ОРІЄНТОВНИЙ РОЗРАХУНОК УТВОРЕННЯ N2O В ПРОЦЕСАХ ГЕТЕРОТРОФНОЇ ДЕНІТРИФІКАЦІЇ СТІЧНИХ ВОД ПРИ БІОЛОГІЧНІЙ ОЧИСТЦІ

PDF(УКРАЇНСЬКА)

 

Юрченко Валентина Олександрівна

Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Харків, Україна

https://orcid.org/0000-0001-7123-710X

 

Авдієнко Ірина Андріївна

Харківський національний університет міського господарства імені О. М. Бекетова, Харків, Україна

https://orcid.org/0009-0008-4140-1923

 

DOI: 10.52363/2522-1892.2024.2.5

 

Ключові слова: парникові гази, біологічна очистка стічних вод, нітрифікація, денітрифікація, викиди закису нітрогену, фактор емісії N2O, баланс нітрогену

 

Анотація 

У статті розглядається важлива екологічна задача кількісного визначення викидів парникового газу – закису азоту, з міських очисних споруд, що є чинником глобальних кліматичних змін. На очисних спорудах глибока біологічна очистка від сполук азоту, як свідчать дані наукових досліджень, робить значний внесок у валові викиди закису азоту від промислових об’єктів. Прямі вимірювання викидів закису азоту з біологічних очисних споруд в Україні не проводились. Мета роботи - оцінка можливих викидів парникового газу N2O під час біологічної обробки міських стічних вод в аеротенках, які працюють за традиційною в Україні схемою без зонування, що забезпечує глибоку нітрифікацію. Дослідження проводили на міських очисних спорудах, оснащених 3-коридорними аеротенками. Процес очищення стічних вод в аеротенку що працюють за традиційною схемою без зонування є повністю аеробним і характеризується глибокою нітрифікацією. Вимірювання гідрохімічних показників складу стічних вод (БСКп, N–NH4, N–NO2 і N–NO3, азот К’єльдаля) проводили за атестованими методиками в акредитованій лабораторії. Встановлено, що біологічне очищення міських стічних вод виключно в аеробних умовах не дозволяє ефективно вилучати нітрати зі стічних вод. Розраховано баланс нітрогену в вхідних та очищених стічних водах та кількісно визначено утворення N2O в процесах пригніченої денітрифікації. Розраховано витрати нітрогену на утворення надлишкової біомаси активного мулу, ефективність нітрифікації до нітратів та ймовірне утворення N2O в результаті інгібування останньої реакції гетеротрофної денітрифікації (відновлення N2O до N2). Отримані результати показали, що максимальне значення коефіцієнта викидів N2O (відношення утвореного N2O до концентрації загального азоту, що надходить на очистку) на досліджуваному об’єкті може сягати від 3,24 % до 6,47 %, що узгоджується з даними прямих вимірювань, проведених на діючих очисних спорудах закордонними науковцями. Результати дослідження підтверджують, що сучасні технології глибокого біологічного очищення стічних вод повинні враховувати не лише ефективне видалення сполук біогенних елементів, але і мінімізацію викидів парникових газів.

 

Посилання

  1. Паризька угода від 22.04.2015 року. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_l61#Text (дата звернення: 10.09.2024).

  2. Про схвалення Оновленого національно визначеного внеску України до Паризької угоди. Розпорядження Кабінету Міністрів України № 868-р від 30.07.2021 р. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/868-2021-р#Text (дата звернення: 10.09.2024).

  3. Ukraine’s Greenhouse Gas Inventory 1990-2021. Міністерство захисту довкілля та природних ресурсів України, 2023. URL: https://mepr.gov.ua/wp-content/uploads/2023/03/Kadastr_2023.pdf (дата звернення: 10.09.2024).

  4. IPCC Sixth Assessment Report. Chapter 5: Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), 2021. URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/chapter/chapter-5/ (дата звернення: 10.09.2024).

  5. Atmospheric Chemistry and Greenhouse Gases / F. Dentener et al. 2018. URL: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/TAR-04.pdf (дата звернення: 10.09.2024).

  6. Gruber W. Long-term N2O emission monitoring in biological wastewater treatment: methods, applications and relevance. Zurich. 2021.

  7. Hanaki K., Hong Z., Matsuo T. Production of nitrous oxide gas during denitrification of wastewater. Water Science and Technology. 1992. Vol. 26(5-6). P. 1027-1036.

  8. Seasonal and diurnal variability of N2O emissions from a full-scale municipal wastewater treatment plant / M.R. Daelman et al. Science of The Total Environment. 2015. Vol. 536. P. 1-11.

  9. Nitrous Oxide Production at a Fully Covered Wastewater Treatment Plant: Results of a Long-Term Online Monitoring Campaign / H. Kosonen et al. Environmental Science & Technology. 2016. Vol. 50(11). P. 5547-5554.

  10. European Environment Agency. Greenhouse gas emissions from waste management. URL: https://www.eea.europa.eu/publications/annual-european-union-greenhouse-gas-inventory-2017 (дата звернення: 10.09.2024).

  11. Spatial and temporal variability in atmospheric nitrous oxide generation and emission from full-scale biological nitrogen removal and non-BNR processes / H.J. Ahn et al. Water Environment Research. 2010.

  12. Kemmou L., Amanatidou E. Factors Affecting Nitrous Oxide Emissions from Activated Sludge Wastewater Treatment Plants – A Review. Resources. 2023. Vol. 12. Art. 114. DOI: 10.3390/resources12100114.

  13. Nitrous oxide emissions and dissolved oxygen profiling in a full-scale nitrifying activated sludge treatment plant / A. Aboobakar et al. Water Research. 2013. Т. 47(2). P. 524-534.

  14. КНД 211.1.4.024-95. Методика визначення біохімічного споживання кисню після n днів (БСК) в природних і стічних водах. [Чинний від 01.07.1995]. Київ, 1995. 21 с. (Керівний Нормативний Документ).

  15. КНД 211.1.4.030-95. Методика фотометричного визначення амоній іонів з реактивом Неслера в стічних водах. [Чинний від 01.07.1995]. Київ, 1995. 16 с. (Керівний Нормативний Документ).

  16. КНД 211.1.4.023-95. Методика фотометричного визначення нітрит-іонів з реактивом Гріса в поверхневих та очищених стічних водах. [Чинний від 01.07.1995]. Київ, 1995. 11 с. (Керівний Нормативний Документ).

  17. КНД 211.1.4.027-95. Методика фотометричного визначення нітратів з саліциловою кислотою у поверхневих та біологічно очищених водах. [Чинний від 01.07.1995]. Київ, 1995. 11 с. (Керівний Нормативний Документ).

  18. Метод К’єльдаля (ISO 8968-1:2001, IDT; IDF 20-1:2001) ДСТУ ISO 8968-1:2005 (IDF 20-1:2001)

  19. Bonin P., Gilewicz M., Bertrand J.C. Effects of oxygen on each step of denitrification on Pseudomonas nautica. Canadian Journal of Microbiology. 1989. Vol. 35. P. 2445-2451. DOI: 10.1139/m89-177.

  20. Henze M., Harremoës P., Jansen J.L.C., Arvin E. Wastewater Treatment: Biological and Chemical Processes. Berlin; New York: Springer, 2002. URL: https://searchworks.stanford.edu/view/4735121 (дата звернення: 10.09.2024).

  21. Юрченко В.О. Розвиток науково-технологічних основ функціонування споруд каналізації в умовах біохімічного окислення неорганічних сполук: дис. доктора техн. наук: 05.23.04. Харків, 2007. 426 с.

  22. ДБН В.2.5–75 :2013. Каналізація. Зовнішні мережі та споруди. Основні положення проектування. Київ, 2013. 210 с.

  23. Davies K.J.P., Lloyd D., Boddy L. The Effect of Oxygen on Denitrification in Paracoccus denitrificans and Pseudomonas aeruginosa. Journal of General Microbiology. 1989. Vol. 135. P. 2445-2451.