背景介紹：氧化亞氮屬于溫室效應(yīng)氣體，氧化亞氮（N2O）是一種強(qiáng)力的溫室氣體，對(duì)環(huán)境有著多方面的影響，能夠吸收中心波長為7.78、8.56、16.98um的長波紅外輻射，從而產(chǎn)生溫室效應(yīng)。本論文研究人員使用一種克拉克型的氧化亞氮微電極實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理廠中氣相狀態(tài)下氧化亞氮的排放，用于對(duì)氣相中的在線氣體測試，并對(duì)其線性度、溫度依賴性、信號(hào)飽和度進(jìn)行評(píng)估。研究該氧化亞氮傳感器用于國產(chǎn)全序批式反應(yīng)器（SBR）中的N2O的在線檢測，并與商業(yè)化的在線氣體分析儀（氣相色譜）的測試結(jié)果進(jìn)行相關(guān)對(duì)比，這項(xiàng)研究也是首次基于溶解的氧化亞氮在線測試數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)全面的污水處理設(shè)施體系中實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化亞氮?dú)怏w排放的濃度的可靠測試。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

首先進(jìn)行電極的極化，提前個(gè)12小時(shí)，打開微電極主機(jī)，插上電極，將極化電壓調(diào)到開始，過夜極化。將準(zhǔn)備好的含有不同濃度（0ppmv、25.5ppmv、50.1ppmv）的氧化亞氮混合標(biāo)準(zhǔn)氣體混合物放置于3L的標(biāo)準(zhǔn)密閉容器中，放入氧化亞氮電極，待信號(hào)穩(wěn)定后測定，獲取N2O的標(biāo)準(zhǔn)曲線（矯正曲線的測試溫度在15-33攝氏度）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

unisens開發(fā)的克拉克型N2O氣體傳感器被證明是可靠的，可用于替代污水處理廠所采用的在線檢測N2O的氣相排放標(biāo)準(zhǔn)方法。在N2O濃度的高低范圍內(nèi)，其傳感器都是線性的，其中N2O的檢測上限達(dá)到2750 ppmv。并充分預(yù)測到在進(jìn)行常規(guī)校準(zhǔn)時(shí)，考慮了溫度對(duì)傳感器信號(hào)的影響。氧化亞氮微電極氣體傳感器成功地描述了氣體的排放，甚至比商業(yè)化的分析設(shè)備（分析的N2O濃度超過500 ppmv時(shí)）給出的測試值還要精確。在本研究中，商業(yè)化的氣體分析設(shè)備測試給出的總一氧化二氮排放量低估了14.0%。兩種估算N2O排放量的方法，其中使用溶解法的N2O測量由一個(gè)液體N2O傳感器測試獲得了98.7%的準(zhǔn)確度，或采用的傳感器測試氧化亞氮的氣體排放量達(dá)到了87.0%準(zhǔn)確度。

圖1、圖A表示的是完整的N2O氣體傳感器及控制器;圖B表示的是完整的溶解態(tài)N2O傳感器及控制器;圖C放置在取樣罩內(nèi)的氣體傳感器的特寫;圖D表示的是和取樣罩置于整體的活性污泥SBR中。

圖2、3種不同濃度的N2O氣體混合物(●0 ppmv；▲25.5 ppmv；■50.1 ppmv)下，在一定范圍內(nèi)傳感器信號(hào)的指數(shù)變化作為溫度15-35度的函數(shù)。圖B表示的是實(shí)際測試的不同濃度的N2O氣體混合物時(shí)（●○0ppmv;▲△25.5 ppmv;50.1 ppmv■□），傳感器信號(hào)值（開口符號(hào)）與預(yù)測的傳感器信號(hào)值（封閉的符號(hào)）。從圖中可以看出，實(shí)測值與預(yù)測值基本一致。

圖3、使用氣體傳感器(綠線)和商業(yè)紅外氣體分析儀(黑線)在一體化的SBR上進(jìn)行4天的N2O排放監(jiān)測。從圖中可以看出，氣體傳感器比傳統(tǒng)的商業(yè)化的紅外氣體分析儀，能夠測試出混合氣體中較高濃度的氧化亞氮。

圖4、污水處理廠典型的SBR序批式反應(yīng)器中N2O氣體排放濃度(藍(lán)色虛線)、液體中的N2O濃度(橙色實(shí)線)、溶解的氧化亞氮濃度的預(yù)測(灰色線)和N2O溶解排放預(yù)測濃度(黑色虛線)(采用文獻(xiàn)5提出的方法)的典型SBR剖面圖。圖A是需氧階段，圖B缺氧階段，圖C沉降和沉淀階段。

圖5、克拉克型微電極氣體傳感器、商業(yè)化紅外線型其他分析儀和氣相色譜之間的比較。測試的一氧化二氮?dú)怏w混合物的大約濃度為1000、2000和3000 ppmv。從表中可以看出，微電極氣體傳感器相比于另外兩種測試方法，具有更高的準(zhǔn)確度，尤其是當(dāng)氣體混合物中氧化亞氮的濃度越高，其差別越大。

結(jié)論與展望

研究人員應(yīng)用了克拉克型一氧化二氮微電極(N2O)傳感器（unisense丹麥）通常用于測量廢水處理廠(WWTPs)中溶解態(tài)的N2O濃度，但以前從未應(yīng)用于全面污水處理廠的氣相N2O排放檢測。在本論文研究中，研究人員對(duì)一臺(tái)N2O氣體傳感器進(jìn)行了測試和驗(yàn)證，用于在線氣體測量，并對(duì)其線性度、溫度依賴性、信號(hào)飽和度和漂移進(jìn)行了評(píng)估。研究人員發(fā)現(xiàn)，N2O氣體傳感器是用于全序批式反應(yīng)器(SBR)N2O在線監(jiān)測并將廢水與商業(yè)在線氣體分析儀的結(jié)果進(jìn)行了比較。該傳感器成功地測試出氧化亞氮的排放，在N2O濃度超過500 ppmv時(shí)，克拉克型一氧化二氮(N2O)傳感器甚至比商業(yè)化的在線分析傳感器給出的數(shù)值更精確。這種克拉克型氧化亞氮微電極在基于污水中溶解的N2O在線數(shù)據(jù)的排放檢測，首次實(shí)現(xiàn)了一個(gè)全面的污水處理設(shè)施中對(duì)氣體的可靠估計(jì)的研究。該項(xiàng)研究也為研究人員在一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置中對(duì)氣相和液相狀態(tài)下動(dòng)態(tài)的氧化亞氮的濃度的同步檢測提供了可能，這項(xiàng)研究也是首次基于溶解的氧化亞氮在線測試數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)全面的污水處理設(shè)施體系中實(shí)現(xiàn)對(duì)氧化亞氮?dú)怏w排放的濃度的可靠測試。這說明丹麥unisense開發(fā)的這套氧化亞氮微電極在污水處理廠N2O的排放機(jī)制研究領(lǐng)域存在很好的應(yīng)用前景。