不同处理工艺的污水处理厂温室气体比较外文翻译资料

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不同处理工艺的污水处理厂温室气体比较

Shuhei Masuda ^{a, *}, Itsumi Sano ^b, Toshimasa Hojo ^b, Yu-You Li ^b, Osamu Nishimura ^b

a Department of Civil Engineering and Architecture, National Institute of Technology, Akita College, Bunkyocho 1-1, Iijima, Akita, Japan

b Department of Civil and Environmental Engineering, Tohoku University, Aoba 6-6-06, Aobayama, Aoba-ku, Sendai, Japa

摘要

对不同污水处理厂的温室气体排放进行了调查。溶解的一氧化二氮通过有效水排出。氧化沟工艺对减少温室气体具有优势，焚烧产生的一氧化二氮是主要的温室气体来源。

关键词：

污水处理温室气体、排放因子、甲烷、一氧化二氮溶解气体

图形概要

根据调查评估了不同污水处理厂的温室气体排放：氧化沟工艺，双循环缺氧氧化工艺和缺氧氧化工艺。 基于气体和溶解气体讨论了甲烷和氧化亚氮的特性。 结果发现在下水道管道和初级沉淀池中产生了甲烷。 此外，通风系统将促进第一批处理装置中溶解甲烷的气化。 一氧化二氮产生并排放在污水处理厂内，亚硝酸盐积累的好氧池中。 一定量的一氧化二氮也作为溶解气体通过有效水排出。 如果不包括溶解的一氧化二氮排放量，则会忽略总排放量7e14％的氧化亚氮排放量。 根据温室气体计算，电力消耗和焚烧过程中的N₂O排放量是所有工厂的主要来源。 对于温室气体减排，氧化沟工艺比其他先进系统具有优势，因为能耗低，污泥产量高，而且无气体脱氮。

1，介绍

最近，污水处理厂（STP）排放的温室气体（GHG）一直是一个重要的研究课题。

二氧化碳（CO₂），甲烷（CH₄）和一氧化二氮（N₂O）是评估STPs中温室气体特征的先前指标。 CH₄和N₂O的全球变暖潜势在100年中分别为高（28）CH₄和298（N）₂OIPCC，2013年）。 此外，N₂O将在近期成为最重要的臭氧消耗气体（Ravishankara等人，2009）。 因此，需要衡量这些温室气体排放量并考虑减少其生产的程序。

在STPs过程中，虽然非生物和生物CO₂是从STPs（Griffith等人，2009），通常不考虑来自植物的直接CO₂排放。 只有技术单位能耗的CO₂排放量是按生命周期评估方法计算的。 据报道，在计算STP排放的温室气体总量时，电力生产来源是一个重要因素（Gustavsson和Tumlin，2013年）。 另一方面，CH₄和N₂O直接和间接地从处理单元产生和排出。 一些研究人员报告了STPs中的温室气体排放量（Daelman等，2013; Gustavsson and Tumlin，2013; Masuda等，2015; Bao等，2016）。 尤其是，在过去的报告中，废水处理过程中的N₂O产量一直是主要贡献者（Ahn等，2010; Daelman 等，2012,2013; Lotito等，2012;Haas 等人, 2014年).Several 已经进行了几项关于STPs的CH₄和N₂O排放特性的调查。 Guisasola等人 报道，CH₄是在下水道系统中生产的（Guisasola 等人，2008），因此可以推断出，污水处理厂中的大多数CH₄是从污水 处理厂的初级沉淀池和曝气池的第一区等单元排放的，特别是在处理的第一阶段Czepiel等，1993; Masuda等，2015）。 还报道了CH₄排放量和水温之间的正相关性（Czepiel等，1993;Masuda等，2015）。 至于N₂O，Kampschreur et al。 （Kampschreur等人， 2009）回顾了STPs中N₂O排放的机制，其中提到了关于STPs中N₂O排放的广泛研究Suuml;mer等，1995; Kimochi等，1998; Sommer等，1998; Kampschreur等人，2008）。 此外，还有几个因素，例如脱盐基底（Kim等人，2010; Pan等，2013; Sun et al。，2013b），无机碳（Peng等人，2015年）和溶解氧（Jia等人，2013）影响N₂O途径（Kool等人， 2007）。 在N₂O途径中：异养脱氮，氮化物脱硝和羟胺氧化，在最近的研究中已经强调氮化物 -Kim等人，2010; Toyoda等，2011; Jia等人，2013）。 尽管以前的调查，直接排放CH₄和N₂O的生产机制的理解是不充分的。 CH₄和N₂O的特征根据植物而不同，并且取决于STP的特征，例如污水管线，曝气设备，污泥处理部件和系统操作（Sun等，2013a，2015）。 特别是，现场调查侧重于不同处理系统之间温室气体特征的差异，这应导致更好的温室气体控制以及改进建模方法（Ni等，2014; Pan等，2015; Mannina等，2016）。溶解气体的数据，对于澄清生产机制和制造模型非常重要，一直专注于以前的研究。除了缺乏数据之外，排放水中的溶解气体对温室气体排放的影响也被忽视。 根据IPCC指南，N₂O的间接排放被认为是STPs的主要N₂O来源，可通过将排放因子乘以STP提供的总氮的0.005倍获得：0.005 kgN ₂ON / kgT-N（IPCC， 2006）。 此外，本指南还考虑了STP内部的直接气体排放。 然而，尽管来自STP的有效水含有一定量的溶解的N₂O（McElroy 等人，1978; Garnier等人，2006; Beaulieu等人，2010），可能气化到河流和河口的空气中的溶解N₂O，尚未包含在STPs的温室气体估算中。 因此，为了更好地了解温室气体特征并正确评估温室气体排放量，需要对包括溶解的温室气体和气体气体在内的调查。

这项研究的主要目的是量化和比较温室气体排放量（CO₂，CH₄，N₂O）在用不同处理系统进行脱氮的三个全面STP中。 被调查的STPs的过程是常规过程（氧化沟过程和缺氧过程）和创新过程（双循环缺氧过程）。 系统的比较将为污水处理过程中的温室气体控制提供有用的见解。 不仅在污水处理过程中，而且在污泥处理过程和废水中研究了气态和溶解的温室气体CH₄和N₂O的排放。 根据调查结果，讨论了STPs的温室气体特征。

1，材料和方法

1.1污水处理厂的描述

研究了三种不同处理系统的STP。 所有的工厂都位于日本的仙台市。 表格1 根据2009年4月至2010年3月的运营报告以及抽样活动日期显示了STP概述。 每个STP的图表也在图中显示 。Akiu STP（A-STP）是被调查植物中最小的一种，并进行氧化沟处理。 废水首先到达沉砂池，然后流入OD槽，然后通过沉淀池和氯消毒池。 有两个OD容器，每个池子有两个水平旋转器，彼此相对。 由于OD容器未被覆盖，所以汽提气直接排放到空气中。Hirosegawa STP（H-STP）是被调查植物中的最大植物，并进行双重营养缺氧氧化过程以有效地去除营养物质。 四个反应器放置在缺氧（第一罐），有氧（第二罐），缺氧（第三罐），有氧（第四罐）命令。 在从一次沉淀池排出后，以第一罐与第三罐之比为8：2的比例向第一罐和第三罐供给废水。反应器中的混合液通过两条线循环，第二线坦克到第一坦克和从第四坦克到第三坦克的线路。 这些操作受到高度控制，可以使系统有效地去除氮气。 随后，混合液流入一个沉淀池，接着是一个砂箱，然后是一个臭氧消毒池。 H-STP中沉砂池，污泥储罐，污泥浓缩器和污泥脱水器排出的气体通过通风管汇集。Kamiyagari STP（K-STP）进行传统的活性污泥法脱氮处理。 在K-STP中，第1罐在没有曝气的情况下运行，随后的罐通过螺旋流曝气保持好氧条件，这允许进行硝化过程。 由于回流污泥比率设定为高达109％，所以在第一个罐中，来自最终沉淀槽的硝酸盐和废水中含有的基质也会发生脱硝。 这种在日本被称为“假缺氧氧化过程”的改进过程已经在日本得到了积极的应用。 混合液流入沉淀池，然后是凝结沉淀池，快速沉砂池和氯消毒池。

所有来自工厂的污泥都被运送到仙台市南木茂工厂的焚化炉。 在脱水过程之后，该污泥通过840oC的尿床炉焚烧。 在此过程中N₂O排放因子的量由先前研究中的148 gN₂O（干固体（Ds）-t污泥）^-1Masuda等，2015）。 每个工厂产生的污泥量分别为A-STP 85年Ds-t年^-1，H-STP 609 Ds-t年^-1和K-STP 596 Ds-t年^-1。

1.1调查概述

A-STP，H-STP和K-STP在一年中的不同时间进行了四次调查。 每个工厂的采样时间都是一样的，分别是从A-STP和K-STP的上午9:00到中午，H-STP的下午1:00到5:00。 表格1 和 图。1 还显示日期，采样点和方法。 表S1列出了抽样活动的更多细节。计算2009年4月至2010年3月期间消耗的电能，试剂和燃料量的能源消耗量CO₂。 它们是按每个投入量乘以其排放因子计算的。 日本的STPs温室气体计算指南提供的排放因子（MOE和MLIT，2016），如表S2所示。

1.2气体采样和计算方法

来自STP的直接排放的CH₄和N₂O的测量以及通过efuent水排出的溶解气体。 通过溶解的CH₄（DCH₄）或溶解的N₂O（DN₂O）浓度乘以有效水量来确定溶解气体排放量。 通过每单位污水量的温室气体排放重量以及还原的底物，CHOD₄的BOD和N₂O的TN的转化率来评估GHG排放量。 当结果结合时，CH₄和N₂O的质量分别通过全球变暖潜势CH₄28和N₂O 298分别转换为CO₂IPCC，2013年).使用带有水表面的单元的收集室对气体进行采样，或通过带有通风管道的单元直接抽真空。 从曝气池收集气体使用开放式室。 至于静水面上的气体收集，如平衡池，初沉池和纳尔沉淀池，则使用密闭室。在前面的工作中充分描述了这些室法的更多细节和它们的气体排放计算Masuda等人， 2015）。 检查的单位和每个样本的数量。

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