背景介绍:温室气体(GHG)排放越来越受到社会所有部门的关注，因此也涉及废水处理。N 2 O的形成是所有生物脱氮过程的常见问题，N2O排放的一般机制已被了解，但实际排放因地点而异，并取决于几个重叠因素。为了在保持脱氮效率的情况下减少这些排放，了解此类排放很重要。尽管近年来进行了大量研究，但在城市污水处理处理的温室气体排放方面仍然存在很大的不确定性。特别是在不同处理过程之上的单个位置进行的短期浓度测量意味着排放估算存在重大不确定性。尽管量化这些排放的测量仪器和设备已经改进，但设备的密集处理或昂贵的自动分析通常意味着只能进行限时测量，尤其是在开放式污水处理厂中。一种方法是测量水相中溶解的N2O，然后可以直接监测过程变化及其对N2O形成的影响。然而由于N2O既产生又消耗，排放估算需要对过程废气的实际排放进行适当建模。虽然传感器可以测量溶解的N2O，传感器太脆弱和不稳定，无法在全尺寸过程中定期使用。这些项目之前的努力和经验以及溶解N2O传感器的进一步改进，可以通过将测量结果与非曝气区相结合来估算曝气区和非曝气区的N2O向空气的总排放量。建立排放模型。研究人员在瑞典污水处理厂的一次测量活动中，将连续溶解的N2O测量与排放模型相结合，并在全规模活性污泥工艺的完全封闭的工艺环境中对同时进行的废气测量进行了比较。


Unisense微电极系统的应用


用于测量水相中溶解的N 2 O的传感器是由位于丹麦奥胡斯的Unisense Environment A/S提供的Clark型微传感器。在测量过程中，N2O水传感器被放置在流域的不同位置，在充气区和非充气区进行测量。水传感器测量溶解的N 2 O和水温。传感器每周校准一次，因为在使用的传感器版本中只能读取标准毫安(mA)信号读数。在这些校准期间，没有观察到校准的显著影响。校准是通过使用N 2O的标准2点校准法进行的。


实验结果


利用数学排放模型计算了传统活性污泥工艺的总氧化亚氮(N2O)排放量。用N2O微电极传感器将N2O溶解在水相中。计算的排放量显示出良好的一致性，测量排放量基于烟气通风系统中来自密闭过程的浓度和气流。各种各样的测试都有潜在的影响，参数表明该模型的排放估计稳健可靠。因此，输入数据中常见的不确定性仍然是好的，溶解N2O的测量需要较低的维护和基于这些测量的N2O排放监测，这可以认为是一项重大的实际改进，特别是在非封闭废水，这将是有利的。

图1、2015年5月11日至7月14日期间，在Käppala污水处理厂BB11区的通风空气中测得的一氧化二氮(N 2 O)浓度。

图2、2015年5月11日至7月14日期间，工艺水温度和测量的水相中的N 2 O浓度。图中显示了在工艺水中测得的N2O浓度和温度。在某些时期（阴影区域），水传感器被放置在处理线的非曝气区域内，并且在这些时期，N2O的测量值接近于零，具有正读数和负读数。由于这些非常低的浓度还涉及正确读数的高不确定性，因此评估中排除了这些数据点。在非曝气区测量的主要结果是没有形成大量的N2O，并且由于没有进行曝气，可能形成的N2O没有被汽提而是留在水中。N2O在这些区域中可能形成的要么在水通过曝气区时排放到废气中，要么随流出物一起排放，并可能在污水处理厂的后期排放。。

图3、在5月11日至7月14日期间，分别放置在曝气区和通风空气中时，根据水传感器的浓度测量结果计算(Calc)和测量(Ref)N 2 O排放量。

图4、灵敏度模拟的标准化排放(a)和一个模拟的特写，显示了2015年5月11日至7月14日期间反应堆深度变化±50%(b)的影响。


结论与展望


本论文基于在线N2O水传感器监测系统（unisense）对传统活性污泥工艺的总N2O排放计算结果为每天0–20 kg N2O–N，并且与基于废气中的测量浓度和气流计算的排放量计算结果一致过程中的通风系统，本论文提供了有关N2O浓度和总排放量的连续信息的优势将进一步意味着可以更好地了解和减轻污水处理厂的N2O排放量。这种缓解措施通常基于特定的测量活动，这些活动可能会因继承的局限性而错过过程变化和趋势。由于水相中的浓度测量提供了稳定的测量，即使在移动到不同位置时也需要最少的维护，因此基于此类测量的总N2O排放计算可能被认为是可行的。这在需要复杂废气测量的非封闭式WWTP中尤其有利。最后由于传感器像标准分析传感器一样连接到WWTP的SCADA系统，因此可以直接和实时地合并排放计算。所呈现的N2O水传感器的结果和性能基于在具有特定过程特性的特定污水处理厂的全面测试。本论文研究在这里评估了水传感器/模型的稳健性表明该系统应该可以在具有类似过程特征的其他污水处理厂运行工作。