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“霧霾中性論”掩蓋了什麼?控制氨氮才是中國治霾新思路?好在有解決方案了!

作者: 來源: 發布時間:2016/11/22 浏覽:1351


導讀

霧霾日益嚴重,現如今已成為人們工作生活中的一大困擾,那麼就一定有人要問,如此嚴重的環境問題究竟有什麼治理的方法嗎?答案當然是肯定的!下面就請跟随小編一起去尋找答案吧。


  

  日前,一則“中國霧霾是中性的”的新聞引發了網友熱議,許多讀者對“中性”這個概念産生了疑問。報道引用了美國《國家科學院院刊》一篇文章的研究成果。澎湃新聞(www.thepaper.cn)查閱了完整原文發現,這個“中性”指的是酸堿度上的“中性”,并不意味着不會造成傷害或減少傷害。而且,“中國霧霾是中性的”隻是該文章中的一小部分内容,并不是文章的重點。
    文章的核心邏輯,是指出中國主要由細顆粒(PM2.5)構成的霧霾的成因與倫敦1952年“奪命”霧霾不同,氨氮這個中和劑在中國的霧霾中起着推波助瀾的作用,因而,控制氨氮在農業和交通領域的排放是一種全新的治霾思路。而主流的治理霧霾思路是控制二氧化硫(SO₂)。
澎湃新聞(www.thepaper.cn)經查閱發現,該文章于11月14日發表在美國《國家科學院院刊》上,題為《從倫敦大霧到中國霧霾:硫酸鹽的持續性形成(Persistent sulfate formation from London Fog to Chinese haze)》。文章由中科院地球環境研究所等16家中國科研機構和來自美國、英國、以色列的8家國外科研機構聯合完成。該研究團隊試圖通過充分理解液相二氧化硫(SO₂)被二氧化氮(NO₂)氧化為硫酸鹽這一促進霧霾形成的關鍵過程,找到倫敦1952年“奪命”霧霾和中國現階段霧霾問題的可能解釋,進而提出幹擾SO2的氧化過程、減少霧霾産生的可行途徑。
    除了實驗室工作之外,研究團隊在中國實地進行了兩段采樣,第一次是從2012年11月17到12月12日在西安中科院地球環境研究所采樣,第二次是從2015年1月21日到2月4日在北京大學采樣。
    1952年倫敦的“奪命”霧霾中硫酸鹽的成因一直成謎。該文章指出,高濕度、低溫和大霧滴的存在是促進液相二氧化硫(SO₂)在氮氧化物的氧化作用下轉化成硫酸鹽的原因。文章同時認為,硫酸鹽同樣是現在中國一些地區持續性霧霾的主兇,但硫酸鹽在倫敦和中國霧霾中産生的機理并不相同。當時倫敦冬天氣候潮濕陰冷,存在大的霧滴,容易形成較大霧霾顆粒(PM10),而中國的氣候環境與“霧都”并不完全相同,霧霾也主要由細顆粒(PM2.5)構成。氨氮在這種區别中扮演了重要角色。中國生産并使用大量氮肥,因而氨氮的排放量較高。
    文章由此歸納了兩種液相SO₂易被NO₂氧化,産生硫酸鹽的環境。第一種是雲霧狀态,比如倫敦的“霧都”環境,這種環境下形成的霧霾顆粒較大。第二種是存在較高環境濕度和高效的中和劑,氨氮就在中國的細小霧霾顆粒的形成過程中扮演了這樣一個中和劑的角色。

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    研究團隊的實驗室工作和野外實驗都驗證了SO₂、NO₂和氨氮在硫酸鹽的形成過程中産生了協同作用。研究團隊将純水和3%的氨溶液分别放置在存在SO₂和NO₂的黑暗反應室中。過後純水和氨溶液中都檢測到了顯著的硫酸根離子含量,但氨溶液中的含量更高。而野外實驗也表明,當草酸顆粒暴露在高濃度SO₂下,但缺乏NH₃或NO₂時,顆粒不會增多,硫酸鹽也不會産生。
    也正是由于有氨氮的中和作用存在,中國的霧霾從酸堿度上确實接近中性,而不像倫敦“奪命”霧霾一樣充滿大量酸性液滴。研究團隊已經通過采樣分析西安和北京霧霾中陰陽離子的相對比例驗證了這一點。
    但這個“中性”,指的是酸堿度上的中性,并不意味着中國霧霾就沒有危害,或者危害性更小。事實上,中性環境造成中國的霧霾主要由細顆粒構成。細顆粒穿越能力更強,盡管不像倫敦霧霾中的大型霧滴一樣呈酸性,但更易深入進入呼吸系統,造成傷害。

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在西安和北京采樣到陰陽離子的比例接近1:1,藍、橙、黑分明代表空氣清潔期、過渡期和霧霾期。

    文章最後提到,目前中國治理霧霾的主要思路是限制SO₂排放,而該文章提供了一種治霾新思路,即通過控制氨氮和氮氧化物來減少硫酸鹽的形成。這是該研究團隊作出的主要貢獻,也是該篇文章最值得讀者關注的部分。

    然而在遼甯海潤環保,就存在着這樣一種可以有效治理霧霾的技術——NCS生物強化脫氮技術

概要

1.城市污水和工業廢水中除有機物以外,還含有氮、磷等營養鹽類,排到水體中的營養鹽類會引起富營養化和赤潮現象。

2. 從經濟性和安全性考慮,生物法是全世界範圍内最常用的脫氮工藝。
3. 通常情況下生物法單獨設置缺氧池和好氧池,實現硝化和反硝化。
4. 在好氧池,利用氨氧化菌(Ammonia Oxidizing Bacteria)和硝化菌依次将氨氮(NH3)轉化成亞硝态氮(NO2-)和硝态氮(NO3-),在缺氧池,反硝化菌将亞硝态氮或硝态氮還原成氮氣,最終實現脫氮。

5.  氨氧化菌的增殖速度慢于硝化菌,因此氨氧化菌是決定硝化速率的限速因子 (US-EPA. 1993)。生活污水和工業污水中很難檢測得到NO2-N。

生物脫氮過程

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生物脫氮分為三種形式:

1、通過細胞合成去除氮
    氮是細胞合成必須的元素,因此在生物處理過程中通過細胞合成消耗一定量的氮。通常情況下細胞合成所需的C(BOD)/N的比例為100:5,根據消除的BOD量按比例核算消耗的氮。2、硝化 (Nitrification )
    在硝化工藝中,廢水中的NH3-N和BOD物質通過微生物的新陳代謝作用,有機氮轉化而來的NH3-N在好氧狀态下,被硝化菌氧化成NO2-N(亞硝态氮)和NO3-N(硝态氮)。

硝化過程中參與的微生物為氨氧化菌( Nitrosomonas spp.)和硝化菌( Nitrobacter spp. ),這些細菌是自養型微生物。

 硝化反應
    第一階段( Nitrosomonas spp.):2NH3++3O22NO2-+2H2O+4H++新細胞體
    第二階段( Nitrobacter spp.) :2NO2-+O22NO3-+新細胞體
    硝化1kg NH3-N需要4.6kg氧。
    因在第一階段反應中消耗堿度,因此pH值會下降。  
3、反硝化反應( Denitrification )   
    硝化反應中産生的硝态氮在缺氧的狀态下,利用反硝化細菌的硝酸鹽呼吸作用将NO2-N和NO3-N還原成N2
    亞硝酸鹽呼吸:2NO2- + 3H2N2+ 2OH- + 2H2O
    硝酸鹽呼吸: 2NO3- + 5H2N2 + 2OH- + 4H2O
    反硝化菌在缺氧條件下,以硝酸鹽(NO3−)為電子受體完成呼吸作用獲得能量。

硝化菌特點

1.生物脫氮過程中主要利用的硝化細菌是Nitrosomonas屬和Nitrobacter 屬。
2.上述兩種菌屬均為自營養型微生物(無機營養細菌: Autotrophs),與以有機碳為營養源的異養型微生物 (有機營養細菌: Heterotrophs)不同,是通過氧化無機氮化合物獲得能量,而且是利用二氧化碳合成細胞體。

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3.硝化細菌進水水質和生存環境變化非常敏感。如下圖所示,對城市污水處理廠處理水氨氮指标的持續觀察發現,雖然嚴格按操作規程管理生化池,但穩定維持高效的硝化速率是非常困難的。

4.硝化細菌的增殖速度約為異氧菌的1/10,因此在水溫低的冬季硝化菌流失嚴重,硝化速率降低,很難穩定滿足排放要求 (Park et al., 2008) 

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影響硝化反應的因素

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生物強化脫氮工藝

1.通過硝化菌中強化培養器快速培養和補充硝化菌的生物強化處理系統。

2.培養後的硝化菌按一定濃度投加到曝氣池中,通過維持硝化菌的數量和活性度提高硝化反應速率,穩定實現達标排放。


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3.通過硝化菌強化培養器培養後,通過FISH方法計數培養液中硝化菌,數量級達到1.38 X107CFU/ml。

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4. 将培養後的硝化菌投加到曝氣池後5日,菌群總數的約一半為硝化菌。

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應用效果

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硝化菌強化培養裝置

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