CH4 emission and conversion from A2O and SBR processes in full-scale wastewater treatment plants

Wastewater treatment systems are important anthropogenic sources of CH4emission. A full-scale experiment was carried out to monitor the CH4 emission from anoxic/anaerobic/oxic process(A2O) and sequencing batch reactor(SBR) wastewater treatment plants(WWTPs) for one year from May 2011 to April 2012. The main emission unit of the A2O process was an oxic tank, accounting for 76.2% of CH4emissions; the main emission unit of the SBR process was the feeding and aeration phase, accounting for 99.5% of CH4emissions. CH4can be produced in the anaerobic condition, such as in the primary settling tank and anaerobic tank of the A2O process. While CH4can be consumed in anoxic denitrification or the aeration condition, such as in the anoxic tank and oxic tank of the A2O process and the feeding and aeration phase of the SBR process. The CH4emission flux and the dissolved CH4concentration rapidly decreased in the oxic tank of the A2O process. These metrics increased during the first half of the phase and then decreased during the latter half of the phase in the feeding and aeration phase of the SBR process. The CH4oxidation rate ranged from 32.47% to 89.52%(mean: 67.96%) in the A2O process and from 12.65% to 88.31%(mean: 47.62%) in the SBR process. The mean CH4 emission factors were 0.182 g/ton of wastewater and 24.75 g CH4 /(person·year) for the A2O process, and 0.457 g/ton of wastewater and 36.55 g CH4 /(person·year) for the SBR process.     

臭氧-生物活性炭对南方河网典型污染物的去除特性

以我国南方河网原水中有机物和季节性溴化物(Br^-)为对象,研究臭氧-生物活性炭(BAC)工艺净化过程中有机物相对分子质量(M_r)分布变化及溴酸盐(BrO^-₃)和消毒副产物(THMs)的形成规律.结果表明,原水中M_r在10³以下的有机物(DOC)约占总量的80%,常规工艺主要表现为对M_r >100×10³有机物的去除,出水DOC去除率为8%、 SUVA(UV₂₅₄/DOC)值下降14%;臭氧-活性炭工艺主要去除10³<M_r<5×10³的有机物,但亲水性小分子有机物抑制生物降解作用,出水DOC去除率仅提高至30%、SUVA值下降31%.当臭氧投加量高于2 mg/Ｌ时,臭氧氧化出水中BrO^-₃增加明显,氧化过程原水中Br^-浓度升高BrO^-₃生成量增大;生物活性炭对BrO^-₃的去除率平均仅为13%,且波动较大.与常规处理相比,臭氧-生物活性炭处理后各类THMs均有减少,总量减少40%;但氯量和Br^-对溴代副产物影响大,主要为CHBr₃生成量增加.     

内蒙古高原干涸湖泊反硝化及甲烷氧化细菌的群落分析

以内蒙古高原半干旱草原区干涸湖泊为研究对象,应用末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)技术对湿地土壤中的反硝化和甲烷氧化关联菌群的关键功能基因nosZ和pmoA进行了研究,根据末端限制性片段(T-RFs)分析了两种菌群的群落结构及多样性变化,以及环境因素所产生的影响,并探讨了土壤微生物群落对湖泊干涸的响应机制.结果表明:干涸湖泊的湖心、湖底土壤反硝化和甲烷氧化细菌多样性指数较高,群落结构较复杂;而较早干涸的湖坡以及相邻草原对照区,两个菌群多样性指数较低,群落结构相对单一.从湖心到相邻草原,反硝化和甲烷氧化细菌的群落相似度逐渐降低,显示两个菌群处于动态演替中.湖泊干涸过程中,水分含量和有机质含量对反硝化和甲烷氧化细菌的群落结构影响显著;高pH值和高铵态氮分别对反硝化和甲烷氧化细菌有抑制作用.随着湖泊干涸,土壤微生物群落因环境扰动而受到胁迫,这一过程会加剧CO2等温室气体的排放.     

固定化甲烷八叠球菌(Methanosarcina)研究——厌氧颗粒污泥的形成

用实验室规模的UASB反应器处理豆制品废水培养厌氧颗粒污泥。通过对颗粒污泥形成过程中的产气率、进出水COD、水滞留期（HRT）、进出水挥发酸（乙酸、丙酸和丁酸）浓度、所产气体的甲烷含量等的变化分析和对颗粒污泥中优势产甲烷菌的扫描（SEM）和透射（TEM）电镜观察,阐明颗粒污泥的形成过程及特性。实验结果表明,消化器运转50d左右形成了颗粒污泥,厌氧颗粒污泥形成期间的平均产气率为5.3L/L·d,最高产气率达到了8.1L/L·d,进水和出水COD分别为3000～5500mg/L和800～3000mg/L,平均HRT为10.4h,平均出水乙酸、丙酸和丁酸浓度分别为264.1、519.8和104.6mg/L,所产气体的平均甲烷含量为60.6％,颗粒污泥为黑色,直径0.5～3.0mm不等,沉降速率为119.6m/h,其中的优势产甲烷菌为鬃毛甲烷菌（Methanosaeta）,而甲烷八叠球菌（Methanosarcina）存在甚少。     

稻田CO2、CH4和N2O排放及其影响因素

采用静态箱(暗箱)-气相色谱法对稻田CO2、CH4和N2O排放进行田间原位测量.植株参与的稻田CO2排放季节变化与温度的季节变化一致,气温(土温)是主要驱动因子;而土壤水分状况是稻田CH4、N2O排放和无植株参与的稻田CO2排放季节变化的主要驱动因子.稻田非淹水期N2O和CO2排放与土温、气温呈极显著指数正相关(p＜0.001),两气体之间亦呈极显著线性正相关关系(p＜0.001).水稻植株自养呼吸和土壤呼吸的温度系数(Q10)分别为2.17和1.68.稻田CO2排放与水层深度呈弱的负相关关系(p＜0.05).无植株参与的稻田CO2、CH4和N2O季节平均排放速率分别为198.35±34.00mg/(m2·h),0.63±0.29mg/(m2·h)和169.57±75.30μg/(m2·h),而在植株参与下3者季节平均排放速率分别为1133.51±51.16 mg/(m2·h),1.39±0.20mg/(m2·h)和231.48±35.09μg/(m2·h).碳收支模拟计算结果表明,稻田生态系统表现为对大气中碳的净吸收.     

湿地甲烷排放研究进展

本文综述了湿地甲烷排放的研究进展，包括湿地甲烷排放的研究方法，时空变化，排放机制，影响因素以及主要湿地类型排放通量，并指出了今后研究方向及应注意的问题。     

乌梁素海湖泊湿地植物区甲烷排放规律

运用静态箱法,对内蒙古乌梁素海不同水位的芦苇群落（Phragmites australis）和龙须眼子菜群落（Potamogeton pectinatus）的甲烷排放通量进行2 a（2003～2004）野外观测.发现龙须眼子菜群落（沉水植物）甲烷平均排放速率为(3.44±1.60) mg·(m²·h)^-1, 仅为芦苇群落（挺水植物）的平均排放速率的21.94%.高水位芦苇的排放速率要大于低水位芦苇群落.芦苇群落的甲烷排放具有明显的季节性和日变化规律,并且5 cm土壤温度和光合有效辐射分别是影响季节性和日变化的主要环境因子.根据观测数据和植物的分布面积,计算得出乌梁素海2003和2004年的甲烷排放量为1 024.6　t和1 156.7　t.     

不同污水处理工艺非二氧化碳温室气体的释放

甲烷和氧化亚氮是两种重要的非二氧化碳温室气体.城市污水处理厂是甲烷和氧化亚氮的重要释放源.因此,为探究不同污水处理工艺甲烷和氧化亚氮的释放现状和变化规律,通过浮流式表面集气罩对西安市第三污水处理厂（Orbal氧化沟工艺）和第四污水处理厂（A/A/O工艺）生物处理过程中甲烷和氧化亚氮的排放情况进行测定,比较不同污水处理工艺中非二氧化碳温室气体的释放情况,并以第四污水处理厂为例研究溶解氧、温度对非二氧化碳温室气体释放量的影响.结果表明,西安市第三污水处理厂每m³进水释放甲烷1181 mg（以CH₄计）、氧化亚氮36.20 mg（以N₂O计）,西安市第四污水处理厂每m³进水释放甲烷209 mg（以CH₄计）、氧化亚氮54.64 mg（以N₂O计）.温度、曝气方式、溶解氧浓度、亚硝酸盐氧化速率和最大产甲烷活性是甲烷和氧化亚氮释放量的重要影响因素.     

甲烷生物燃料电池的产电影响因素及机制研究

考察了阳极电极材料、电极面积、电极电位、pH、阴极电子受体对甲烷生物燃料电池（MFC）产电性能的影响,并通过高通量测序、循环伏安法（CV）分析了其可能的电催化机制.结果表明,透气布/碳布（GTC）复合材料为阳极时产电性能（1251.3 mA·m^-2）最佳,分别是石墨烯/中空纤维膜（G-HFM）阳极（34.8 mA·m^-2）和碳布（CC）阳极（3.21 mA·m^-2）的36倍和390倍;阳极面积越大,MFC启动时间越快,电流密度越大;当电极恒电位为0.1 V （vs.SHE）时,其产电能力较-0.1、+0.3及+0.5 V时高;pH=7最有利于产电;溶解氧为MFC阴极电子受体时,最大功2率密度（703.9 mW·m^-2）优于铁氰化钾（457.2 mW·m^-2）、空气阴极（124.2 mW·m^-2）和高锰酸钾（20.7 mW·m^-2）作为电子受体的MFC.阳极室微生物群落结构分析显示,电活性细菌Geobacter（17.14%）和Desulfovibrio（8.51%）为优势种,其产电机理可能是甲烷氧化菌（Methanobacterium、Methylomicrobium等）与电活性细菌协同氧化甲烷驱动MFC产电.添加NO气体、N-乙酰蛋氨酸和蛋白酶K均可明显抑制阳极生物膜的电化学活性,表明其胞外电子传递过程依赖细胞色素c、Ni-Fe氢酶及与电极接触的外膜蛋白的介导作用.     

Influence of chlorine on methane oxidation

Experiments on CH4/Cl2/O2/N2 oxidation were conducted in an atmospheric pressure flow reactor to understand the influence of chlorine on hydrocarbon oxidation in hazardous waste incineration. The reaction temperature varied from 973 to 1273 K and the chlorine to hydrogen mole ratio (Cl/H) of the inlet mixture varied from 0 to 0.44. The species produced in the reaction were measured online with Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). It was found that the destruction and removal e ciency of CH4 increased with Cl/H mole ratio. Increasing Cl/H favored COCl2 and CO formation and inhibited the CO oxidation process. As Cl/H approached 0.44, the concentrations of CH2Cl2 and CH3Cl first increased, and then declined. Reaction temperature greatly a ected the reaction system. Increasing temperatures raised the destruction removal e ciency of CH4 and decreased the concentrations of CH3Cl and CH2Cl2. With a certain ratio of Cl/H, the concentrations of CO and COCl2 first increased and then declined. The CO and COCl2 concentration peak was observed around 1100 K and 1023 K, respectively. When the reaction temperature exceeded 1273 K, carbon in CH4 was mostly converted to CO2. It could be concluded that the presence of chlorine enhanced the destruction of CH4, but resulted in the more toxic incomplete combustion products emission such as COCl2 when the reaction temperature was not high enough.