LI-7820应用案例｜定量测量废水处理厂的N2O排放

N2O分子 图源/www.ces.fau.edu/氧化亚氮（N2O）是全球公认的重要温室气体之一，其全球增温潜势约是CO2的273倍。N2O排放的人为源包括：农业生产、交通运输、土地利用等。其中，废水处理过程的N2O排放一直不易量化。废水处理过程的温室气体排放总量，通常不是根据实测数据而得出的。一般是基于运营活动以及能源消耗情况，结合特定排放因子来进行的大致估算。而对于排放因子的确定，多基于过时的测量数据或假设条件，这一般会导致对排放总量的低估。因此，急需准确可靠的排放测量技术。目的有两个：第一，定量评估废水处理厂当前的N2O排放；第二，比较不同减排措施的优劣。在废水处理过程中，N2O的排放主要源自微生物除氮过程的硝化和反硝化反应。在硝化过程中，氨首先会被转化为亚硝酸盐，之后转化为硝酸盐。通过反硝化反应，硝酸盐进一步被还原为一氧化氮NO、氧化亚氮N2O和氮气N2。总部位于英格兰考文垂的水务公司Severn Trent与LI-COR Biosciences合作开发了一种原位测量系统，该系统主要组成部分包括：LI-7820 高精度N2O/H2O气体分析仪和8200-01智能测量室。这一测量系统也能应用于废水处理过程的其他阶段，从而全面了解N2O的排放量和点位。使用这套测量系统获得的数据将被用于更准确的刻画排放因子。LI-7820 便携式高精度N2O/H2O通量测量系统（一）LI-7820 便携式高精度N2O/H2O通量测量系统（二）LI-7820 高精度N2O/H2O痕量气体分析仪，由LI-COR Biosciences公司研发制造，该仪器基于光反馈-腔增强激光吸收光谱技术（OF-CEAS），坚固便携，重量仅为10.5kg，两块锂电续航8小时，测量精度为0.2ppb，响应时间小于2s。与8200-01智能测量室结合使用，能在不到2min的时间内，快速确定N2O通量，检出限为0.05 nmol m-2 s-1。整套系统还集成了GPS组件，能对所测N2O通量成图显示。LI-7820 高精度N2O/H2O痕量气体分析仪在天然水体表面，例如湖泊，气体通量通常是溶解在水中的气体扩散到大气的过程。这种情况类似于在土壤-大气界面发生的温室气体排放。在这种情况下，可以使用8200-01智能测量室内嵌的标准算法计算通量。而在废水处理过程中，废水曝气发生反硝化反应，除了气体自然扩散外，还存在通过主动曝气过程，从水体向水面输送N2O。因此，需要在通量计算中体现这种主动曝气输送过程。为解决这个问题，研究者们在8200-01智能测量室内加入了流量计，对曝气流量进行实测，然后使用包含此参数的修订方程来计算通量。Severn Trent与LI-COR Biosciences之间的合作，正在推动一种可以应用于整个行业的全新测量方法。这一方法有利于更准确地评估废水处理过程的温室气体排放，如N2O。基于这些实测数据，废水处理行业将能更好地开展工艺优化等节能减排工作。