王亞宜,陳 玉,周 東,林喜茂 (同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海200092)

溫度對滴濾池硝化過程氧化亞氮釋放的影響

王亞宜*,陳 玉,周 東,林喜茂 (同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,污染控制與資源化研究國家重點實驗室,上海200092)

研究了某大學(xué)污水處理廠的一個滴濾池(生物膜系統(tǒng))隨季節(jié)變化N2O的釋放特征.結(jié)果表明,滴濾池中N2O的釋放濃度范圍為0～18.21×10-6,釋放量為20.5～554g N2O/(m3?a),其釋放因子(N2O-N/進(jìn)水NH3-N)為0.1%～0.8%.N2O釋放量與季節(jié)變化有關(guān),夏季產(chǎn)生量較高而春季較少,空氣和進(jìn)水的溫差是影響滴濾池中硝化作用和N2O釋放的主要因素,7月份時氣溫和水溫溫差較小,導(dǎo)致空氣中的氧氣無法充入水中,水中溶解氧的不足使得滴濾池硝化不完全,N2O釋放量最高.另外,N2O釋放量的晝夜變化規(guī)律表明,滴濾池的N2O釋放、硝化作用和溫度變化相關(guān),通過在線監(jiān)測N2O釋放和水溫/氣溫溫度變化可以間接反映滴濾池的生物硝化效果.

N2O；滴濾池；溫差；生物膜；硝化作用

氧化亞氮(N2O)是一種強(qiáng)溫室氣體,其全球增溫潛勢約是CO2的320倍[1],來源有自然因素和人為因素,污水生物處理過程是一個潛在人為源[2].很多研究均證明污水的生物脫氮處理過程會有N2O的釋放[3-9]; Kampschreur等[8]總結(jié),在實際城鎮(zhèn)污水處理廠的脫氮過程中可能有0～14.6%的氮轉(zhuǎn)化為N2O釋放.

污水處理過程N(yùn)2O的釋放主要發(fā)生在硝化和反硝化階段,隨著各國對污水處理廠出水中氮素控制的嚴(yán)格,城市污水廠必須進(jìn)行脫氮工序, N2O釋放潛能也隨之增加,這可能會將環(huán)境污染問題從水體轉(zhuǎn)移到大氣中[4-5,8].因此,研究污水脫氮過程N(yùn)2O的產(chǎn)生機(jī)理及預(yù)測和控制影響N2O釋放的運行參數(shù)尤為重要.

目前對于污水處理過程N(yùn)2O的釋放研究主要圍繞合成廢水或純培養(yǎng)的活性污泥系統(tǒng)展開[7,11-14],較少有針對生物膜系統(tǒng),尤其是滴濾池生物膜系統(tǒng).滴濾池具有穩(wěn)定性好、維護(hù)安裝費用低、易于操作控制以及硝化效果好等優(yōu)點[15-16].隨著氮素排放標(biāo)準(zhǔn)的提高,污水處理廠需對原有工藝進(jìn)行升級改造,滴濾池雖是脫氮單元的較好選擇,但也存在增加N2O釋放的可能性.S?vik等[17]證實,滴濾池中N2O的釋放多源于硝化的不完全.在英國,滴濾池占到了污水處理中生物單元的60%～70%,然而,滴濾池中N2O的釋放和硝化反硝化的關(guān)系還鮮有研究和報道.

滴濾池中供氧的唯一方式是通過自然通風(fēng)實現(xiàn)空氣循環(huán),而空氣循環(huán)效果取決于污水溫度(由進(jìn)水溫度決定)與環(huán)境空氣的溫度差.因此,氣水溫差決定了滴濾池可利用的氧氣量,進(jìn)而影響N2O釋放.目前有關(guān)溫度對氨氮去除和N2O產(chǎn)生潛在影響的研究仍然較少.本實驗以英國克蘭菲爾得大學(xué)污水處理廠(Cranfield University Sewage Treatment Works,CUSTW)的生物滴濾池為研究對象,旨在更清晰地揭示N2O產(chǎn)生機(jī)理,探究溫度等環(huán)境因素對滴濾池中N2O釋放的影響,評估滴濾池中N2O釋放量及確定能夠減少N2O排放的最佳條件.

1 材料與方法

1.1 污水廠工藝

CUSTW的主體工藝為生物膜系統(tǒng),工藝流程如圖1(a)所示,主要處理校園生活污水,服務(wù)人數(shù)為6000人/a,污水流量為385～1008m3/d,平均流量為525m3/d.檢測N2O釋放的對象為第一級的一個滴濾池[圖1(b)],其高度為1.8m、直徑為12m,填料為蜂窩狀斜管填料.該滴濾池水力負(fù)荷大于4.64m3/(m2?d),屬于高負(fù)荷處理方式.

圖1 污水處理廠工藝流程及滴濾池構(gòu)造Fig.1 The wastewater treatment process in Cranfield University Sewage Treatment Works and the structure of the trickling filter

1.2 取樣和分析

本實驗從1月31日開始在線監(jiān)測N2O排放量,其中在3月17日～5月31日期間,每周取進(jìn)出水水樣3次,取樣時間均為12:00～15:00,分析結(jié)果表明,水質(zhì)周際變化較小,故在后續(xù)實驗階段(6月1日～8月30日),每周取水樣改為2次.同時也開展了晝夜24h定時采集進(jìn)出水水樣的實驗,揭示滴濾池晝夜的水質(zhì)變化和N2O釋放的關(guān)系.

采用N-Tox?(Water Innovate Ltd, UK)分析儀測量N2O氣體濃度(60s記錄1次),該儀器測量范圍為0～200×10-6,檢測限低于0.5%.通過兩個溫度探針(Delta-T, DL-2, Cambridge, UK)測量水氣交界處空氣溫度和滴濾池50cm深度處的溫度,每隔5min記錄1次.測試點的天氣情況從英國氣象局網(wǎng)站獲取.

進(jìn)出水的總氮(TN),NH3-N, NO2--N, NO3--N, COD和磷通過哈希試劑法(Vwr International adapted from Standard Methods)檢測,BOD5和混合液懸浮固體濃度(Mixed liquor suspended solids,MLSS)則通過標(biāo)準(zhǔn)方法APHA[18]來測量.

1.3 空氣量計算

為計算滴濾器中N2O釋放量,采用歐根方程(Ergun Equation, 1952) [式(1)]和薛定諤方程[15][式(2)]計算空氣流速：

式中:ΔP為通過濾料的壓降, Pa;L為濾料高度,m;ε為濾料空隙率,無量綱;μ為液體黏度;ρ為液體密度,kg/m3;dp為顆粒直徑,m;Tc為低溫區(qū)溫度,℃;Th為高溫區(qū)溫度,℃;us為表面流體速度,m/s;C為常數(shù),取值3462(℃?Pa)/m;AR為空氣流速,m3/s;f為滴濾池面積,m2.

2 實驗結(jié)果

2.1 滴濾池隨季節(jié)的硝化效果變化

系統(tǒng)中進(jìn)水總氮為24～60.8mg/L,其中氨氮為13.5～51mg/L,硝酸鹽氮為0.5～2.4mg/L,亞硝酸鹽氮含量可忽略不計.由圖2可知,實驗中,出水氨氮濃度在3～4月為(15.4±5.6)mg/L,5～6月為(13.5± 5.8)mg/L, 7～8月為(19.4±3.3)mg/L.在BOD5平均負(fù)荷為0.34kg/(m3?d)情況下,滴濾池氨氮的去除率為(51±18.4)%.據(jù)報道,在13～15℃的高速滴濾池中硝化速率可以達(dá)到1.8g/(m2?d),在三級滴濾池中,當(dāng)進(jìn)水處氨氮濃度高且BOD5/TKN比值低時,最大的氨氮去除率范圍為1.2～2.9g/(m2?d)[15].本研究中,3～4月、5～6月和7～8月平均環(huán)境溫度分別為6,12.5,15.2℃,相應(yīng)的硝化速率依次為(0.68± 0.16),(0.50±0.18),(0.29±0.10)g/(m2?d).本研究的滴濾池由于采用的自然通風(fēng)充氧形式,同時進(jìn)水中又含有較高的BOD5,故其硝化效率相較于三級硝化滴濾池低.另一方面,因進(jìn)水含有BOD5,在滴濾池中發(fā)現(xiàn)了總氮的去除.

圖2 滴濾池隨氣水溫差變化對NH3-N的去除率Fig.2 The variations of temperature differences of air and wastewater and NH3-N removal efficiency

2.2 滴濾池N2O釋放的季節(jié)性變化特點

如圖3所示,在滴濾池運行過程可觀測到N2O的產(chǎn)生,且呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性:夏季釋放量升高而春季減少,且夏季>冬季>春季(表1);同時,在溫度較高的晴天比溫度較低的多云和雨天N2O釋放量更多.

冬季至春季的環(huán)境溫度變化并未明顯影響N2O的釋放,而到夏季(6月下旬至8月)水溫接近于環(huán)境溫度,N2O釋放量明顯增加(圖3和表1);在3～5月間,空氣與水體溫差在10:00～16:00左右時上升1℃(圖3).同時,并未發(fā)現(xiàn)N2O釋放量與水力負(fù)荷間具有顯著相關(guān)性.

2.3 晝夜N2O釋放和溫度變化的關(guān)系

比較4月18日、5月4日和7月1日24h的溫度及N2O釋放發(fā)現(xiàn),滴濾池N2O釋放量的晝夜變化與氣水溫差變化存在相關(guān)性,氣溫和水溫的變化幅度的不同對N2O的釋放產(chǎn)生顯著影響,一旦水溫和空氣溫度接近時,滴濾池N2O的釋放量立即增加(圖4).

圖3 滴濾池內(nèi)N2O釋放量隨季節(jié)變化規(guī)律Fig.3 the variations of the monthly N2O emission frequency

2.4 氨氮(NH3-N)去除與N2O釋放

由圖5和圖6可見,5月12日及6月30日中,白天進(jìn)水的氨氮量逐漸增加,并在19:00～20:00之間達(dá)到一個最高濃度;隨后,在晚間和晨間有小幅下降.兩個測量日中,CUSTW進(jìn)水氨氮濃度未發(fā)生明顯的波動,但出水氨氮濃度和氨氮去除率(在8:00～22:00之間測得)卻呈現(xiàn)不同結(jié)果.在5月12日8:00～17:00,氣水溫差增大,氨氮去除率隨之下降;當(dāng)氣水溫度相同時,氨氮去除率持續(xù)下降(圖5和圖6).6月30日的氨氮去除率為28%～35%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5月12日的氨氮去除率(圖6).上述結(jié)果正好符合溫度差假設(shè):氣水溫差越大,氨氮的去除率越高.此外,在6月30日,晚間和第二天早晨的出水硝態(tài)氮濃度與白天維持在一個水平上,這說明只要有溫度差,即使環(huán)境溫度下降,滴濾池內(nèi)的硝化作用速率也不會下降.

表1 N2O釋放的月際變化Table 1 Monthly average emission of N2O-N as percentage of the yearly average loading of NH3-N (based on the data during February to July)

如圖5所示,5月12日和6月30日的N2O釋放濃度在08:00～22:00之間均有增加,在次日00:00～08:00時N2O釋放量減少,其中6月30日N2O釋放量高于5月12日.在5月12日的09:30～16:00之間,空氣與水的溫差幅度較大,N2O的釋放量很少.隨后,在16:00左右溫差消失,出現(xiàn)了N2O釋放峰值,其濃度約為4.86×10-6.此后,在22:00時左右,氣水溫差再次增加,相應(yīng)監(jiān)測到N2O釋放量較小(圖5c).該現(xiàn)象與圖中氨氮去除率先增加后逐漸降低的趨勢相吻合.在6月30日,氣水溫度整天都較接近,故在08:00～24:00之間持續(xù)檢測到N2O的釋放,此時的氨氮去除率與5月12日的相比,處于一個較低的水平.6月30日N2O濃度在14:00達(dá)到最高(7.76×10-6),明顯高于5月12日的峰值(4.86×10-6) (圖5c和圖5d).

3 討論

3.1 滴濾池中硝化反應(yīng)與N2O的釋放

試驗結(jié)果表明,氣水溫差較環(huán)境溫度更能決定滴濾池最終的硝化率(圖2).溫差變小引起空氣循環(huán)流動不足,因此盡管環(huán)境溫度較高,硝化率也會降低.在本研究中,氨氮去除率的最高和最低值分別發(fā)生在早春和夏季,這與Metcalf等[15]報道的滴濾池內(nèi)的硝化反應(yīng)速率在夏季會降低的結(jié)論相吻合.

N2O釋放量的晝夜和季度性變化均表明：在自然通風(fēng)充氧的滴濾池中,氣水溫差較環(huán)境溫度對N2O釋放影響更大.N2O的月釋放量與月平均氣水溫差呈明顯的指數(shù)關(guān)系(n=6時,r2=0.98)(圖7),這一結(jié)果證明,氣水溫差可能直接決定N2O的釋放.

圖4 典型日N2O釋放量與氣水溫差變化的關(guān)系Fig.4 The relationship between daily N2O emission frequency and daily temperature difference between air and water (absolute values)

相反,月平均溫度與每月N2O釋放無顯著相關(guān)性(r2=0.64)(圖7).另外,對N2O釋放量的日變化分析發(fā)現(xiàn),一旦氣水溫度相等,滴濾池N2O持續(xù)釋放(圖4和圖5).氣水溫度接近引起的溶解氧不足是導(dǎo)致滴濾池內(nèi)N2O釋放量過高的原因.N2O釋放的時間長短取決于空氣與水溫溫度接近的時間長短.通常來說,氣水溫差越大,滴濾池內(nèi)N2O釋放量就越小(圖4b和圖4e).

3.2 影響滴濾池內(nèi)N2O產(chǎn)生的其他因素

除了空氣和水之間的溫度差引起的充氧效果直接影響N2O的釋放外,氣候因素如環(huán)境溫度、空氣壓力、滴濾池的濕度也對滴濾池N2O排放有直接或間接的影響.

在英國,夏季高溫通常引起較低的氣壓,從傳質(zhì)角度來說,低氣壓會導(dǎo)致局部壓力下生物膜傳質(zhì)系數(shù)的降低,進(jìn)而加劇硝化作用不完全而促使N2O的釋放.同時,空氣壓力對N2O從液相到氣相的釋放影響顯著.溫暖期低氣壓條件下,從液相釋放到大氣中的N2O比高氣壓條件下要高,這使得滴濾池在低氣壓條件下可能產(chǎn)生更高的N2O.這些氣候因素引起的綜合效應(yīng)可以很好地解釋即便空氣和水之間存在溫度差,即溶解氧充足,仍然可能觀測到滴濾池N2O的釋放.此外,對滴濾池和連續(xù)進(jìn)水的研究結(jié)果證明,本研究濾池內(nèi)的大氣濕度對N2O的排放幾乎沒有影響.

圖5 滴濾池24h內(nèi)溫度變化與N2O釋放Fig.5 Temperature variations and N2O emission within 24hours in the TF

圖6 滴濾池內(nèi)24h內(nèi)氮素變化Fig.6 Nutrient variation profiles during 24hours in the TF

已有研究表明,好氧曝氣池(采用人工配水)N2O的產(chǎn)生與進(jìn)水氮負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷均呈相關(guān)性[19].Kimochi等[6]研究發(fā)現(xiàn),生活污水處理過程中N2O的釋放量在進(jìn)水碳氮比(C/N)較低時會增加.然而,在本研究中,從N2O釋放量的月變化來看,進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)如氨氮負(fù)荷或者C/N與N2O產(chǎn)生并無明顯的相關(guān)性(表1).這可能有兩方面的原因:實驗期間進(jìn)水氨氮負(fù)荷自始至終均維持在0.79～1.23gN/(m3?d),且無明顯波動(表1),這說明氨氮負(fù)荷仍未高到足以影響N2O釋放;就進(jìn)水C/N來說,它主要影響反硝化脫氮途徑N2O的釋放,然而,在本研究滴濾池中,幾乎沒有反硝化途徑,這削弱了進(jìn)水C/N比對N2O釋放的影響[11].

3.3 微生物的新陳代謝對滴濾池內(nèi)N2O產(chǎn)生機(jī)制的影響

滴濾池N2O的釋放特點與生物膜內(nèi)微生物的活動,即硝化與反硝化有關(guān).由于本研究滴濾池對總氮的去除較少,因此生物硝化是產(chǎn)生N2O的主要來源.在生物硝化過程,N2O的產(chǎn)生途徑有兩種可能:1)硝化菌反硝化作用,即氨氮硝化為NO2-后被還原為N2O,主要由氨氧化菌(AOB)來完成,是個生物過程;2)氨氧化過程的中間產(chǎn)物(如羥氨,NH2OH)的分解[9,11].NH2OH被氧化成NO2-分為兩個過程:NH2OH先被氧化為不穩(wěn)定的亞硝?；鶊F(tuán)(NOH);然后NOH再被氧化為NO2-.在NH2OH的氧化過程中,可能會出現(xiàn)NOH的積累.而不穩(wěn)定的NOH會分解產(chǎn)生N2O[14,19].由于NOH分解產(chǎn)生N2O的過程并不需要酶的作用,所以該過程并非生物反應(yīng),而是化學(xué)反應(yīng).一般認(rèn)為,NOH化學(xué)分解產(chǎn)生N2O的途徑在城市污水硝化處理中并不占主導(dǎo)地位.

很多研究證明,硝化過程產(chǎn)生N2O的主要原因是溶解氧的缺乏[2,7,12,20-22].Hooper等[20]報道,在低溶解氧(DO)條件下,羥氨的不完全氧化導(dǎo)致了N2O產(chǎn)生.Tallec等[7]的研究也表明,活性污泥二級處理過程中DO濃度1mg/L的情況下,N2O的釋放量較高;他們認(rèn)為,在低DO條件下(0.1～2mg/L),N2O的釋放有兩種途徑：自養(yǎng)硝化細(xì)菌反硝化作用和異養(yǎng)反硝化作用.在本研究的滴濾池中也出現(xiàn)了同樣現(xiàn)象,即當(dāng)氣水溫度較接近時(表明硝化過程氧氣不足),觀察到較多的N2O釋放(圖4和圖5).

在本滴濾池中,認(rèn)為AOB反硝化作用是產(chǎn)生N2O的主要途徑,即在低DO條件下,AOB體內(nèi)的反硝化酶將NO2-還原為N2O.另一方面,在滴濾池生物膜微環(huán)境中,因氧氣擴(kuò)散受限,使得DO濃度沿著生物膜厚度方向呈現(xiàn)梯度變化,從而形成了缺氧/厭氧邊界,這也會誘發(fā)N2O的釋放.這種現(xiàn)象類似于活性污泥絮體中的同步硝化反硝化(SND)過程:Zeng等[23]報道過DO擴(kuò)散受限,在絮體邊緣會形成好氧區(qū),而絮體內(nèi)部則形成缺氧區(qū),這種分布會在好氧-缺氧區(qū)邊界引起亞硝酸鹽的積累,一旦邊界處亞硝酸鹽的積累達(dá)到一定濃度,便會引起N2O的釋放.在本研究的滴濾池N2O釋放也可能源于同樣機(jī)制.滴濾池系統(tǒng)N2O產(chǎn)生的確切機(jī)制有待進(jìn)一步證實.

圖7 N2O釋放與每月氣水溫差變化的關(guān)系Fig.7 N2O emission in relation to temperature differences between wastewater and air

3.4 滴濾池污水處理廠的全球變暖貢獻(xiàn)

滴濾池N2O釋放量的變化范圍為8.6～223.5g/d和3.2～69.2kg/a(平均13.4kg/a ),其變化取決于氣水溫度接近相等(DO受限)周期的長短與程度.本研究中N2O釋放量變化范圍為20.5～554g/(m3?a),年平均值為159.1g/(m3?a),這與活性污泥法原位處理工藝的N2O的釋放量相吻合[5,24].Czepiel等[5]在生活污水處理廠的曝氣池內(nèi)(Durham, USA)監(jiān)測N2O的釋放量,得出N2O年總釋放量為3.2×104g,水相中為242.4g/(m3?a).同樣,Kimochi等[6]監(jiān)測日本的一個間歇曝氣活性污泥系統(tǒng)中的N2O釋放量發(fā)現(xiàn),在間歇曝氣的運行條件下,年N2O釋放量的變化范圍為(0.43～1.89)×103g,其中水相中的N2O釋放量為5.89～25.87g/(m3?a).后來,Tallec等[7]在Valenton污水廠中監(jiān)測N2O釋放,結(jié)果顯示N2O釋放量變化范圍為0.05～0.16g/(m3?a).這些研究中N2O釋放量的不同主要是由處理工藝、操作條件及環(huán)境因素的不相同等引起的.

在本研究中,0.1%～0.8%的進(jìn)水氨氮均以N2O-N的形式釋放(表1),這與前人的研究數(shù)據(jù)相吻合:0.0037%～1.4%[17]和0.02%～0.53%[24].另外, Valenton污水處理廠中N2O釋放量為氨氮總量的0.1%～0.4%[7],同樣接近于本實驗中所得結(jié)果.

本實驗首次對生物濾池中N2O釋放進(jìn)行定量研究,這些數(shù)據(jù)可以作為滴濾池生物膜系統(tǒng)N2O釋放量和釋放特征的參考.雖然從滴濾池中釋放到大氣中的總N2O與總微生物轉(zhuǎn)換的氮素相比很少,然而,隨著排入廢水中的氮素的增加,尤其是處理高氨氮工業(yè)廢水時,污水處理廠中N2O釋放量也會隨之增加.因此,在應(yīng)對全球變暖的問題上,監(jiān)測N2O的釋放與闡明N2O的釋放機(jī)制,并提出相應(yīng)減排方案尤為重要.同時,由于N2O的釋放直接反應(yīng)了水廠的運行情況,測量N2O的釋放對水廠管理同樣重要.

在減少或控制滴濾池中N2O的產(chǎn)生方面,為了在特定時間(如夏季)防止滴濾池(底部)供氧不足,建議在自然通風(fēng)滴濾池中安裝強(qiáng)制通風(fēng)系統(tǒng).

4 結(jié)論

4.1 對于自然通風(fēng)的滴濾池,氣水溫差對N2O的釋放產(chǎn)生較大影響:氣水溫差越小,溶解氧不足,滴濾池中釋放的N2O越多.N2O的釋放可能主要來自AOB參與的反硝化過程.

4.2 滴濾池中N2O的釋放量的變化范圍為0～18.21×10-6,其中進(jìn)水氨氮中0～0.24%以N2O的形式釋放出來.滴濾池中N2O的釋放量隨著季節(jié)變化,夏季最高,春季最少.為了減少滴濾池中N2O的釋放,增加強(qiáng)制通風(fēng)可能較為有效.

4.3 N2O的釋放與氨氮的去除有顯著的相關(guān)性,通過在線監(jiān)測N2O的釋放可以預(yù)測滴濾池的硝化效果.

[1] IPCC—Intergovernmental panel on climate change. Climate change 2001—the scientific basis [R]. Contribution of working group I to the third assessment report of the intergovernmental panel on climate change. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 2001.

[2] Park K Y, Lee J W, Inamori Y, et al. Effects of fill modes on N2O emission from the SBR treating domestic wastewater [J]. Water Sci. Technol., 2001,43(3):147–150.

[3] Zheng H, Hanaki K, Matsuo T. Production of nitrous oxide gas during nitrification of wastewater [J]. Water Sci. Technol., 1994, 306:134–141.

[4] Suèmer E, Weiske A, Benckiser G, et al. Influence of environmental conditions on the amount of N2O released from activated sludge in a domestic wastewater treatment plant [J]. Experientia., 1995,51:419–422.

[5] Czepiel P, Crill P, Harriss R. Nitrous oxide emissions from municipal wastewater treatment [J]. Environ. Sci. Technol., 1995,29:2352–2356.

[6] Kimochi Y, Inamori Y, MizuochiM, et al. Nitrogen removal and N2O emission in a full-scale domestic wastewater treatment plant with intermittent aeration [J]. J. Fermentation and Bioengineering, 1998,86(2):202–206.

[7] Tallec G, Garnier J, Billen G, et al. Nitrous oxide emissions from secondary activated sludge in nitrifying conditions of urban wastewater treatment plants: effect of oxygenation level [J]. Water Res., 2006,40:2972–2980.

[8] Kampschreur M J, Temmink H, Kleerebezem R, et al. Nitrous oxide emission during wastewater treatment [J]. Water Res., 2009,43(17):4093-4103.

[9] Kampschreur M J, Poldermans R, Kleerebezem R, et al. Emission of nitrous oxide and nitric oxide from a full-scale single-stage nitritation-anammox reactor [J]. Water Sci. Technol., 2009, 60(12):3211-3217.

[10] Hanaki K, Hong Z, Matsuo T. Production of nitrous oxide gas during denitrification of wastewater [J]. Water Sci. Technol., 1992,26(5/6):1027–1036.

[11] Itokawa H, Hanaki K, Matsuo T.Nitrous oxide production in high-loading biological nitrogen removal process under low COD/N ratio condition [J]. Water Res., 2001,353:657–664.

[12] Butler M D, Stephenson T, Stokes L, et al. Dinitrogen oxide detection for nitrification failure early warning systems [J]. Water Sci. Technol., 2005,52(8):249–256.

[13] Lemaire R, Meyer R, Taske A, et al. Identifying causes for N2O accumulation in a lab-scale sequencing batch reactor performing simultaneous nitrification, denitrification and phosphorus removal [J]. J. Biotechnol., 2006,122(1):62–72.

[14] Kampschreur M J, Tan N C G, Kleerebezem R, et al. Effect ofdynamic process conditions on nitrogen oxides emission from a nitrifying culture [J]. Environ. Sci. Technol., 2008,42:429–435.

[15] Metcalf and Eddy Inc. Wastewater engineering: Treatment and reuse (Fourth Edition) [M]. New York, McGraw-Hill Companies, Inc, 2003.

[16] Pearce, P. Trickling filters for upgrading low technology wastewater plants for nitrogen removal [J]. Water Sci. Technol., 2004,49(11/12):47–52.

[17] S?vik A K, Kl?ve B. Emission of N2O and CH4from a constructed wetland in southeastern Norway [J]. Sci. Tot. Environ., 2007,380:28–37.

[18] APHA. Standard Methods for Examination of Water and Wastewater [S]. 20th ed.; American Public Health Association: Washington, DC, 1998.

[19] Colliver B B, Stephenson, T. Production of nitrogen oxide and dinitrogen oxide by autotrophic nitrifiers [J]. Biotechnology Advances, 2000,18(3):219–232.

[20] Hooper A B, Vannelli T, Bergmann D J, et al. Enzymology of the oxidation of ammonia to nitrite by bacteria.Antonie van Leeuwenhoek [J]. International Journal of General and Molecular Microbiology, 1997,71(1/2):59–67.

[21] Noda N, Kaneko N, Mikami M, et al. Effects of SRT and DO on N2O reductase activity in an anoxic-oxic activated sludge system [J]. Water Sci. Technol., 2003,48(11/12):363–370.

[22] Butler M D, Wang Y Y, Cartmell E, et al. Nitrous oxide emissions for early warning of biological nitrification failure in activated sludge [J]. Water Res., 2009,43(5):1265-1272.

[23] Zeng R J, Lemaire R, Yuan Z, et al. Simultaneous nitrification, denitrification, and phosphorus removal in a lab-scale sequencing batch reactor [J]. Biotechnol. Bioengi., 2003,84(2): 170–178.

[24] Johansson A E, Kasimir Klemedtsson A, Klemedtsson L, et al. Nitrous oxide exchanges with the atmosphere of a constructed wetland treating wastewater: Parameters and implications for emission factors [J]. Chemical and Physical Meteorology, 2003,55(3):737-750.

日常防護(hù)型口罩將出國標(biāo)

目前,霧霾再襲華北地區(qū),作為防護(hù)手段的口罩再次成為人們熱議的話題.那么,面對市場上種類繁多的口罩,該如何規(guī)范相關(guān)企業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)?

在日前舉辦的消費品安全標(biāo)準(zhǔn)“筑籬”專項行動啟動儀式上,國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會相關(guān)負(fù)責(zé)人稱,《日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范》預(yù)計年底前將公布征求意見稿,新國標(biāo)的制定實施將有利于規(guī)范日常防護(hù)型口罩市場,解決消費者選擇困難的問題.

近兩年頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣帶動了口罩等防霾用品的熱銷,但因缺乏國家標(biāo)準(zhǔn),日常防護(hù)型口罩存在標(biāo)簽標(biāo)識不統(tǒng)一等突出問題,使得消費者選擇困難.

據(jù)了解,目前國內(nèi)現(xiàn)行的口罩標(biāo)準(zhǔn)有3個:《呼吸防護(hù)用品—自吸過濾式防顆粒物呼吸器》(GB 2626-2006)、《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》(GB 19083-2010)、《醫(yī)用外科口罩》(YY 0469-2011).按照標(biāo)準(zhǔn)分類,第一個屬于勞動防護(hù)類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),后兩個屬于醫(yī)用防護(hù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),由于使用環(huán)境、防護(hù)對象不同,其中任何一個標(biāo)準(zhǔn)都不能完全適用于普通公眾日常使用的防護(hù)型口罩.由于沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,企業(yè)及檢測機(jī)構(gòu)對于日常防護(hù)口罩的檢測都是自己選擇標(biāo)準(zhǔn),造成市場上同類產(chǎn)品出現(xiàn)不同檢測結(jié)果的混亂局面.

據(jù)了解,《日常防護(hù)型口罩技術(shù)規(guī)范》將涉及口罩原料要求、結(jié)構(gòu)要求、標(biāo)簽標(biāo)識要求、外觀要求等,主要指標(biāo)包括功能性指標(biāo),如顆粒物過濾效率、呼氣吸氣阻力指標(biāo)、密合性指標(biāo)等;作為紡織品,還涉及甲醛含量、pH值,以及大腸桿菌菌群數(shù)量、真菌菌落總數(shù)等指標(biāo).

值得一提的是,新國標(biāo)還將根據(jù)大氣污染程度對口罩進(jìn)行分級、分類,如根據(jù)大氣污染程度,分為重度污染適用、中度污染適用、輕度污染適用;同時,針對不同人群對口罩的性能要求做了區(qū)分,如針對成人、兒童、體弱者,要求設(shè)定不同的呼氣阻力指標(biāo)等.

摘自《中國環(huán)境報》

2014-10-21

Impact of temperature on nitrous oxide emission in a tricking filter.

WANG Ya-yi*, CHEN Yu, ZHOU Dong, LIN Xi-mao (State Key Laboratory of Pollution Control and Resources Reuse, School of Environmental Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China). China Environmental Science, 2014,34(11)：2796～2804

As a powerful greenhouse gas,nitrous oxide (N2O) is found in wastewater treatment plants. The factors influencing N2O emission from a natural-draft trickling filter (TF) was investigated in situ by treating domestic wastewater. The concentration of N2O released from TF varied between 0～18.21×10-6and the amount of N2O emission was estimated to be 20.5～554g N2O/(m3?a), representing 0.1%～0.8% of oxidized ammonia. Variations of N2O emission followed the seasonal weather pattern, with more N2O emission in the summer period and less in the spring. Temperature differences between air and water were the most influential environmental factors governing the nitrification and the N2O emission patterns in TF. The highest N2O emission occurred in July when temperature differences between air and water were minimal, causing insufficient oxygen availability and incomplete nitrification. The daily patterns indicated that N2O emission was closely correlated with the variations of nitrification and temperature differences, which made it possible for using on-line temperature or N2O monitor to identify the nitrification failures.

nitrous oxide；tricking filter；temperature difference；biofilm；nitrification

X703.5

A

1000-6923(2014)11-2796-09

王亞宜(1977-),女,浙江上虞人,教授,博士,主要從事可持續(xù)污水生物處理理論及新技術(shù)的研究.發(fā)表論文60余篇.

2014-01-24

國家自然科學(xué)基金資助項目(51178325;51378370);中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項基金;上海市科技人才項目(12QH1402400)

* 責(zé)任作者, 教授, yayi.wang@#edu.cn;wyywater@126.com