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基于污水溶液中氧化亚氮原位测试研究污水处理系统中氧化亚氮的排放的系统性研究

      随着经济的迅速发展,人类活动的不断增加,含氮、磷污水排放急剧增加。控制水体富营养化,防止水体污染的最根本途径就是对污染源进行治理,控制氮、磷的排放量,使污水处理厂氮、磷的出水浓度必须达到一定标准。污水处理研究中一般都是通过污水生物脱氮方法对污水进行处理,但是这种方法会产生大量温室气体N2O,该气体是一种重要的温室气体,其增温效果是CO2的320 倍,污水脱氮过程中会产生大量的N2O,由此可见,污水处理过程中N2O的释放问题己不容忽视。因此,在保证脱氮效率的基础上,深入了解产生机制、释放量及相关影响因素,进而提出关于氧化亚氮排放的减量化的描施,将具有重要的理论及实际意义。
      长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室的科研人员赵剑强等人在污水处理脱氮过程的氧化亚氮的排放等相关方面开展了系统性的研究工作,并且取得了很不错的研究成果。其中N2O浓度的测试主要是采用丹麦Unisense 微电极系统在线测取溶解态N2O 浓度。
      该课题组的研究人员首先就外部扰动对于实验室污水处理过程中氧化亚氮释放到空气过程的中的影响(Water Science & Technology, 2014,704, 1307-1313)。研究了外部扰动(风能、搅拌和曝气)对水中一氧化二氮排放的影响。结果表明水中氧化亚氮释放到空气中的速率受搅拌速率、曝气速度以及风的速度影响。其中曝气速率对氧化亚氮的释放速率的影响最大。受到上述研究结果的启发,该课题组研究人员又就活性污泥反应器和生物膜反应器进行污水处理时氧化亚氮的排放情况展开了相关研究。对比不同类型的污水处理方法(ASBBR、SBBR)的亚硝化过程中一氧化二氮的排放。(ENVIRONMENTAL ENGINEERING SCIENCE 2016, 33, 125-132)。结果表明两种污水处理方法对污水中的NH4+-N的去除效率没有区别。但是相比于ASSBR处理方法,SBBR方法具有更好的总氮去除率,并且在亚硝化过程中的氧化亚氮排放量更小。
      为了进一步的说明污水处理脱氮过程的氧化亚氮的排放机制,科研人员又就厌氧/好氧/缺氧过程中氧化亚氮生产进行了数学建模(Bioresource Technology 2016,22,39-48)。通过建立一个数学模型来描述厌氧/好氧/缺氧(AOA)工艺中关于氮的转换和一氧化二氮生产过程。相关研究可以帮助相关污水处理研究工作者则更加系统的了解A/ O /A工艺中的一氧化二氮的生产机制。并且他们提出了基于A/ O /A工艺的SBR(序批式间歇性反应器)关于含氨和有机碳的综合废水中一氧化二氮潜在的生产能力的相关研究(Water Science & Technology , 2016, 1061-1066)。通过测试溶解一氧化二氮的浓度和释放率来计算一氧化二氮的总生产和转化率。从而揭示了在SBR中,通过延长反应器中缺氧阶段,实现了体系内一氧化二氮潜在的生产和恢复。接着他们又就低氧条件下讨论自养亚硝化过程中NH4 +浓度对一氧化二氮排放的影响(ENVIRONMENTAL ENGINEERING SCIENCE 2017, 34, 96-102)。在富集硝化细菌的序列间歇式实验反应器(SBR),研究了开发低氧条件下(没有有机碳)人工合成废水中研究NH4 +浓度对一氧化二氮排放的影响。综合分析的一氧化二氮排放速度与NO2-的浓度,表明在低氧环境的自养亚硝化过程中,氨氧化细菌(AOB)脱氮的贡献是该系统中产生一氧化二氮释放的主要原因。
      通过上述一系列的研究结果表明,作者通过分析测试污水处理系统中的氧化亚氮的浓度展开了一系列的基于污水生物脱氮产生的机理的研究,并且取得了很不错的研究成果。相关系列研究很好的确定了关于如何选择最佳的污水运行方式,以达到良好的脱氮和较小的氧化亚氮的生产,提出了曝气亚硝化过程中氧化亚氮的产生的机制和影响因素,为今后研究如何提出切实可行的污水处理过程中氧化亚氮的减量化策略提供了更多的指导意义。

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