Minimization of nitrous oxide emission from CASS process treating low carbon source domestic wastewater: Effect of feeding strategy and aeration rate

處理低碳源生活污水的CASS工藝中一氧化二氮排放的最小化：進(jìn)料策略和曝氣速率的影響

來源：Bioresource Technology, Volume 198, 2015, Pages 172-180

《生物資源技術(shù)》，第198卷，2015年，172-180頁

 

摘要

摘要部分闡述了通過改進(jìn)操作條件如有機(jī)碳供應(yīng)和溶解氧，可以減少廢水處理過程中的一氧化二氮（N2O）排放。本研究評(píng)估了在低碳源生活污水處理中，循環(huán)活性污泥系統(tǒng)（CASS）在不同進(jìn)料策略和曝氣速率下的N2O排放控制參數(shù)。結(jié)果表明，與批式進(jìn)料相比，連續(xù)進(jìn)料提高了總氮去除效率并減少了N2O排放，同時(shí)檢測到更高的N2O還原菌豐度。N2O主要產(chǎn)生于批式進(jìn)料CASS的非曝氣階段，而連續(xù)進(jìn)料減少了反硝化產(chǎn)生的N2O量，表明連續(xù)進(jìn)水中的碳源緩解了非曝氣階段反硝化還原酶之間的電子競爭。此外，基于高通量16S rRNA基因測序的分類學(xué)分析揭示了連續(xù)進(jìn)料CASS中反硝化細(xì)菌尤其是N2O還原菌的豐度更高。

 

研究目的

研究目的是評(píng)估在低碳源生活污水處理過程中，通過改變進(jìn)料策略和曝氣速率等操作參數(shù)來控制CASS工藝中N2O排放的影響，以找到減少溫室氣體排放并保持高效氮去除的最佳操作條件。

 

研究思路

研究思路包括在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的CASS反應(yīng)器中比較兩種進(jìn)料策略（批式進(jìn)料和連續(xù)進(jìn)料）和四種曝氣速率（20、30、40、50 L/h），運(yùn)行穩(wěn)定后測量污染物去除效率、N2O排放特性（使用丹麥Unisense電極測量氣體和液體中的N2O濃度），并通過高通量16S rRNA基因測序分析微生物群落結(jié)構(gòu)，以揭示操作條件對N2O排放的機(jī)制影響。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 N2O排放率和溶解N2O濃度數(shù)據(jù)，來自圖4。研究意義是直接量化N2O排放動(dòng)態(tài)，顯示連續(xù)進(jìn)料和較高曝氣速率減少N2O排放，有助于優(yōu)化操作參數(shù)以最小化溫室氣體排放。

 

2 氮化合物（銨離子、亞硝酸鹽、硝酸鹽、總氮）和化學(xué)需氧量（COD）濃度數(shù)據(jù)，來自圖2和圖3。研究意義是評(píng)估污染物去除效率，表明連續(xù)進(jìn)料提高氮去除，并關(guān)聯(lián)N2O排放與過程性能，為工藝改進(jìn)提供依據(jù)。

 

 

3 微生物群落豐度和組成數(shù)據(jù)，來自圖5和圖6。研究意義是揭示反硝化細(xì)菌和N2O還原菌的分布，解釋連續(xù)進(jìn)料富集有益菌群，從而減少N2O產(chǎn)生，支持微生物生態(tài)在排放控制中的作用。

 

 

4 污染物去除性能和N2O轉(zhuǎn)換率數(shù)據(jù)，來自表1。研究意義是綜合比較不同操作條件下的效率，證明連續(xù)進(jìn)料和較高曝氣速率在減少N2O排放的同時(shí)保持高去除率，指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。

 

 

結(jié)論

1 連續(xù)進(jìn)料策略比批式進(jìn)料更有效地減少N2O排放并提高總氮去除效率，歸因于持續(xù)碳源供應(yīng)緩解了電子競爭。

2 較高曝氣速率降低N2O排放，但由于抑制硝化菌反硝化，但需平衡能源消耗和去除效率。

3 微生物分析顯示連續(xù)進(jìn)料富集更多反硝化細(xì)菌和N2O還原菌，如Comamonadaceae等，這有助于最小化N2O生成并增強(qiáng)氮去除。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極測量N2O數(shù)據(jù)的研究意義在于，它提供了高精度的原位監(jiān)測能力，能夠?qū)崟r(shí)量化氣體和液體相中的N2O濃度，從而準(zhǔn)確評(píng)估CASS工藝在不同操作條件下的排放特性。在本文中，電極數(shù)據(jù)（來自圖4）揭示了N2O排放主要發(fā)生在曝氣階段，并顯示連續(xù)進(jìn)料減少了解溶解N2O積累，這有助于識(shí)別排放源（如反硝化過程），并驗(yàn)證操作策略的有效性。通過精確測量，電極數(shù)據(jù)將N2O排放與進(jìn)料策略和曝氣速率直接關(guān)聯(lián)，為優(yōu)化廢水處理工藝、減少碳足跡提供了可靠依據(jù)，并支持了溫室氣體減排策略的制定。