隨著全球變暖加劇,溫室氣體減排已經(jīng)引起了國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注。N2O和CH4是兩種重要的溫室氣體,其溫室效應(yīng)分別是C02的298倍和23倍。污水生物處理過(guò)程是N2O和CH4的重要人為釋放源。因此,研究城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污水生物處理過(guò)程中N2O和CH4的釋放現(xiàn)狀和變化規(guī)律并探討減排措施,具有重要的工程實(shí)踐和社會(huì)意義。 本論文以采用不同工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)為研究對(duì)象,通過(guò)長(zhǎng)期系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)采樣監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室同步分析,研究了污水處理廠(chǎng)污水／污泥處理全工藝流程的溫室氣體釋放狀況和變化規(guī)律,統(tǒng)計(jì)測(cè)算了溫室氣體的釋放量范圍和釋放系數(shù)；通過(guò)研究不同處理工藝對(duì)溫室氣體釋放的影響,篩選確定了溫室氣體排放較低的推薦處理工藝；通過(guò)廠(chǎng)區(qū)原位水質(zhì)監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)室分析相結(jié)合的方法探討了在城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)中能顯著影響溫室氣體釋放的因素；基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)CH4氣體的釋放量建立了簡(jiǎn)易的估算模型。主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下： (1)開(kāi)展了常規(guī)A/A/O工藝城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)中N2O氣體的釋放規(guī)律研究工作。通過(guò)對(duì)以濟(jì)南市水質(zhì)凈化一廠(chǎng)(簡(jiǎn)稱(chēng)A/A/O一廠(chǎng))為代表的A/A/O工藝污水處理廠(chǎng)長(zhǎng)期系統(tǒng)的N20釋放通量監(jiān)測(cè)分析發(fā)現(xiàn),N20的主要釋放源是好氧池,占比約80%。A/A/O一廠(chǎng)的N20人均釋放系數(shù)是1.69～2.34gperson-1yr-1,流量釋放系數(shù)是2.32×10-5～3.21×10-5gL-1,該廠(chǎng)的人均釋放系數(shù)和IPCC報(bào)告的數(shù)據(jù)比較接近,但是流量釋放系數(shù)要遠(yuǎn)高于IPCC報(bào)告中的數(shù)據(jù)；好氧池污水中溶解氧濃度和亞硝酸鹽濃度是能顯著影響N2O氣體釋放的主要因素,冬季較低的水溫區(qū)間也能促進(jìn)N2O氣體的產(chǎn)生和釋放；進(jìn)水總氮的脫除量是影響全廠(chǎng)N2O氣體釋放量占總氮脫除量比例的重要因素,對(duì)于采用A/A/O生物脫氮工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng),N2O釋放總量占總氮脫除量的比例范圍為0.119-0.195%。 (2)開(kāi)展了常規(guī)A/A/O工藝城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)中CH4氣體的釋放規(guī)律研究工作。以A/A/O一廠(chǎng)為代表,對(duì)其進(jìn)行了長(zhǎng)期系統(tǒng)的CH4釋放通量監(jiān)測(cè),確定了該廠(chǎng)CH4氣體的主要釋放源是厭氧池和好氧池,約占該廠(chǎng)CH4總釋放量的40%和32%；該廠(chǎng)CH4的人均釋放系數(shù)是8.17～17.66gperson-1yr-1,流量釋放系數(shù)是1.12×104～2.42×104gL-1。好氧池、曝氣沉砂池中的溶解氧濃度和高效沉淀池中的水溫是影響CH4釋放通量的重要因素,夏季較高的水溫區(qū)間有利于污水處理廠(chǎng)CH4氣體的產(chǎn)生和釋放；進(jìn)水COD的脫除量是影響全廠(chǎng)CH4氣體釋放量占COD脫除量比例的重要因素。利用監(jiān)測(cè)得到的A/A/O污水處理廠(chǎng)的CH4釋放數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù),對(duì)CH4的氣體釋放量建立了簡(jiǎn)單的估算模型,用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn),表明模型參數(shù)設(shè)置合理,能夠用于CH4釋放量的簡(jiǎn)易估算。 (3)開(kāi)展了采用不同處理工藝的城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)中N20和CH4的氣體釋放通量監(jiān)測(cè)工作。獲取了厭氧+氧化溝工藝、預(yù)缺氧-A/A/O工藝和倒置A/A/O工藝中N20和CH4的流量釋放系數(shù),發(fā)現(xiàn)三種工藝中N20和CH4的流量釋放系數(shù)均明顯高于IPCC報(bào)告中的參考值；不同處理工藝中釋放的N20氣體總量占總氮脫除量的比例分別為厭氧+氧化溝工藝：0.183±0.016%,預(yù)缺氧-A/A/O工藝：0.156±0.025%和倒置A/A/O工藝：0.117±0.010%；各種工藝中脫除的COD轉(zhuǎn)化成CH4氣體的比例分別是厭氧+氧化溝工藝：0.789±0.203%,預(yù)缺氧-A/A/O工藝：0.938±0.231%和倒置A/A/O工藝：0.078±0.016%。對(duì)三所污水處理廠(chǎng)在實(shí)驗(yàn)期間監(jiān)測(cè)到的水質(zhì)參數(shù)變化和N2O、CH4的氣體釋放通量變化聯(lián)合進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)期間能夠統(tǒng)一顯著影響不同處理工藝中N20產(chǎn)生釋放的主要因素是污水中的亞硝酸鹽濃度,能夠統(tǒng)一顯著影響不同處理工藝中CH4產(chǎn)生釋放的主要因素是污水的氧化還原電位；倒置A/A/O工藝脫除的總氮向N2O的轉(zhuǎn)化率和脫除的COD向CH4的轉(zhuǎn)化率均是四種工藝中最低的,在本論文研究的四種污水處理工藝中,倒置A/A/O工藝是適合城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)采用的溫室氣體釋放最低的推薦處理工藝。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類(lèi)】：X703
【部分圖文】：

期溫室氣體的大量排放:COZ、C執(zhí)、NZO和鹵烴(含氟、氯或嗅的氣體)l4]。當(dāng)這些氣體的排放量大于其清除量時(shí)，大氣中溫室氣體濃度開(kāi)始上升，導(dǎo)致溫室效應(yīng)開(kāi)始增強(qiáng)。COZ是最重要的人為溫室氣體，在1970年至2004年期間，CO:年排放量已經(jīng)增加了大約80%，從210億噸增加到380億噸，在2004年己占到人為溫室氣體排放總量的77%(按CO:當(dāng)量計(jì)算)。在最近的一個(gè)十年期(1995一2004年)，CO:當(dāng)量排放的增加速率(每年9.2億噸CO:當(dāng)量)比前一個(gè)十年期(1985一1994年)的排放速率(每年4.3億噸COZ當(dāng)量)高得多。全球大氣中CO:濃度己由工業(yè)化前的約280Ppm增加到2005年的379ppm。過(guò)去十年的CO:濃度年增長(zhǎng)率(1995一2005年平均值:每年1.gPPm)大于自人類(lèi)進(jìn)行連續(xù)和直接的大氣觀測(cè)開(kāi)始以來(lái)(1960一2005年平均值:每年1.4ppm)的濃度增長(zhǎng)均值，盡管在增長(zhǎng)率中存在年際變率L’l。_奴獲氣體目.沙，，.之

HAo{_—NOH—NOZ-匾包、。2H2塑匹匕No3-衛(wèi)魚(yú)匕NZo+HZo圖1一3石肖化反應(yīng)的主要生物化學(xué)過(guò)程由圖1一3可以看出，NZO既不是硝化反應(yīng)的中間產(chǎn)物也不是最終產(chǎn)物，因此它應(yīng)該是這一過(guò)程的副產(chǎn)物，而且從O的生成主要集中在亞硝化過(guò)程。目前普遍認(rèn)為NZO在硝化過(guò)程中通過(guò)以下幾種方式生成:l)經(jīng)胺(NHZOH)的氧化過(guò)程。在好氧條件下，當(dāng)系統(tǒng)中NH3入H4+濃度過(guò)高或pH過(guò)高時(shí)，亞硝化過(guò)程的第一個(gè)中間體NHZoH就會(huì)發(fā)生累積，進(jìn)而在經(jīng)胺氧化還原酶(HAO)的作用下氧化生成NZO。但目前還缺乏對(duì)這一生物化學(xué)過(guò)程的確切描述。2)硝酞基(NOH)的非生物反應(yīng)。在好氧條件下，亞硝化過(guò)程的第二個(gè)中間體NOH通過(guò)雙分子聚合反應(yīng)生成次亞硝酸鹽

為污水處理系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌群將有利于減少反硝化過(guò)程中N20的釋放量。對(duì)于目前城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)中使用最為廣泛的刀刀O工藝，導(dǎo)致污水處理中NZO產(chǎn)生和釋放的主要因素如圖1一5所示。NZO硝化反應(yīng)池(好氧池)O_反硝化反應(yīng)池(缺氧池)仁)低溶解氧高亞硝酸鹽濃度高溶解氧高亞硝酸鹽低COD/N比一曝氣不足一高有機(jī)負(fù)荷(伴隨曝氣不足)一曝氣不足一低污泥齡一有毒化合物一低溫一高氨氮濃度不肖化反應(yīng)池一COD偏低一進(jìn)水水質(zhì)過(guò)度曝氣一亞硝酸鹽一初沉效率過(guò)高(從硝化反應(yīng)池回流)圖卜5導(dǎo)致污水處理中從O釋放的主要因素

【引證文獻(xiàn)】

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1 劉秉濤;徐越群;;河南省污水處理過(guò)程中甲烷排放現(xiàn)狀和排放量估算[J];華北水利水電大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 吳海明;人工濕地的碳氮磷循環(huán)過(guò)程及其環(huán)境效應(yīng)[D];山東大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2810599