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全球变暖对策-5 精选

已有 3926 次阅读 2016-3-28 08:33 |个人分类:一般介绍|系统分类:观点评述| 全球变暖, 水污染, 活性污泥, 一氧化二氮, 碳素纤维

温室效应气体缓和策略

  要抑制温室效应气体的发生,降低大气中的浓度,需要知道温室效应气体的性质。在温室效应气体中占大部分的二氧化碳,由于会因化石燃料的燃烧而产生,所以需要减少其发生源的能源(发电、热、动力)、产业、运输、家庭等各部门中消费量的对策,再加上节能、碳固定等广泛领域的技术面及政策面的对策,使社会整体减少温室效应气体的排出,构筑低碳社会,这才是基本。这些的努力现在正通过国际性框架在进行着政策、企业、家庭的自主性努力,并期待着更进一步强化。


  在海洋等大面积水域里,由水面溶入二氧化碳,然后被海藻类等吸收,将碳固定化并排出氧,此为全球变暖适应对策。但是,如果水中的亚硝酸NO2-N和硝酸NO3-N等蓄积形成富营养化现象的话,就会产生有二氧化碳约300倍温室效应的一氧化二氮N2O的危险。而且,在一般的活性污泥法生物处理的排水处理设施中,废水中的氨氮NH4-N会变为亚硝酸NO2-N和硝酸NO3-N而蓄积从而产生一氧化二氮。抑制从富营养化水域和排水处理设施中排出一氧化二氮,此为可在水边进行的全球变暖缓和对策。


・抑制一氧化二氮(N2O)的产生

  一氧化二氮具有二氧化碳约300倍的暖化效果,所以抑制其产生是很重要的。但一氧化二氮是在氨氮NH4→亚硝酸NO2·硝酸NO3→氮N2的氮循环过程中产生的,所以还没有确立有效的对策技术。氮的循环根据好氧·厌氧条件和硝酸菌·脱氮菌存在的不同而不同,所以难以掌握一氧化二氮是否产生和其程度,其对策方法也各不一样。一氧化二氮人为性的发生源有使用氮肥料的农地和污水中含有氨氮的排水处理设备等。

  在公共下水处理设备和畜产污水处理设备等中的有机物处理一般是通过活性污泥法进行,在活性污泥处理槽中进行曝气分解有机物。污水中含有的氨氮通过曝气利用活性化的硝化细菌由亚硝酸NO2到硝酸NO3。由于这个亚硝酸NO2和硝酸NO3在曝气槽内的蓄积就产生了一氧化二氮N2O。拥有生物氮处理工序的排水处理设备中,通过在后工序设置厌氧槽,可使硝酸NO3分解到氮N2以除去氮,但是在曝气槽中会产生一氧化二氮N2O。而且曝气槽产生的剩余污泥中也会产生一氧化二氮N2O,如果污泥成厌氧状态的话也会产生甲烷CH4。

  一氧化二氮N2O产生的原理在河流和湖泊中也是同样的。流入河流和湖泊中的氨氮通过水中的氧而被硝化,以亚硝酸NO2·硝酸NO3的形式蓄积。另外,由于农业废水和生活排水中也存在硝酸NO3,所以硝酸NO3会被蓄积在水域中产生一氧化二氮。而且如果水底部呈厌氧状态的话还会产生甲烷CH4。

  为抑制一氧化二氮的产生,就要不让亚硝酸NO2和硝酸NO3蓄积在水中。要使硝酸NO3分解到氮的话,和生物性氮处理一样,需要在厌氧状态下的脱氮菌。在活性污泥处理槽中创造出厌氧状态使脱氮菌活性化的话,氨氮NH4→亚硝酸NO2·硝酸NO3→氮N2的这个反应就能迅速进行,抑制一氧化二氮的产生。


★利用碳素纤维抑制一氧化二氮的产生

  碳素纤维水质净化材通过利用附着在碳素纤维大表面积上的微生物的活动来分解去除有机物和氮·磷等营养盐类。将碳素纤维放入水中后会散张开形成碳素纤维团,在表面呈好氧条件而附着硝化细菌,在内部呈厌氧状态则附着脱氮菌。因此,氨氮通过表面的硝化细菌被硝化成硝酸,再通过内部的脱氮菌从硝酸分解为氮和水,而氮则扩散到大气中。碳素纤维生物膜内因存在有好氧条件的硝化菌和厌氧条件的脱氮菌,所以可迅速进行氮分解反应,抑制温室效应气体一氧化二氮的产生。

  同样,在河流和湖泊的水质净化中通过利用碳素纤维水质净化材,可迅速除去水中的氨氮和硝酸等中的氮,不仅可以得到较高的氮去除效果,而且还可抑制温室效应气体一氧化二氮的发生。

活性污泥中一氧化二氮(N2O)的产生



利用碳素纤维抑制一氧化二氮(N2O)的产生



活性污泥法和碳素纤维法的温室效应气体产生量的比较



活性污泥法和碳素纤维法的氮消减量的比较


出处:日本水生态协会

水质净化结果出处:Mitigation of nitrous oxide (N2O) emission from swine wastewater treatment in an aerobic bioreactor packed with carbon fibers, Takahiro YAMASHITA, Ryoko YAMAMOTO-IKEMOTO, Hiroshi YOKOYAMA, Hirofumi KAWAHARA, Akifumi OGINO, Takashi OSADA, Animal Science Journal, In Press, 2015



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