Assessment of Full-Scale N2O Emission Characteristics and Testing of Control Concepts in an Activated Sludge Wastewater Treatment Plant with Alternating Aerobic and Anoxic Phases

在交替好氧和缺氧相的活性污泥污水處理廠中評估全規模N2O排放特性及控制概念測試

來源：Environmental Science & Technology, Volume 53, Issue 21, 2019,Pages 12485-12494

《環境科學與技術》，第53卷第21期，2019年，頁碼12485-12494

 

摘要

摘要指出研究旨在獲得可轉化為可行控制策略的全規模N2O排放特性，并進行全規模測試。長期監測數據顯示，N2O排放在水溫下降季節較低，上升季節較高。好氧相主要通過羥胺途徑貢獻N2O生產/排放，而缺氧相中異養細菌有雙重作用，可能產生和消耗N2O。不完全反硝化是缺氧相N2O排放的主因。通過延長缺氧相長度可控制N2O積累。全規模測試驗證了降低溶解氧設定點可減少60%的N2O排放。

 

研究目的

研究目的是量化全規模N2O排放，探索其與過程變量的關系，開發可行的N2O控制策略，并通過全規模測試驗證控制概念，以減輕污水處理廠溫室氣體排放。

 

研究思路

研究思路基于丹麥Avedore污水處理廠的12個月長期監測數據，分析季節性N2O排放模式、典型操作循環中的動態行為，并進行多變量統計分析。提出控制概念如延長缺氧相和降低DO設定點，并在全規模進行測試，以評估其有效性。

 

測量的數據及研究意義

1 N2O排放率數據：來自圖2和圖7，顯示季節性變化，如水溫上升季節排放率高，下降季節低；全規模測試中降低DO設定點使排放率減少60%。研究意義是量化排放動態，識別高排放風險期，為季節性控制提供依據，驗證DO調控的有效性。

 

 

2 過程變量數據（NH4+、NO3-、DO、溫度）：來自圖3、圖4和圖6，顯示好氧相N2O與NO3-正相關（PCC=0.33），缺氧相與NO3-正相關（PCC=0.40）；圖3展示三種循環模式，如不完全反硝化導致N2O積累。研究意義是揭示N2O產生途徑（如羥胺途徑和反硝化），指導通過控制過程變量（如DO和缺氧相長度）減少排放。

 

 

 

3 控制測試數據：來自表1和圖7，顯示降低DO設定點延長了好氧相13%和缺氧相33%，減少N2O排放。研究意義是驗證集成控制概念，為類似污水處理廠提供實踐參考。

 

 

結論

1 N2O排放因子在0.01%至3.55%之間，年均1.05%，高于IPCC建議的0.035%，強調需全規模監測。

2 水溫變化趨勢影響排放季節模式，上升季節排放高，下降季節低。

3 控制策略如延長缺氧相和降低DO設定點可有效減少N2O排放，全規模測試證實其可行性。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義在于其高精度原位監測能力，能夠實時量化液相N2O濃度動態。具體地，電極測量提供高分辨率數據（如每5分鐘平均值），支持準確計算N2O排放率（通過公式考慮氣相和液相傳輸），如圖2和圖3所示。這種測量幫助識別N2O產生熱點時段（如好氧相通過羥胺途徑，缺氧相通過不完全反硝化），并為多變量分析（如圖4的偏相關分析）提供可靠輸入，從而揭示過程變量（如NO3-和DO）的影響機制。研究意義是克服傳統采樣誤差，實現連續監測，為N2O排放機制研究和控制策略驗證提供關鍵工具，提升全規模污水處理的環保性能。