背景介紹：氧化亞氮屬于溫室效應氣體，氧化亞氮（N2O）是一種強力的溫室氣體，對環(huán)境有著(zhù)多方面的影響，能夠吸收中心波長(cháng)為7.78、8.56、16.98um的長(cháng)波紅外輻射，從而產(chǎn)生溫室效應。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)現對污水處理廠(chǎng)中氣相狀態(tài)下氧化亞氮的排放，用于對氣相中的在線(xiàn)氣體測試，并對其線(xiàn)性度、溫度依賴(lài)性、信號飽和度進(jìn)行評估。研究該氧化亞氮傳感器用于國產(chǎn)全序批式反應器（SBR）中的N2O的在線(xiàn)檢測，并與商業(yè)化的在線(xiàn)氣體分析儀（氣相色譜）的測試結果進(jìn)行相關(guān)對比，這項研究也是首次基于溶解的氧化亞氮在線(xiàn)測試數據實(shí)現了在一個(gè)全面的污水處理設施體系中實(shí)現對氧化亞氮氣體排放的濃度的可靠測試。

Unisense微電極系統的應用

首先進(jìn)行電極的極化，提前個(gè)12小時(shí)，打開(kāi)微電極主機，插上電極，將極化電壓調到開(kāi)始，過(guò)夜極化。將準備好的含有不同濃度（0ppmv、25.5ppmv、50.1ppmv）的氧化亞氮混合標準氣體混合物放置于3L的標準密閉容器中，放入氧化亞氮電極，待信號穩定后測定，獲取N2O的標準曲線(xiàn)（矯正曲線(xiàn)的測試溫度在15-33攝氏度）。

實(shí)驗結果

unisens開(kāi)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(chǎng)所采用的在線(xiàn)檢測N2O的氣相排放標準方法。在N2O濃度的高低范圍內，其傳感器都是線(xiàn)性的，其中N2O的檢測上限達到2750 ppmv。并充分預測到在進(jìn)行常規校準時(shí)，考慮了溫度對傳感器信號的影響。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)化的分析設備（分析的N2O濃度超過(guò)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%的準確度，或采用的傳感器測試氧化亞氮的氣體排放量達到了87.0%準確度。

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放置在取樣罩內的氣體傳感器的特寫(xiě);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，在一定范圍內傳感器信號的指數變化作為溫度15-35度的函數。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■□），傳感器信號值（開(kāi)口符號）與預測的傳感器信號值（封閉的符號）。從圖中可以看出，實(shí)測值與預測值基本一致。

圖3、使用氣體傳感器(綠線(xiàn))和商業(yè)紅外氣體分析儀(黑線(xiàn))在一體化的SBR上進(jìn)行4天的N2O排放監測。從圖中可以看出，氣體傳感器比傳統的商業(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(chǎng)典型的SBR序批式反應器中N2O氣體排放濃度(藍色虛線(xiàn))、液體中的N2O濃度(橙色實(shí)線(xiàn))、溶解的氧化亞氮濃度的預測(灰色線(xiàn))和N2O溶解排放預測濃度(黑色虛線(xiàn))(采用文獻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(xiàn)型其他分析儀和氣相色譜之間的比較。測試的一氧化二氮氣體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，具有更高的準確度，尤其是當氣體混合物中氧化亞氮的濃度越高，其差別越大。

結論與展望

研究人員應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(chǎng)(WWTPs)中溶解態(tài)的N2O濃度，但以前從未應用于全面污水處理廠(chǎng)的氣相N2O排放檢測。在本論文研究中，研究人員對一臺N2O氣體傳感器進(jìn)行了測試和驗證，用于在線(xiàn)氣體測量，并對其線(xiàn)性度、溫度依賴(lài)性、信號飽和度和漂移進(jìn)行了評估。研究人員發(fā)現，N2O氣體傳感器是用于全序批式反應器(SBR)N2O在線(xiàn)監測并將廢水與商業(yè)在線(xiàn)氣體分析儀的結果進(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(guò)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(xiàn)分析傳感器給出的數值更精確。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(xiàn)數據的排放檢測，首次實(shí)現了一個(gè)全面的污水處理設施中對氣體的可靠估計的研究。該項研究也為研究人員在一個(gè)實(shí)驗裝置中對氣相和液相狀態(tài)下動(dòng)態(tài)的氧化亞氮的濃度的同步檢測提供了可能，這項研究也是首次基于溶解的氧化亞氮在線(xiàn)測試數據實(shí)現了在一個(gè)全面的污水處理設施體系中實(shí)現對氧化亞氮氣體排放的濃度的可靠測試。這說(shuō)明丹麥unisense開(kāi)發(fā)的這套氧化亞氮微電極在污水處理廠(chǎng)N2O的排放機制研究領(lǐng)域存在很好的應用前景。