Effect of anoxic to aerobic duration ratios on nitrogen removal and nitrous oxide emission in the multiple anoxic/aerobic process

缺氧與好氧持續時間比例對多重缺氧/好氧工藝中氮去除和氧化亞氮排放的影響

來源：Environmental Technology, Volume 40, 2019 - Issue 13，Published online: 31 Jan 2018"

《環境技術》，第40卷第13期，2019年，在線出版日期：2018年1月31日

 

摘要

這篇論文研究了多重缺氧/好氧工藝中氮去除和氧化亞氮排放特性。使用三個序批式反應器，設置不同缺氧持續時間（50分鐘、40分鐘、30分鐘）和固定好氧持續時間30分鐘。結果表明，在缺氧持續時間50分鐘的反應器中，總無機氮去除率最高達85.8%，而在缺氧持續時間30分鐘的反應器中，N2O排放因子最低為1.9%。通過批量實驗發現，溫度變化影響anammox活性，且N2O排放主要與缺氧階段和亞硝酸鹽積累相關。研究為優化工藝參數、減少溫室氣體排放提供了依據。

 

研究目的

本研究旨在探討缺氧與好氧持續時間比例對多重缺氧/好氧工藝中氮去除效率和氧化亞氮排放的影響，并識別N2O排放的主要途徑，從而提出優化策略以減少溫室氣體排放，同時維持高效氮去除。

 

研究思路

研究思路包括：首先，建立三個平行序批式反應器，設置不同缺氧持續時間（50分鐘、40分鐘、30分鐘）和固定好氧持續時間30分鐘，模擬多重缺氧/好氧工藝；其次，在穩定運行狀態下，監測反應器性能，包括氮去除和N2O排放；然后，進行批量實驗，分別研究硝化、反硝化和同步硝化反硝化過程中的N2O排放特性；最后，通過微生物群落分析，探討微生物結構對工藝性能的影響。

 

測量的數據及研究意義

1. 系統性能數據，來自表1，包括總無機氮去除百分比和N2O排放因子。研究意義是直接比較不同缺氧/好氧比例下的氮去除效率和N2O排放，顯示高缺氧比例（如50分鐘）提高氮去除，但需平衡N2O排放，為工藝優化提供定量依據。

 

2. 動態參數數據，來自圖1，顯示反應周期內NH4-N、NO2-N、NO3-N和溶解N2O濃度變化。研究意義是揭示N2O排放與亞硝酸鹽積累的相關性，表明缺氧階段中N2O生成主要發生在反硝化過程，指導控制亞硝酸鹽濃度以減少排放。

 

3. 批量實驗生物動力學數據，來自表2、3、4，如硝化速率、反硝化速率和N2O排放因子。研究意義是量化不同條件下N2O排放途徑，證實添加亞硝酸鹽會增加N2O排放，反硝化過程中細胞內碳源利用導致高排放，支持工藝中碳源管理和缺氧時間調整。

 

 

 

 

結論

1. 缺氧持續時間比例顯著影響氮去除效率，高比例（如50分鐘缺氧）提高總無機氮去除率，但需注意N2O排放控制。

2. N2O排放受亞硝酸鹽積累和缺氧時間影響，減少亞硝酸鹽濃度和延長缺氧時間可降低排放。

3. 微生物群落分析顯示Proteobacteria和Bacteroidetes為優勢菌門，缺氧時間影響Nitrospira豐度，間接影響氮轉化路徑。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense公司生產的N2O微電極測量溶解N2O濃度數據，其研究意義在于能夠實時、原位監測N2O的動態變化，以高時間分辨率捕捉排放峰值和趨勢。例如，在批量實驗中，該電極連續記錄N2O濃度隨時間的變化，幫助識別反硝化過程中N2O的生成和還原階段，為分析排放機制提供精確數據。這種技術避免了傳統采樣方法的時間延遲，提高了數據可靠性，使研究能夠準確評估工藝參數對N2O排放的影響，從而支持溫室氣體減排策略的制定。