背景介紹:溫室氣體(GHG)排放越來(lái)越受到社會(huì)所有部門(mén)的關(guān)注，因此也涉及廢水處理。N 2 O的形成是所有生物脫氮過(guò)程的常見(jiàn)問(wèn)題，N2O排放的一般機(jī)制已被了解，但實(shí)際排放因地點(diǎn)而異，并取決于幾個(gè)重疊因素。為了在保持脫氮效率的情況下減少這些排放，了解此類(lèi)排放很重要。盡管近年來(lái)進(jìn)行了大量研究，但在城市污水處理處理的溫室氣體排放方面仍然存在很大的不確定性。特別是在不同處理過(guò)程之上的單個(gè)位置進(jìn)行的短期濃度測(cè)量意味著排放估算存在重大不確定性。盡管量化這些排放的測(cè)量?jī)x器和設(shè)備已經(jīng)改進(jìn)，但設(shè)備的密集處理或昂貴的自動(dòng)分析通常意味著只能進(jìn)行限時(shí)測(cè)量，尤其是在開(kāi)放式污水處理廠中。

一種方法是測(cè)量水相中溶解的N2O，然后可以直接監(jiān)測(cè)過(guò)程變化及其對(duì)N2O形成的影響。然而由于N2O既產(chǎn)生又消耗，排放估算需要對(duì)過(guò)程廢氣的實(shí)際排放進(jìn)行適當(dāng)建模。雖然傳感器可以測(cè)量溶解的N2O，傳感器太脆弱和不穩(wěn)定，無(wú)法在全尺寸過(guò)程中定期使用。這些項(xiàng)目之前的努力和經(jīng)驗(yàn)以及溶解N2O傳感器的進(jìn)一步改進(jìn)，可以通過(guò)將測(cè)量結(jié)果與非曝氣區(qū)相結(jié)合來(lái)估算曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)的N2O向空氣的總排放量。建立排放模型。研究人員在瑞典污水處理廠的一次測(cè)量活動(dòng)中，將連續(xù)溶解的N2O測(cè)量與排放模型相結(jié)合，并在全規(guī)模活性污泥工藝的完全封閉的工藝環(huán)境中對(duì)同時(shí)進(jìn)行的廢氣測(cè)量進(jìn)行了比較。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

用于測(cè)量水相中溶解的N 2 O的傳感器是由位于丹麥奧胡斯的Unisense Environment A/S提供的Clark型微傳感器。在測(cè)量過(guò)程中，N2O水傳感器被放置在流域的不同位置，在充氣區(qū)和非充氣區(qū)進(jìn)行測(cè)量。水傳感器測(cè)量溶解的N 2 O和水溫。傳感器每周校準(zhǔn)一次，因?yàn)樵谑褂玫膫鞲衅靼姹局兄荒茏x取標(biāo)準(zhǔn)毫安(mA)信號(hào)讀數(shù)。在這些校準(zhǔn)期間，沒(méi)有觀察到校準(zhǔn)的顯著影響。校準(zhǔn)是通過(guò)使用N 2O的標(biāo)準(zhǔn)2點(diǎn)校準(zhǔn)法進(jìn)行的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用數(shù)學(xué)排放模型計(jì)算了傳統(tǒng)活性污泥工藝的總氧化亞氮(N2O)排放量。用N2O微電極傳感器將N2O溶解在水相中。計(jì)算的排放量顯示出良好的一致性，測(cè)量排放量基于煙氣通風(fēng)系統(tǒng)中來(lái)自密閉過(guò)程的濃度和氣流。各種各樣的測(cè)試都有潛在的影響，參數(shù)表明該模型的排放估計(jì)穩(wěn)健可靠。因此，輸入數(shù)據(jù)中常見(jiàn)的不確定性仍然是好的，溶解N2O的測(cè)量需要較低的維護(hù)和基于這些測(cè)量的N2O排放監(jiān)測(cè)，這可以認(rèn)為是一項(xiàng)重大的實(shí)際改進(jìn)，特別是在非封閉廢水，這將是有利的。

圖1、2015年5月11日至7月14日期間，在K?ppala污水處理廠BB11區(qū)的通風(fēng)空氣中測(cè)得的一氧化二氮(N 2 O)濃度。

圖2、2015年5月11日至7月14日期間，工藝水溫度和測(cè)量的水相中的N 2 O濃度。圖中顯示了在工藝水中測(cè)得的N2O濃度和溫度。在某些時(shí)期（陰影區(qū)域），水傳感器被放置在處理線(xiàn)的非曝氣區(qū)域內(nèi)，并且在這些時(shí)期，N2O的測(cè)量值接近于零，具有正讀數(shù)和負(fù)讀數(shù)。由于這些非常低的濃度還涉及正確讀數(shù)的高不確定性，因此評(píng)估中排除了這些數(shù)據(jù)點(diǎn)。在非曝氣區(qū)測(cè)量的主要結(jié)果是沒(méi)有形成大量的N2O，并且由于沒(méi)有進(jìn)行曝氣，可能形成的N2O沒(méi)有被汽提而是留在水中。N2O在這些區(qū)域中可能形成的要么在水通過(guò)曝氣區(qū)時(shí)排放到廢氣中，要么隨流出物一起排放，并可能在污水處理廠的后期排放。。

圖3、在5月11日至7月14日期間，分別放置在曝氣區(qū)和通風(fēng)空氣中時(shí)，根據(jù)水傳感器的濃度測(cè)量結(jié)果計(jì)算(Calc)和測(cè)量(Ref)N2O排放量。

圖4、靈敏度模擬的標(biāo)準(zhǔn)化排放(a)和一個(gè)模擬的特寫(xiě)，顯示了2015年5月11日至7月14日期間反應(yīng)堆深度變化±50%(b)的影響。

結(jié)論與展望

本論文基于在線(xiàn)N2O水傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（unisense）對(duì)傳統(tǒng)活性污泥工藝的總N2O排放計(jì)算結(jié)果為每天0–20 kg N2O–N，并且與基于廢氣中的測(cè)量濃度和氣流計(jì)算的排放量計(jì)算結(jié)果一致過(guò)程中的通風(fēng)系統(tǒng)，本論文提供了有關(guān)N2O濃度和總排放量的連續(xù)信息的優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步意味著可以更好地了解和減輕污水處理廠的N2O排放量。這種緩解措施通常基于特定的測(cè)量活動(dòng)，這些活動(dòng)可能會(huì)因繼承的局限性而錯(cuò)過(guò)過(guò)程變化和趨勢(shì)。由于水相中的濃度測(cè)量提供了穩(wěn)定的測(cè)量，即使在移動(dòng)到不同位置時(shí)也需要最少的維護(hù)，因此基于此類(lèi)測(cè)量的總N2O排放計(jì)算可能被認(rèn)為是可行的。這在需要復(fù)雜廢氣測(cè)量的非封閉式WWTP中尤其有利。最后由于傳感器像標(biāo)準(zhǔn)分析傳感器一樣連接到WWTP的SCADA系統(tǒng)，因此可以直接和實(shí)時(shí)地合并排放計(jì)算。所呈現(xiàn)的N2O水傳感器的結(jié)果和性能基于在具有特定過(guò)程特性的特定污水處理廠的全面測(cè)試。本論文研究在這里評(píng)估了水傳感器/模型的穩(wěn)健性表明該系統(tǒng)應(yīng)該可以在具有類(lèi)似過(guò)程特征的其他污水處理廠運(yùn)行工作。