引言
一氧化二氮(N2O) 是继二氧化碳 (CO2) 和甲烷 (CH4) 之后的第三大温室气体，其潜力为 265 g CO2-eq/g N2O。当前，N2O排放对臭氧层的破坏贡献最大，这主要是由于其在大气中的长停留时间和较高的辐射效率。根据瑞士联邦环境署 (BAFU) 的数据显示，2020年瑞士的N2O排放占温室气体总排放量的约7%。主要的排放源是农业、废物处理和污水处理。据最新估算，瑞士污水处理厂的N2O排放量占到总N2O排放量的20%。
在污水处理厂中，N2O 可以从生物处理、污泥处理和污泥焚烧过程中产生。在生物处理中，N2O的产生与硝化作用和反硝化作用的生化过程相关。N2O排放量可以作为所处理的总氮（N）的百分比，即所谓的排放因子 (EF) 来表示。根据最近基于瑞士污水处理厂生物处理高分辨率数据的估算，平均EF值为1.5%。
概要
利用Anammox工艺对污泥消化液的脱氮可能导致N2O的生成。研究显示，12座瑞士污水处理厂的污泥处理设施N2O排放量处于可观的水平，排放因子 (EF) 大于0.5%。平均来看，采用两步Anammox工艺的设施EF为3.4%，而一步Anammox工艺的设施EF为1.8%。这些数值高于预期，可能的原因包括不同工艺的差异、负荷的变化或是人口动态效应的影响。N2O排放的时间波动性要求进行更多的采样，以确定某一特定设施的准确平均EF。建议采用在线测量手段。未来氮去除要求的提高将促使更多污泥水处理设施的安装，针对N2O排放的“末端治理”解决方案，如再生热氧化 (RTO) 处理空气排放，有助于减少N2O排放。
研究方法
为了减少外来空气的影响，使用了一个1平方米的排气罩将排放空气抽入10升的样品袋中。随后，通过非分散红外光谱法测量气相中的N2O、O2和CO2。对于一些无法使用排气罩采样的反应器，直接通过管道采集了反应器空气样品。所有的反应器开口都尽可能密封，以减少外来空气的进入。为了比较所有设施的N2O排放，计算了各自的排放因子，即污泥处理中流入的氮负荷中以N2O形式排放的比例。
结果与讨论
一步与两步Anammox工艺的比较
对于一步和两步工艺，测得的排放因子分别为1.8% ± 1.2%和3.4% ± 4.7%（均值和标准差）。根据所收集的样本，两种工艺类型的排放因子在统计上没有显著差异。一步工艺的排放因子范围为0.1%-3.8%（见图1），这些数值高于文献中的描述。对于采用Anammox两步工艺的污泥处理设施，测得的排放因子为0.6%-19%。在苏黎世的ARA Werdhölzli和伯尔尼的ARA Bern两座污水处理厂的一些样本中，排放因子超过10%。然而，长期在线数据证实，这种排放的变化是可能的，尽管具体的规律尚未完全理解。在后续的采样中，这些设施的排放因子恢复到了正常范围内。排放因子的变化不仅存在于不同设施之间，而且在同一设施内部也存在。此研究未能确定这种变异性的原因，可能是不同设施的工艺控制（例如氮负荷、曝气时间和曝气量）、进水的变化或人口动态效应所致。
