200 r/min時，KLaN2O隨攪拌速度的增加而迅速增加（圖5）。當攪拌速度為150、200、250、300和350 r/min時，R2分別為0.9992、0.9986、1.0000、0.9999和0.9999，SD分別為0.0157、0.0210、0.0042、0.0043和0.0059。回歸與觀測之間的差異也非常小。