Impact of gas-water ratios on N2O emissions in biological aerated filters and analysis of N2O emissions pathways

氣水比對曝氣生物濾池中N2O排放的影響及N2O排放途徑分析  

來源：Science of the Total Environment 723 (2020) 137984

《總體環境科學》，第723卷，2020年，文章編號137984  

 

摘要內容：  

該論文研究了曝氣生物濾池（BAF）中氣水比對N2O排放的影響，并分析了N2O的產生途徑。結果表明，N2O產量隨氣水比增加而增加，高氣水比促進了羥胺氧化過程釋放更多N2O。為提高脫氮性能并減少N2O排放，BAF1和BAF2的最佳氣水比分別為5:1和1.5:1。BAF1中N2O主要來自氨氧化細菌（AOB）反硝化和羥胺氧化，而異養反硝化有助于減少N2O排放；BAF2中N2O87.8%來自AOB反硝化，12.2%來自羥胺氧化。增強異養反硝化和厭氧氨氧化（Anammox）活性可減少BAF中N2O釋放。  

 

研究目的：  

1. 揭示氣水比對BAF中N2O排放的影響  

2. 分析不同BAF中N2O的產生途徑  

3. 確定改善脫氮性能和減少N2O排放的最佳氣水比  

 

研究思路：  

1. 建立兩個串聯的BAF反應器（BAF1和BAF2），分別處理含碳和不含碳的污水  

2. 控制不同氣水比（BAF1:10:1,5:1,2.5:1；BAF2:5:1,1.5:1）  

3. 通過長期運行監測水質指標和N2O排放  

4. 結合批次實驗和同位素測量（SP值）分析N2O產生途徑  

5. 通過qPCR量化功能基因豐度，驗證微生物機制  

 

測量數據及研究意義：  

1. 常規水質指標（NH4+-N、NO2--N、NO3--N、COD）：用于評估反應器脫氮性能和底物變化（來自圖1）  

 

2. 溶解態和氣態N2O濃度：用于量化N2O排放量及分布規律（來自圖2、3）  

 

 

3. N2O同位素組成（SP值）：用于解析AOB反硝化和羥胺氧化對N2O產生的貢獻比例（來自表1）  

 

4. 功能基因豐度（amoA-AOB、nxrB、nirS、nosZ等）：用于解釋微生物功能活動與N2O產生的關系（來自圖5）  

 

5. 批次實驗中的實時動態參數（DO、pH、NO、N2O）：用于揭示N2O產生和消耗的瞬態規律（來自圖4、6）  

 

 

結論：  

1. N2O產生量隨氣水比增加而增加，高氣水比促進羥胺氧化過程釋放更多N2O  

2. BAF1中N2O來自AOB反硝化、羥胺氧化和異養反硝化，最佳氣水比為5:1  

3. BAF2中N2O主要來自AOB反硝化（87.8%）和羥胺氧化（12.2%），最佳氣水比為1.5:1  

4. AOB反硝化比異養反硝化產生更多N2O，導致BAF2在相同氣水比下排放更高  

5. 增強異養反硝化和Anammox活性可減少N2O釋放  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

使用Unisense的N2O和NO微傳感器能夠高精度實時監測溶解態N2O和NO的濃度變化，避免了傳統氣相色譜法的時間延遲和取樣誤差。通過實時動態數據（如批次實驗中的N2O和NO曲線），可以準確捕捉N2O產生的瞬態規律，識別關鍵前體物（NO）與N2O的關聯性，從而直接驗證AOB反硝化和羥胺氧化途徑的貢獻。此外，結合DO和pH的同步監測，能夠解析環境因子（如溶解氧）對N2O產生途徑的影響機制，為優化工藝參數提供直接依據。