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城镇污水处理厂N_(2)O排放:排放特征及控制措施

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环境工程 2024年第4期42卷 9-21页

作者：张亦藜刘辉钱晓雍上海市环境科学研究院上海200233

城镇污水处理厂是重要的氧化亚氮(N_(2)O)排放源。归纳了不同地域、不同工艺城镇污水处理厂N_(2)O排放特征,从运行参数优化和新技术开发与应用层面分析了N_(2)O减排措施。我国城镇污水处理厂N_(2)O排放量呈现出东部地区高于西部地区、... 详细信息

城镇污水处理厂是重要的氧化亚氮(N_(2)O)排放源。归纳了不同地域、不同工艺城镇污水处理厂N_(2)O排放特征,从运行参数优化和新技术开发与应用层面分析了N_(2)O减排措施。我国城镇污水处理厂N_(2)O排放量呈现出东部地区高于西部地区、污水处理高于污泥处理的特征。在“双碳”背景下,N_(2)O减排不宜以NO等副产物和能耗的增加为代价。城镇污水处理厂可采用敞开式池体加盖加罩、精确曝气系统等工程措施,在无大幅电耗增加的前提下最大限度改善反应条件,实现城镇污水处理厂N_(2)O减排;同时,推进好氧颗粒污泥、厌氧氨氧化、耦合好氧-缺氧氮分解工艺等新技术产业化,并将尾水及侧流污水N_(2)O处理设施纳入建设,助力城镇污水处理厂近零排放。总的来说,运行参数的完善和技术的进步有助于城镇污水处理厂N_(2)O减排,对实现城镇污水处理厂低碳运行意义深远。

关键词：城镇污水处理厂减污降碳 N_(2)O 排放特征运行参数新技术

全覆盖污水处理厂NO排放实测及本地化因子测算

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中国给水排水 2024年

作者：熊鹏宇钱晓雍王丽花万春黎林冰洁汪吉祥吕燕李政文刘翔复旦大学环境科学与工程系上海市环境科学研究院上海城投污水处理有限公司

准确核算氧化亚氮（N2O）排放量是碳减排研究的重要基础。为此，选取上海市采用UNITANK工艺的某全覆盖污水处理厂为研究对象，对4个污水处理单元（进水泵房、沉砂池、调蓄池和生物反应池）的N2O排放量进行了长期监测和全面评估。结果表... 详细信息

准确核算氧化亚氮（N2O）排放量是碳减排研究的重要基础。为此，选取上海市采用UNITANK工艺的某全覆盖污水处理厂为研究对象，对4个污水处理单元（进水泵房、沉砂池、调蓄池和生物反应池）的N2O排放量进行了长期监测和全面评估。结果表明，污水脱氮过程是污水处理厂中N2O排放的主要来源（92.94%），排放量均值为0.13 g/m3;UNITANK工艺全年不间断排放N2O。在季节性尺度上，相关性分析显示，N2O排放量与水温、进水总氮浓度和总氮去除率相关。N2O排放量在日变化上可能受到水温及进水水质的影响，其与水温及进水总氮浓度同步达到峰值。经计算，UNITANK工艺的本地化N2O排放因子(EFN?O)为0.07%～0.425%，显著低于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出的EFN?O默认值（1.6%）。本地化EFN?O的提出，可为准确核算上海市及周边地区污水处理厂的N2O排放量提供参考。

关键词：全覆盖污水处理厂 N2O排放因子本地化 UNITANK工艺

全覆盖污水处理厂N_(2)O排放实测及本地化因子测算

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中国给水排水 2024年第15期40卷 28-35页

作者：熊鹏宇钱晓雍王丽花万春黎林冰洁汪吉祥吕燕李政文刘翔复旦大学环境科学与工程系上海200433 上海市环境科学研究院上海200233 上海城投污水处理有限公司上海201203

准确核算氧化亚氮(N_(2)O)排放量是碳减排研究的重要基础。为此,选取上海市采用UNITANK工艺的某全覆盖污水处理厂为研究对象,对4个污水处理单元(进水泵房、沉砂池、调蓄池和生物反应池)的N_(2)O排放量进行了长期监测和全面评估。结果表... 详细信息

准确核算氧化亚氮(N_(2)O)排放量是碳减排研究的重要基础。为此,选取上海市采用UNITANK工艺的某全覆盖污水处理厂为研究对象,对4个污水处理单元(进水泵房、沉砂池、调蓄池和生物反应池)的N_(2)O排放量进行了长期监测和全面评估。结果表明,污水脱氮过程是污水处理厂中N_(2)O排放的主要来源(92.94%),排放量均值为0.13 g/m^(3);UNITANK工艺全年不间断排放N_(2)O。在季节性尺度上,相关性分析显示,N_(2)O排放量与水温、进水总氮浓度和总氮去除率相关。N_(2)O排放量在日变化上可能受到水温及进水水质的影响,其与水温及进水总氮浓度同步达到峰值。经计算,UNITANK工艺的本地化N_(2)O排放因子(EFN_(2)O)为0.07%~0.425%,显著低于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)提出的EFN2O默认值(1.6%)。本地化EFN_(2)O的提出,可为准确核算上海市及周边地区污水处理厂的N2O排放量提供参考。

关键词：全覆盖污水处理厂 N_(2)O排放因子本地化 UNITANK工艺

长三角农田轮作系统氨排放特征、转化机制和减排潜力

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环境科学 2022年第2期43卷 1108-1128页

作者：徐昶苗文亮倪远之沈根祥钱晓雍付侃高宗源王振旗上海市环境科学研究院国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室上海200233 华东理工大学资源与环境学院上海200237

为评估长三角农田轮作系统氨排放特征和减排潜力,通过密闭室间歇通气法对典型农田轮作系统的氨排放水平进行同步对比观测,探讨不同条件下的氨排放影响因素和转化机制;通过整理近10年长三角地区农田氨排放实测系数,建立基于本地因子的长... 详细信息

为评估长三角农田轮作系统氨排放特征和减排潜力,通过密闭室间歇通气法对典型农田轮作系统的氨排放水平进行同步对比观测,探讨不同条件下的氨排放影响因素和转化机制;通过整理近10年长三角地区农田氨排放实测系数,建立基于本地因子的长三角农田轮作系统氨排放时空分布清单,并获取了不同氨减排路径下的减排效果.结果表明,常规稻麦轮作模式(CR-W)和稻虾-紫云英轮作模式(RS-C)的氨排放累积量分别为65.95 kg·hm^(-2)和20.31 kg·hm^(-2),氨排放损失率分别为10.86%和9.20%.田面水NH+4-N、田面水pH和表层土NH+4-N是影响稻田氨排放通量的主要内在因素,而在麦季表层土NH+4-N和大气温度则对氨排放有着重要影响.通过定义氨排放转化率(ARN)来定量表征田面水和表层土NH+4-N向气态NH_(3)的转化机制.稻季CR和RS模式下的田面水ARN分别达到了0.35±0.27和0.14±0.19,达到麦季表层土ARN的10~25倍,是造成稻季氨排放通量显著高于麦季的主要驱动因素;较高的田面水pH(8.0~9.0)、大气温度(>28℃)和风速(>5.0 m·s^(-1))条件下,ARN均呈显著上升趋势,是较低条件下的1.6~4.6倍,表明三者是影响田面水NH+4-N向气态NH_(3)转化的主要因素;施肥类型对ARN也有显著影响,不同条件下,尿素的ARN达到有机肥的1.5~5.5倍.长三角地区常规种植模式下水稻和小麦氨排放通量分别达到了(49.2±17.6)kg·hm^(-2)和(16.0±13.5)kg·hm^(-2),排放损失率则分别为(20.1±5.7)%和(5.9±3.6)%,前者达到后者的3倍左右.基于各地区本地因子的氨排放清单表明:2019年长三角农田轮作系统的氨排放总量达到(400.3±206.4)kt,平均氨排放强度为(1.33±1.39)t·km-2,氨排放主要集中在安徽省和江苏省的中北部地区;不同系数选取对清单结果的变化范围影响相对较大,达到了-51.6%~51.6%.通过梳理分析6种主要的农田氨减排路径发现,采用氮肥增效的氨减排效果最佳,达到了(30.9±51.4)%,但籽粒增产率为(-4.2±17.4)%,不确定性较大;添加土壤添加剂的氨减排效果总体较差,仅为(-5.4±45.1)%,但籽粒增产率最高,达到了(6.8±23.9)%;相对而言,通过生态种养模式的氨减排效果和籽粒增产率分别达到了(22.3±15.1)%和(5.6±3.8)%,兼具氨减排和作物增产的两大优势.

关键词：氨排放转化机制氨排放转化率排放系数排放清单减排路径减排潜力稻麦轮作稻虾共作长三角

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稻秸干式厌氧发酵气-肥联产潜力研究

生态与农村环境学报 2022年第2期38卷 266-272页

作者：王晨王振旗张敏沈根祥张心良钱晓雍高宗源华东理工大学资源与环境工程学院上海200237 上海市环境科学研究院国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室上海200233

针对水源区稻秸长期还田引发的农业生产问题和环境风险,以及本地有机肥供应短缺问题,采用一体化不锈钢发酵罐,通过观测猪粪添加条件下稻秸干式厌氧发酵(含固率为20%)的产气特征和沼渣特性,探讨了高C/N比下稻秸气-肥联产潜力。结果显示,... 详细信息

针对水源区稻秸长期还田引发的农业生产问题和环境风险,以及本地有机肥供应短缺问题,采用一体化不锈钢发酵罐,通过观测猪粪添加条件下稻秸干式厌氧发酵(含固率为20%)的产气特征和沼渣特性,探讨了高C/N比下稻秸气-肥联产潜力。结果显示,当反应体系C/N比升至50(C3组)时,日产气量最高为4.7 L·d^(-1),w(甲烷)达50%以上所需时间为12 d,单位干物质产气量为294 L·kg^(-1),仅比C/N比为30的最优组(C6组)下降了11.2%,说明稻秸干式厌氧发酵系统运行C/N比上限可设置为50;此外,稻秸干式厌氧发酵处理后C/N比为30~50的处理组(C3~C6)中纤维素可大幅降解,虽脱水沼渣总养分含量仅有2.25%~3.71%,但有机质含量、pH值和重金属含量均符合我国农业行业中NY/T 525—2021《有机肥料》标准要求,具备高品质有机肥料产品的生产潜力;经模拟工程测算,处理12 t·d^(-1)的秸秆年收益可达78.16万元,较现行的直接还田利用模式经济收益显著提高,说明水源区稻秸干式厌氧发酵气-肥联产具有可行性。

关键词：水源区水稻秸秆共消化干式厌氧发酵制肥潜力

上海城镇污水处理厂温室气体排放核算及其特征

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中国给水排水 2022年第21期38卷 39-44页

作者：钱晓雍胡静李丹赵敏徐冰林卫青上海市环境科学研究院上海200233

基于城镇排水统计数据,核算了上海全市及各座城镇污水处理厂的温室气体排放量和排放强度,并分析了城镇污水处理厂温室气体排放强度的影响因素。结果表明,上海城镇污水处理厂的温室气体年排放总量约为190×10^(4)t(以CO_(2)当量计,下同)... 详细信息

基于城镇排水统计数据,核算了上海全市及各座城镇污水处理厂的温室气体排放量和排放强度,并分析了城镇污水处理厂温室气体排放强度的影响因素。结果表明,上海城镇污水处理厂的温室气体年排放总量约为190×10^(4)t(以CO_(2)当量计,下同),处理单位污水的温室气体排放强度为0.75 kg/m^(3);采用氧化沟工艺的污水处理厂温室气体排放强度平均为0.71 kg/m^(3),显著低于采用其他处理工艺的污水处理厂(P<0.05);温室气体排放强度与单位污水处理电耗呈极显著正相关(P<0.01)、与COD去除率呈显著正相关(P<0.05)。从上海市各座城镇污水处理厂的温室气体排放强度来看,对照国际先进水平仍有温室气体减排潜力。

关键词：城镇污水处理温室气体核算方法排放特征上海市

基于本地化因子的上海市露天蔬菜地氨排放时空分布特征

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农业资源与环境学报 2022年第3期39卷 527-535页

作者：苗文亮徐昶沈根祥钱晓雍纪英杰倪远之付侃徐春花上海市环境科学研究院国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室上海200233 华东理工大学资源与环境工程学院上海200233 上海市农业技术推广中心上海200233

为获取上海地区露天蔬菜种植的NH_(3)排放规律及时空分布特征,通过通气-氨捕获法对露天蔬菜种植的NH_(3)排放特征进行监测,并对主要气象参数进行同步观测。结果表明,4个季节5种典型露天蔬菜的NH_(3)累积排放量范围为14.44~41.94 kg·hm^... 详细信息

为获取上海地区露天蔬菜种植的NH_(3)排放规律及时空分布特征,通过通气-氨捕获法对露天蔬菜种植的NH_(3)排放特征进行监测,并对主要气象参数进行同步观测。结果表明,4个季节5种典型露天蔬菜的NH_(3)累积排放量范围为14.44~41.94 kg·hm^(-2),NH_(3)排放通量最大值出现在施肥后2~5 d,NH_(3)排放持续时间为15~18 d,追肥期的NH_(3)排放通量显著高于基肥期。叶菜类、瓜类、茄果类、豆类和白菜类的NH_(3)排放损失率分别达到了6.02%、18.30%、14.98%、14.57%和11.77%,表现为瓜类>茄果类>豆类>白菜类>叶菜类。相关性分析表明,温度和湿度是影响露天蔬菜种植NH_(3)排放的主要因素,温度对NH_(3)排放有显著的促进作用,湿度则与之呈较好的负相关关系。2017年上海市露天蔬菜种植NH_(3)排放总量达到832 t,空间分布特征表明,上海市露天蔬菜NH_(3)排放总量最高的3个区为崇明区、浦东新区和青浦区,合计占NH_(3)排放总量的67%以上;NH_(3)排放季节变化特征表现为夏季>秋季>春季>冬季,夏季的NH_(3)排放总量达到冬季的3.6倍。研究表明,上海地区露天蔬菜种植的NH_(3)排放变化特征显著,时空分布具有明显的规律性。

关键词： NH_(3)排放排放通量排放系数露天蔬菜种植上海

基于在线观测本地因子的长三角家禽养殖氨排放时空分布特征

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环境科学 2022年第4期43卷 1829-1843页

作者：高宗源徐昶倪远之沈根祥苗文亮王振旗付侃钱晓雍曹国民华东理工大学资源与环境工程学院上海200237 上海市环境科学研究院国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室国家环境保护城市大气复合污染成因与防治重点实验室上海200233

为获取长三角地区家禽养殖氨排放因子和时空分布特征,通过在线高分辨率监测系统对典型规模化蛋鸡养殖场棚舍养殖和粪便堆肥环节的氨浓度进行连续监测,获取不同季节、不同生长阶段的氨浓度和排放因子,并建立基于本地化排放因子的长三角... 详细信息

为获取长三角地区家禽养殖氨排放因子和时空分布特征,通过在线高分辨率监测系统对典型规模化蛋鸡养殖场棚舍养殖和粪便堆肥环节的氨浓度进行连续监测,获取不同季节、不同生长阶段的氨浓度和排放因子,并建立基于本地化排放因子的长三角家禽养殖氨排放清单.结果表明,棚舍养殖和粪便堆肥环节春夏秋冬4个季节ρ(NH_(3))日均值分别为:(1.85±0.38)、(4.58±0.33)、(3.87±0.12)、(2.83±0.47)mg·m^(-3)和(2.04±0.50)、(4.04±1.04)、(2.51±0.67)、(1.55±0.16)mg·m^(-3),氨浓度呈显著的日小时变化趋势,养殖棚舍春夏秋冬小时ρ(NH_(3))最大值出现在中午13:00~14:00,最小值出现在凌晨01:00~03:00,粪便堆肥环节夏秋季节的小时ρ(NH_(3))最大值出现在16:00~19:00,春冬季的日小时变化过程则不明显;氨日小时浓度变化主要受日温度变化、畜禽活动和清粪管理等因素影响.蛋鸡不同生长阶段的氨浓度呈显著差异,青年鸡、产蛋鸡和预淘汰鸡的ρ(NH_(3))分别为(1.85±0.38)、(2.83±0.47)mg·m^(-3)和(1.61±0.32)mg·m^(-3),产蛋鸡的氨浓度分别达到了青年鸡和预淘汰鸡的1.53倍和1.65倍.棚舍养殖和粪便堆肥环节春夏秋冬4个季节的氨排放系数分别为:(0.13±0.02)、(0.54±0.01)、(0.39±0.01)、(0.17±0.01)g·(bird·d)^(-1)和(0.07±0.01)、(0.17±0.02)、(0.08±0.01)、(0.04±0.01)g·(bird·d)^(-1),全年氨排放系数则分别达到了(0.11±0.06)kg·(bird·a)^(-1)和(0.03±0.02)kg·(bird·a)^(-1).结果发现,环境温度、通风模式、鸡舍类型和清粪频率是影响家禽养殖氨排放的主要影响因素,其导致氨排放系数的差异范围分别达到了±122%、±79%、±74%和±56%,如采用经验系数建立氨排放清单,结果可能存在较大的不确定性.综合在线监测、模型模拟和文献分析结果表明,长三角地区家禽养殖的氨排放系数为(0.16±0.08)kg·(bird·a)^(-1),2019年氨排放总量为(108.81±54.41)kt,北部地区氨排放量和氨排放强度显著高于南部地区,夏季氨排放量和排放强度显著高于春冬季节,达到了后者的3.38~3.56倍.

关键词：长三角规模化鸡场生长阶段氨排放排放因子排放清单时空分布在线观测

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中试条件下稻秸干法厌氧发酵搅拌方式的优化

环境工程学报 2022年第4期16卷 1323-1330页

作者：王晨张敏王振旗王国良钱晓雍沈根祥张心良林天杰上海市环境科学研究院国家环境保护新型污染物环境健康影响评价重点实验室上海200233 华东理工大学资源与环境工程学院上海200237 上海环境保护有限公司上海200233 上海农业技术推广服务中心上海201103

针对秸秆类农业废弃物干法厌氧发酵过程中易产生物料分层、表面结垢以及存在“死角”等问题,通过改进横卧推流式中试厌氧反应器搅拌工艺,探索了连续运行条件下机械搅拌、前端气动搅拌和全程气动搅拌等3种单一搅拌方式对稻秸干法厌氧发... 详细信息

针对秸秆类农业废弃物干法厌氧发酵过程中易产生物料分层、表面结垢以及存在“死角”等问题,通过改进横卧推流式中试厌氧反应器搅拌工艺,探索了连续运行条件下机械搅拌、前端气动搅拌和全程气动搅拌等3种单一搅拌方式对稻秸干法厌氧发酵产气规律、底物降解特性及系统稳定性的影响,并通过进一步设置不同的搅拌频次优化了机械搅拌和前端气动搅拌组合工艺,综合考察了发酵效率和能源消耗情况。结果表明,在单一搅拌工艺条件下,稻秸干法厌氧发酵40 d总产气量呈现出“机械搅拌>前端气动搅拌>全程气动搅拌”的规律,分别为75.5、66.5和61.9 m^(3),对应的单位VS产气量分别为441.9、389.3和362.3 L·kg^(-1),这说明采用改进型框型叶片的机械搅拌可有效翻动物料,以促进其与发酵液的充分接触。在进一步优化“机械+前端气动”的组合搅拌工艺后发现,稻秸40 d产气量与单一机械搅拌模式较为接近,尤其是“机械搅拌(每天4次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式,单位VS产气量高达447.2 L·kg^(-1),纤维素和半纤维素降解率分别可达14.9%和15.1%;但从能源损耗角度来看,“机械搅拌(每天2次)+前端气动搅拌(每天4次)”的组合搅拌方式中能耗最低,仅为单一机械搅拌方式能耗的约40%。在稻秸干法厌氧发酵工程实际运行过程中,可根据厌氧发酵效率和能耗节省需求,因地制宜地选择合适的组合搅拌工艺。本研究结果可为木质纤维素类废弃物干法厌氧发酵工程中的搅拌方式改进提供参考。

关键词：水稻秸秆干法厌氧发酵中试机械搅拌气动搅拌发酵效率