Free nitrous acid pretreatment of wasted activated sludge to exploit internal carbon source for enhanced denitrification

自由亞硝酸預處理廢棄活性污泥以開發內部碳源用于增強反硝化

來源：Bioresource Technology, Volume 179, 2015, Pages 20-25

《生物資源技術》，第179卷，2015年，第20-25頁

 

摘要：

這篇論文的摘要指出，利用廢棄活性污泥（WAS）中的內部碳源有利于從低碳氮比廢水中去除氮，但通常受污泥分解限制。研究提出一種基于自由亞硝酸（FNA）預處理的新策略，以強化從WAS中有機物的釋放，用于增強反硝化。在FNA預處理期間，當FNA濃度從0增加到2.04 mg HNO2-N/L時，可溶性化學需氧量（SCOD）生產持續增加。與未處理WAS相比，在同時發酵和反硝化反應器中，用FNA預處理24小時（2.04 mg HNO2-N/L）的內部碳源生產增加了50%，反硝化效率增加了76%，污泥減少增加了87.5%。更重要的是，溫室氣體一氧化二氮（N2O）在反硝化中的生產被減輕，因為FNA預處理WAS能提供更多電子。

 

研究目的：

研究目的是評估FNA預處理廢棄活性污泥的可行性，以增強內部碳源的開發，從而改善反硝化過程，減少外部碳源添加，降低污泥處理成本，并減輕N2O排放。

 

研究思路：

研究思路包括首先通過批次實驗測試FNA預處理對WAS的影響，測量不同FNA濃度（0-2.04 mg HNO2-N/L）和處理時間（0-24小時）下的SCOD、蛋白質、多糖釋放和細胞存活率。然后，運行同時發酵和反硝化（SFD）反應器，比較未處理WAS和FNA預處理WAS在反硝化性能、污泥減少和N2O生產方面的差異。實驗中使用丹麥Unisense的N2O微傳感器監測N2O動態，并通過理論計算和參數分析評估碳源利用效率。

 

測量的數據及研究意義：

1. 數據來自圖1：SCOD釋放隨FNA濃度和處理時間增加而增加，例如在FNA=2.04 mg HNO2-N/L處理24小時后，SCOD增加約66 mg/gVSS。研究意義是直接證明FNA預處理能有效促進污泥中有機物的釋放，為內部碳源開發提供基礎。

 

2. 數據來自圖2：蛋白質和多糖生產隨FNA預處理增強，例如在FNA=2.04 mg HNO2-N/L處理24小時后，蛋白質從4.3 mg/gVSS增加到29 mg/gVSS，多糖從2.7 mg/gVSS增加到8.2 mg/gVSS。研究意義是表明FNA預處理能破壞微生物細胞，釋放細胞內成分，增強污泥的可生物降解性。

 

3. 數據來自圖3：FNA預處理后生物殺滅細胞分數增加，例如在FNA=2.04 mg HNO2-N/L時，存活細胞降至約20%。研究意義是量化FNA的生物殺滅效應，解釋有機物釋放的機制。

 

4. 數據來自圖4：在SFD反應器中，FNA預處理WAS的理論SCOD（Th-SCOD）從203 mg/L增加到1143 mg/L，而未處理WAS僅從240 mg/L增加到705 mg/L；同時，反硝化中減少的NO2-N在FNA測試中為246 mgN/L，高于對照的140 mgN/L。研究意義是顯示FNA預處理顯著提升內部碳源利用和反硝化效率。

 

5. 數據來自圖5：在48-60小時期間，FNA測試中N2O-N濃度為3.31 mg/L，低于對照的4.05 mg/L，且N2O生產因子在FNA測試中為9%，遠低于對照的88%。研究意義是表明FNA預處理通過提供更多電子減少N2O積累，有助于溫室氣體減排。

 

6. 數據來自表1：FNA測試中MLVSS減少率為15%，高于對照的8%。研究意義是證實FNA預處理能增強污泥減量，降低處理成本。

 

 

結論：

論文得出結論，FNA預處理能有效增強廢棄活性污泥中有機物的釋放，提升內部碳源開發，從而改善反硝化效率和污泥減量。同時，該預處理能減輕反硝化過程中的N2O生產，有利于環境可持續性。研究還提出了在污水處理廠中應用FNA預處理的方案，以優化氮去除和減少運營成本。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

使用丹麥Unisense的N2O微傳感器測量液體N2O濃度，具有高靈敏度（檢測限為3 μmol N2O-N/L）和連續監測能力（測量間隔1-5分鐘）。這種測量方法提供了實時、高精度的N2O動態數據，避免了傳統離線采樣的延遲和誤差。研究意義在于能夠精確捕捉N2O的瞬時變化，如在本研究中，它幫助識別了FNA預處理如何通過增加電子供應減少N2O積累，為理解反硝化過程中的溫室氣體排放機制提供了可靠數據支撐，并對優化污水處理過程、實現減排目標具有重要應用價值。