污水处理系统氧化亚氮削减与资源化利用的研究现状与展望

介绍了污水处理系统中脱氮过程中N₂O的生成途径、排放机制和影响因素,并评估了基于减量化措施的排放策略对N₂O削减效果的影响。目前,研究主要集中在控制曝气与碳源投加策略等工艺条件以减少N₂O排放。随着污水资源化利用的发展,还阐述了N₂O主流能源回收利用工艺的研究进展,以CANDO工艺为代表的定量调控生成气体策略。对N₂O资源化应用的新型技术进行了展望,并探讨了以N₂O为电子受体参与聚羟基脂肪酸酯合成,将其进一步应用于生物质合成利用策略的可行性,为实现N₂O的控制减排和资源化利用提供了新的思路。     

污水处理厂运行工况对温室气体排放的影响

市政污水处理厂是城市的重要基础设施之一,其因在运行过程中产生大量的CO₂、CH₄和N₂O等气体而被视为温室气体（GHGs）的重要来源之一,同时又因其减排潜力较大,引起了各界学者的广泛关注。GHGs减排需求正推动着污水处理厂朝着优化核心运行参数及资源能源回收的低碳方向发展。本文简述了污水处理厂中GHGs直接排放的主要环节和产生机理以及目前常用核算方法中存在的主要问题,并总结了污水处理厂运行工况的变化,包括温度、pH、进水C/N、污泥停留时间（SRT）、亚硝酸盐浓度、溶解氧（DO）浓度对其直接排放的GHGs的影响。分析表明进水C/N、DO浓度、pH和亚硝酸盐浓度对GHGs的排放影响较为明显且它们的变化更易于进行人为干预,人为减排潜力较大。最后总结了目前已有相关研究存在的主要问题以及对未来研究方向的展望,以期为污水处理厂优化运行工况和GHGs减排提供参考。     

污水微生物脱氮过程中N2O产生机理及影响因素研究进展

产生于生物脱氮过程的N₂O是一种强效的温室气体并会导致臭氧层破坏。本文综述了污水脱氮过程中N₂O的产生机理及影响因素。羟胺氧化和AOB反硝化是硝化过程产生N₂O两种主要路径,诸如溶解氧、氨氮和亚硝酸盐等因素主要通过影响微生物的活动或酶的活性而间接影响硝化过程中N₂O的产生。反硝化过程是N₂O的另一重要产生来源,其N₂O生成量的多少与N₂O酶有直接关系,而溶解氧、有机碳源和亚硝酸盐等因素会影响反硝化过程中N₂O酶的活性。目前新型脱氮工艺也成为N₂O的潜在来源,但其N₂O产生机理还有待深入研究。尽管N₂O释放与周围环境变化密切相关,但本质原因还是由于微生物的作用及酶活性受到影响所致。文章最后指出污水生物脱氮过程中N₂O产量控制与减量化策略是今后研究的主要方向,并给出了几点建议。     

携带nosZ Ⅱ基因的非反硝化菌缓解土壤N2O排放的研究进展

氧化亚氮是主要的温室气体之一,农田土壤是重要的人为N₂O排放源,探索合理的农田N₂O减排措施是亟待解决的重大课题。反硝化过程中N₂O还原为N2是目前已知的唯一的生物途径的N₂O汇,利用能够还原N₂O的微生物菌群是减缓农田土壤N₂O排放的潜在途径,对催化N₂O还原功能基因nosZ的研究表明N₂O还原菌存在两种基因型。本文主要综述了两种类型的N₂O还原菌具有不同的系统发育特征、生理学特性,以及N₂O还原的酶促动力学,相比较而言,具有nosZⅡ型的N₂O还原菌表现出更强的环境适应性,因此是有竞争力的土壤N₂O汇的潜在菌群。     

巢湖流域某城镇污水处理厂污染物去除协同温室气体排放研究

针对城镇污水处理厂减污降碳协同控制的新要求，根据《城镇污水处理厂污染物去除协同控制温室气体核算技术指南(试行)》，核算了巢湖流域某污水处理厂的污染物去除量及温室气体排放量，并提出了相应的减排管理对策。结果表明：通过实施曝气系统精确控制、内回流比优化、减少全流程跌水复氧、提升污水处理负荷率等措施，该污水处理厂取得了污染物去除协同温室气体减排的效果，COD和TN去除量分别从9561.10和1601.77t/a提高至11583.06和1864.85t/a，分别增长了21.15%和16.42%；处理单位污水产生的温室气体排放量从0.3574降低至0.3009kg[CO_2eq]/m³，降低了15.81%。     

部分硝化-短程反硝化-厌氧氨氧化系统脱氮效能及N2O排放特性的研究

为建立城市污水主流厌氧氨氧化脱氮系统并研究其温室气体N₂O排放特征,采用低氧SBBR处理模拟生活污水并获得了94.1%的TN去除率。连续试验及批量试验结果表明,高效脱氮是部分硝化-短程反硝化耦合厌氧氨氧化共同耦合作用结果。典型周期内N₂O排放呈快速上升、波动式快速下降、缓慢消失的规律,其中第75 min N₂O排放速率最高,达6.7μg/(L·min),推测是由于低氧硝化过程中羟胺氧化作用所致。高通量测序揭示了体系内同时存在着厌氧氨氧化、好氧异养、反硝化、硝化等功能菌属,与系统脱氮和N₂O产生密切相关。     

短程硝化过程中硝化速率与N2O产生速率的关系

N₂O是3种主要的温室气体之一,污水的生物脱氮过程是N₂O产生的一个主要人为来源。通过对不同条件下生活污水短程硝化过程中N₂O的产生情况进行研究,考察了短程硝化过程中硝化速率(AOR)与N₂O产生速率(N₂OR)之间的关系。结果表明:随着DO水平的提高,AOR逐渐上升,N₂OR则呈现先增加后减少的趋势;最大N₂OR出现在DO为0.6 mg·L^-1时,为1.29 mg N₂O-N·(g MLVSS)^-1·h^-1。低DO水平下AOR的提高会引起N₂OR的增加;但高DO水平下较高的AOR不一定产生较多的N₂O。不同条件下,N₂O的产生途径不同,引起N₂OR的变化。在DO较低时,N₂O的产生以NH₂OH/NOH途径为主,AOR的提高会促进N₂O产生;随着DO的增加,N₂O的产生途径主要为AOB的有氧反硝化作用,此时较高的DO水平会对这一反应造成抑制,虽然反应过程中AOR较高,但N₂OR处于较低水平。     

汽车尾气净化三效催化剂中N2O和NH3的生成及控制研究进展

N₂O和NH₃的排放主要来自于机动车尾气排放。本文总结了近十几年来轻型汽油车N₂O和NH₃排放的研究进展,阐述了两种气态污染副产物在三效催化剂中的形成机理,通过对影响N₂O和NH₃生成的贵金属种类和含量、载体材料、不同气体组成和浓度、老化条件、不同车辆及测试工况、反应温度等主要影响因素的综述,总结了各要素对N₂O和NH₃形成的影响,得出N₂O和NH₃主要在富燃条件下冷启动阶段生成,NO的解离在N₂O和NH₃的生成中起关键作用;影响N₂O和NH₃生成的各因素之间相互关联,相互影响;催化剂的老化增加N₂O和NH₃的排放;贵金属Rh比Pd和Pt更有利于N₂O和NH₃的分解等结论。发动机、后处理策略系统的升级、更合适测试循环的开发以及催化剂的优化可以进一步降低N₂O和NH₃的排放。     

更严格排放标准下的市政污水处理厂工程设计与碳排放分析——以宁波某污水处理厂为例

污水处理厂碳减排是实现“双碳”目标的重要组成部分，进行污水处理厂污染物削减过程碳排放核算，了解其碳排量数据，对污水处理厂碳减排措施的实施具有指导作用。研究以宁波某新建污水处理厂为对象，采用联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)指南方法及现行污水处理厂温室气体核算指南、规范等推荐参数，进行污染物去除过程产生的温室气体排放量核算。结果表明，宁波某新建污水处理厂污染物去除过程中温室气体排放量为42 018.5 t CO₂-eq/a,最大温室气体排放源为电力消耗。针对核算结果，在污水处理厂设计过程中选择低碳处理工艺，并给出污水处理厂低碳运行建议。文中采用的碳排放核算方法及工程设计中的低碳减排措施和建议，可为同类污水处理厂碳减排研究提供参考。     

添加剂对NOxOUT脱硝及N2O、CO生成的影响特性

通过试验研究了NO_x污染的NO_xOUT脱除特点和温室气体N₂O及CO的生成规律,结合动力学分析,探讨了添加剂的作用。结果表明：在不同氨氮比（NSR）下,最佳反应温度为950℃,最高脱硝效率可达76.33%;N₂O随温度的生成曲线类似于效率曲线,在950℃左右达到最大排放量;N₂O的排放随NSR和氧量的增加而升高;温度较高时,N₂O的排放随停留时间的延长先增加后减少;碳酸钠、乙酸钠、谷氨酸钠及乙醇可有效提高低温侧的脱硝效率和拓宽相应的温度窗口,其中谷氨酸钠最为明显;脱硝效率随钠盐添加量的变化与温度有关,钠原子最佳添加量为60 ml·L^-1;上述添加剂均可明显降低中高温段的N₂O、CO排放,低温端则相反;N₂O、CO的排放随温度、添加剂种类及浓度的不同而呈现各自的变化趋势。     

15 MW生物质循环流化床NOx和温室气体排放特性

生物质是零碳可再生能源，对我国实现碳达峰、碳中和目标具有重要意义。虽然被视为清洁能源，但生物质燃烧过程仍会排放NO_x(NO、N₂O)和温室气体(CH₄、N₂O、CO₂),有必要对生物质直燃的NO_x和温室气体排放特性进行研究。测量某15 MW生物质循环流化床的NO_x和温室气体排放，并探究了改变床压、一二次风比、前后墙二次风比、废木料掺烧比例等因素对NO_x和温室气体排放特性的影响。燃烧调整试验表明：升高床压有利于降低NO排放，但降幅很小，且会造成CO和CH₄体积分数上升，CO₂体积分数降低；随一二次风比增大，NO排放略降低，这意味着可适当降低二次风以降低NO排放量，CO和CH₄体积分数降低，CO₂体积分数升高；当前墙二次风开度/后墙二次风开度较小或较大时，均有利于降低NO,CO和CH₄排放量也较低；高含氮废木...     

MIL-101Cr-F/Cl用于N2O的捕集研究

氧化亚氮（N₂O）是仅次于CO₂和CH₄的第三大温室气体,对其捕集具有资源回收和减排温室气体的双重价值。本文通过添加氢氟酸和盐酸合成了末端具有不同阴离子的MIL-101Cr材料：MIL-101（Cr）-F和MIL-101（Cr）-Cl,通过XRD、BET、SEM等对样品进行了表征,测试并分析了两种样品对N₂O和N₂的吸附性能,进行了选择性和吸附热的计算以及混合气体的穿透模拟。研究结果表明,MIL-101（Cr）-Cl拥有目前最高的N₂O吸附容量（6.43 mmol/g,298 K）和N₂O/N₂选择性（267）,混合气体（N₂O/N₂=0.1%/99.9%）穿透模拟结果显示MIL-101（Cr）-Cl具有更加优异的微量N₂O捕获能力。     

浙江省某污水处理厂清洁排放技术改造设计实例

浙江省某污水处理厂一期工程处理规模为2×10⁴m³/d,主体处理工艺采用“沉砂池+CAST+活性砂滤+紫外线消毒”,处理对象包括城区生活污水和上游某工业园区预处理厂的高总氮废水,出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。2019年～2020年,该污水处理厂针对运行过程中氮、磷污染物处理压力较大的情况,实施了清洁排放技术改造。在用地紧张的情况下,将CAST池工艺改造成五段式Bardenpho工艺,并同步对上游预处理厂进行升级改造,采用曝气硝化、反硝化滤池对工业废水进行复合脱氮。运行结果表明,通过对污水处理厂和预处理厂的耦合改造,不仅实现了污水处理厂部分扩容,保留了远期1.5×10⁴m³/d的远期规划用地,而且成功地将出水指标稳定提升到浙江省《城镇污水处理厂主要污染物排放标准》（DB 33/2169-2018）表1标准。     

潍坊某污水处理厂能耗与节能途径分析

对潍坊某污水处理厂工艺运行数据进行分析发现,该污水处理厂出水可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级A标准,但吨水处理能耗平均为0.33k W·h/m³,高于全国平均水平(0.29k W·h/m³)。通过对污水处理厂能耗分布和特征进行分析,提出了该污水处理厂节能降耗途径。通过精确曝气控制和全过程工艺优化可在工艺稳定的情况下减少污水处理厂能耗。     

改良型A~2/O生物池在某污水处理厂工程设计中的应用

以西安市第一污水处理厂二期工程为例,介绍了本项目的工艺流程和建构物、设备参数。二期项目充分利用一期工程预留空地进行设计建造,主要通过格栅+曝气沉砂池+改良A~2/O生物池+折板絮凝/斜管沉淀/微过滤+紫外线消毒工艺净化污水。二期工程近期污水处理规模7.5×104 m~3/d,第一污水处理厂的总处理量得到显著提高。二期项目投入运营后出水COD为21 mg/L,SS、氨氮、总磷出水质量浓度分别为4.79、0.49、0.08 mg/L,所有出水指标达到了城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)一级A排放标准。     

上海某污水处理厂碳排放分析及减碳路径探索

文章研究了污水处理厂碳排放路径,掌握污水处理厂碳排放情况,为未来实现“双碳”目标提供理论数据支撑。以上海一家污水处理厂为例,年度碳排放量采用《城镇水务系统碳核算与减排路径技术指南》推荐方法、《国家温室气体清单指南》(IPCC)提供的部分温室气体排放因子和国内公开的相关排放因子进行核算。分析了各范围年度碳排放量,电能产生的间接碳排放为该污水处理厂年度温室气体排放总量的47%,是污水处理厂主要温室气体产生源头,是该厂碳排放减排重点对象。并结合污水厂实际情况提出减碳可行性路径,但实现污水处理厂的碳中和要充分利用污水中隐藏的能量,需探索污水厂出水中的余温热能在外供方面的应用路径。研究结果将对其他污水处理厂的减碳工作起到一定的借鉴作用。     

A2/O-MBR用于类地表Ⅳ类水排放标准升级改造工程

沈阳市某城镇污水处理厂设计规模为2×10⁴ m³/d,原采用浮动生化床+人工湿地工艺,出水指标执行污水综合排放标准（GB 8978-1996）一级A标准。为了使出水水质达到类地表Ⅳ类水标准,污水处理厂采用A²/O+MBR工艺进行升级改造。改造后,平均出水COD、BOD₅为10.6、4.47 mg/L,氨氮、总氮、总磷和悬浮物平均出水质量浓度分别为0.16、8.52、0.07、0.72 mg/L。在进水水温低于12℃时,仍然具有良好的处理效果。通过优化控制溶解氧,平均电耗和乙酸钠消耗分别降低了9.38%和12.1%,实现了节能降耗。     

高排放标准下污水厂与人工湿地组合工艺工程实践

河北省某乡镇新建市政污水集中处理工程,设计近期规模6 000 m³/d,由污水处理厂、人工湿地以及配套污水管网等组成,污水处理厂出水经人工湿地进一步处理后排放河道,总排放口出水水质执行地表水准Ⅱ类标准。针对该工程排放标准较高、冬季低温稳定运行难度较大等特点,设计污水处理厂采用多级AO-MBR+臭氧催化氧化的工艺流程,人工湿地采用水平潜流湿地与温室大棚相结合的形式。工程建成后已连续运行6个月,总出水COD、NH₃-N、TN、TP月均浓度范围分别为12.9～14.4、0.16～0.43、6.77～8.77、0.06～0.08 mg/L。介绍了该工程工艺流程及主要构筑物工艺参数、池型布置及设计特点。     

城市污水处理厂A2/O工艺调试运行实例分析

江苏某污水厂实际进水NH₃-N值高于设计值。运营以来，由于部分曝气设施老化，好氧池实际泥龄短，生存的硝化菌数量不能实现氨氮稳定达标的要求而导致实际出水水质不能稳定达标。通过提高好氧段实际水力停留时间、活性污泥的培养驯化、改进生化池缺氧段等技术措施，提高好氧池硝化能力，使NH₃-N及主要水质指标达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)一级A标准。因为污水处理厂工艺流程复杂就必须不断地进行调试分析，本文是以改污水处理厂为研究对象进行调试研究，并根据调试中遇到的问题提出解决措施和注意事项。     

Anammox的实现及其应用前景分析

低碳高效的Anammox技术在污水处理中对实现“双碳”目标具有潜力，并为污水处理厂工艺带来技术变革。对传统脱氮和Anammox脱氮进行了比较，指出Anammox在节能降耗和温室气体减排中具有优势；分析了实现短程硝化Anammox(PNA)和短程反硝化Anammox(PDA)稳定获得NO₂^-的控制策略，其中游离氨(FA)、温度、DO和间歇曝气是PNA的重点调控因子，而碳氮比是PDA的重要控制因素。基于控制原理，Anammox技术在多种污水中具有应用前景，但PNA更适合污泥消化液、污泥脱水液和垃圾渗滤液的处理，PDA则更适合低温、低NH₄⁺-N的主流污水，以及城市污水和NO₃^-污水混合污水的处理。未来研究的重点在于：界定适于PNA和PDA的污水种类，考察污水组分对PNA/PDA的影响及响应，中试验证各种污水的PNA/PDA，改造升级传统脱氮以实现PNA/PDA。