污水处理系统中N2O的生产利用及数据驱动模拟研究进展

氧化亚氮(N₂O)是一种温室气体,同时也是具有能源回收潜力的强氧化性物质。综述了促进N₂O产生的新兴污水脱氮过程及提高N₂O产生的方法,比较了不同方法的运行条件及N₂O转化率,并指出了各种方法的不足之处。从识别N₂O产生的关键影响因素和预测N₂O产量2个方面综述了污水处理过程中N₂O数据驱动模型的研究进展。目前N₂O的增产方法主要包括耦合好氧-缺氧氮分解过程、单反应器生产过程及基因工程菌和半导体修饰菌增产过程。收集污水处理厂中的大数据可以建立N₂O数据驱动模型,但是现有的数据驱动模型仅仅关注N₂O减排。开发N₂O的新型增产过程,优化控制增产过程的功能菌种,建立N₂O数据驱动模型与N₂O增产方法之间的关联性是未来N₂O生产利用技术的发展方向。     

温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N2O释放的影响

污水生物脱氮工艺中通常会释放温室气体N₂O,厌氧氨氧化工艺作为新型生物脱氮工艺,其N₂O的释放规律及机制值得深入研究.本文利用厌氧氨氧化序批试验,研究了不同温度和基质浓度对厌氧氨氧化工艺中N₂O释放的影响,并探讨了N₂O释放的微生物机制.结果表明,厌氧氨氧化工艺中进水基质浓度的增加会促进N₂O释放,在35℃条件下,当进水亚硝氮从40 mg ·L^-1增加至60 mg ·L^-1和120 mg ·L^-1时,N₂O最高积累浓度从0.5 mg ·L^-1增加至1.5 mg ·L^-1和2.4 mg ·L^-1,分别占总氮去除量的0.85%、1.43%和1.11%.温度降低对厌氧氨氧化活性抑制作用明显,15℃下的比厌氧氨氧化活性仅为30℃时的6%.温度降低导致厌氧氨氧化工艺中N₂O的释放减少,温度降低时反硝化速率的降低是导致N₂O产生速率降低、N₂O积累减少的主要原因.厌氧氨氧化工艺微生物群落中存在丰富的异养反硝化菌,工艺中N₂O积累主要是反硝化菌产生和消耗N₂O的结果.     

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.     

温度对污水脱氮系统污染物去除效果及氧化亚氮释放的影响

污水生物脱氮过程是大气中的氧化亚氮(N2O)的一个重要来源.以anoxic-oxic sequencing batch reactors(A/O SBRs)工艺为研究对象,考察了5组不同温度(10、20、25、30、35℃)条件下系统的污染物去除效果和氧化亚氮释放情况.结果表明,温度对COD的去除无显著影响,但对氮素的去除有明显影响:在一定范围内,随温度的升高氮的去除率升高,但温度超过25℃后,随着温度的上升氮的去除效果下降;温度对氧化亚氮的释放量有重要影响,随温度的升高氧化亚氮的释放量逐渐降低[释放量(以MLSS计)依次为:530.1、260.8、218.3、104.7、57.7μg.g-1].对于A/O SBRs工艺,氧化亚氮的释放主要集中的好氧段,缺氧段几乎无氧化亚氮释放.     

顶空平衡-双通道气相色谱法测定海水中溶解态甲烷和氧化亚氮

将顶空平衡法和双通道气相色谱仪相结合,通过优化设计和实验调试,自组装集成建立了可同时测定海水中溶解态甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)的新型气相色谱系统及分析方法.实验表明,该系统对CH4和N2O的测定精密度分别优于0.8%和1.0%,准确度分别优于1.5%和1.2%,满足海水中溶解态CH4和N2O浓度监测需求.实际应用表明,本系统运行稳定,数据获取效率更高,运行成本更低.基于本方法,对2013年11月北黄海表层海水中溶解态CH4和N2O开展了观测研究,结果表明该海域表层海水中溶解态CH4和N2O均呈中部海域浓度较低且较均匀,近岸海域浓度较高且变化较剧烈的分布特征.     

流化床燃烧中氧化亚氮形成机理研究概述

总结了近期对流化床燃烧中ＮＯ２形成机理研究的成果，论述了影响Ｎ２Ｏ排放的各种因素。     

有机肥部分替代化肥对桃园N2O和NO排放的影响

有机肥替代作为一种减肥增效和多元化肥替代技术在农业生产中被大力推广.然而,目前尚缺乏对于有机肥在果园N₂ O和NO排放方面的影响综合评估.采用静态暗箱-气相色谱法,周年观测桃园种植过程中N₂ O和NO的排放,比较了单施化肥和有机肥部分替代化肥处理对桃园氮氧化物排放的影响.结果表明,有机肥部分替代化肥分别降低桃园N₂ O和NO排放总量15.0 %和9.4 %,同时 N₂ O和NO排放系数降低21.3 %和21.1 %.有机肥处理土壤的矿质氮含量低于单施化肥处理.有机肥处理提高了硝化作用中AOA的贡献,降低AOB的贡献,从而减少了硝化作用产生的N₂ O.此外,双同位素混合模型[δ¹⁸O（N₂ O/H₂ O）vs.δ¹⁵N^SP]结果表明,硝化细菌反硝化/细菌反硝化（bD/nD）是桃园土壤N₂ O排放的主要途径.施用有机肥增强了土壤反硝化作用,导致更多的N₂ O和NO被还原.因此,有机肥部分替代可以缓解果园氮氧化物排放,是实现农业绿色低碳的可行措施.     

微塑料对土壤N2O排放及氮素转化的影响研究进展

微塑料（MPs）在土壤环境中的作用和影响逐渐受到关注,但其对土壤氮素循环及其影响机制并不明确.氧化亚氮（N₂O）是农田土壤氮素循环中重要的温室气体之一,其主要来源于微生物参与的氮转化过程.微塑料对土壤氮转化过程及相关功能酶和基因都能够产生影响,其在土壤中不断富集可能造成土壤N₂O排放规律的改变.由于微塑料自身的复杂性以及不同试验在时空上的变异,导致微塑料对土壤氮素转化和N₂O排放产生不同了影响,增大了对土壤N₂O排放和土壤氮素转化的评估难度.目前,微塑料在土壤N₂O排放、氮素含量、相关功能酶活性和功能基因丰度的研究上未得出统一的结论,缺少在更广的尺度（如盆栽尺度）、更多元的角度（如反硝化过程、DNRA过程等）和更先进的手段上（如同位素技术）探究其影响机制的研究.因此,通过归纳微塑料对土壤氮循环影响的不同观点,能更全面地认识微塑料对土壤氮循环存在的影响,可为气候变化条件下土壤微塑料富集对土壤氮素循环过程以及N₂O排放规律的影响提供一定的理论基础.     

海洋中溶存氧化亚氮研究进展

N2O是大气中重要和微量气体，对温室效应和大气臭氧层损耗有重要作用。海洋是大气N2O原重要源和汇。开展海洋中溶存N2O的研究，有助于了解海洋对大气N2O和全球变暖的贡献。本文综述了海洋中溶存N2O的研究现状，着重介绍了海洋中溶存N2O的分布特征、海气交换爱量的估算及其产生和消耗机理，并探讨了该领域研究中存在的问题。     

程序升温条件下铁及其氧化物在CO存在时对N2O的还原机理

应用热综合分析仪（TG－FTIR）研究了在还原性气氛下Fe及其氧化物对N2O的催化还原 作用。研究发现铁氧化物对氮氧化物的催化还原能力相当弱，而Fe可以高效地降低N2O分解的初始温度和提高N2O向N2的转化率。在Fe和CO的作用下，N2O的初始分解温度为920K和1000K。在1123K时，N2O的转化率达到95％和805。TG／DSC曲线表明了在Fe与N2O反应过程中CO的作用表现为通过与N2O在反应表面的竞争吸附使铁氧化物还原为金属铁，X射线衍射证明Fe与N2O反应后的氧化物为Fe2O3；扫描电镜对反应后Fe表面物理形态的研究发展，在CO作用下，Fe的表面呈松散结构，可以保证Fe对氮氧化物反应的连续进行。