Хаягдал усны биологийн цэвэрлэгээний үед ялгарах хүлэмжийн хий азотлог исэл /N2O/-ийн үүсэх, задрах механизмыг тодорхойлох судалгаа
Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Төслийн дугаар :
Төслийн төрөл : Докторын дараах инноваци
Хугацаа: 2015-2016
Санхүүжилт: 10,000.0 мян.төг
Түлхүүр үг : Хаягдал ус боловсруулалт, хүлэмжийн хий, азотлог исэл-N2O, тогтвортой изотопууд, SP хэмжээ, N2O-ийн эх үүсвэрүүд
Үр дүн
(1) Хаягдал усны биологийн процессын үед үүсч байгаа N2O-г түүний тогтвортой изотопиуд дээр үндэслэн судалж, хаягдал ус боловсруулах үйлдвэрээс ялгарч байгаа хийн үүсэлтийн механизмыг тогтоов. Үүнд:
- Ууссан NH4+-ийн концентраци анхдагч тунгаагуураас (3464.3 μmol L-1) хоёрдогч тунгаагуур хүртэл аажим буурч 2314.3 μmol L-1 болсон нь агаартай орчны бактеруудын үйлчлэлээр NH4+ исэлдэх процесст орж байв.
- Ууссан N2O-ийн концентрацийн хувьд бүх туршилтын цэгүүдэд усатмосферийн тэнцвэрт байх N2O-ийн хэмжээнээс (20°C-т 9 нмол/л) их байсан ба биологийн танкны дунд хэсэг болох Б5-1-р цэг дээр хамгийн их 335.7 нмол/л хэмжээтэй агуулагдаж байв.
- Агаартай орчинд ердийн идэвхит лагийн аргаар боловсруулдаг биологийн танкны усанд хийсэн шинжилгээгээр ууссан N2O-ийн концентраци ихсэж, 3760% хүртэлх хувиар хэт ханасан байна.
- N2O-ийн 15Nbulk хэмжээ анхдагч тунгаагуурын цэгт +19.7‰, биологийн танкны Б1-4-р цэгт 26.9‰, харин эргэлтийн лагийн цэгт хамгийн бага утгатай (11.9‰) байна.
-Туршилтын Б5-1, хоёрдогч тунгаагуурын цэгт SP хэмжээ харьцангуй өндөр 13.2‰, 17.4‰ орчим, харин Б1-1, Б1-4-р цэгт SP-ийн хамгийн бага утгатай (0.4‰, 2.1‰) байна.
-Биологийн танкны Б5-1-р цэгт NH2OH исэлдэлт процесс N2O-г доминант байдлаар үүсгэж байсан ба Б1-4-р цэгт N2O нь NO2- -ийн задрал процессоор 99%-тай үүсч байв.
(2) Хаягдал усыг азотгүйжүүлэх процессыг агааргүй болон агаартай орчинд янз бүрийн нөхцлийн дор судлан тогтоов.
- 25C-т ууссан N2O-ийн концентраци субстрат бодис нэмэх үед шууд ихсэж, C/N харьцаа 0.8 үед 15-30 мин-ын хооронд 920.5 нмол/кг, C/N харьцаа 1.5 үед 623.1 нмол/кг байв.
- D1, D3, D4 туршилтуудын хувьд хугацааны 60 мин-аас хойш 15Nbulk хэмжээ өсч, δ18O хэмжээ 55‰-аас 44‰ болж буурав. SP хэмжээ (17.520.2‰-D1, 16.019.8‰-D3, D4) өссөн байна. Харин 18C-т 15Nbulk хэмжээ харьцангуй их, ойролцоогоор -5‰ байсан ба хугацаа ихсэхэд 5.8–20.0‰ болж өссөн нь N2O-ийн задралтай шууд холбоотой юм.
- D1-D4 туршилтуудыг агааргүй орчинд явуулсан учраас N2O нь гетеротропик нитратгүйжүүлэгч процессоор үүссэн гэж үзэв.
- Өөр өөр C/N харьцаа бүхий туршилтын хэмжилтээр илэрсэн SP хэмжээ (16‰20‰-25C, 11‰17‰ -18C) нь NO2--ийн задрал процессоор үүсэх N2O-ийн хэмжээнээс их байв. C/N харьцааны өөрчлөлт N2O үүсэх механизмд нөлөөлөхгүй байгааг илрүүлэв.
- Агаартай орчинд 25C-д N1 туршилтын хувьд ууссан N2O-ийн концентраци 15-30 минутанд хамгийн их буюу 1790 нмол/кг хүрэв. Харин 15Nbulk хэмжээ эхний 30 мин-д буурч байснаа хугацаа ихсэхэд тогтмолжсон ба бусад үзүүлэлтүүд болох 18O, SP-үүд мөн адил тогтмолжиж байв.
- N3 туршилтын хувьд ууссан N2O-ийн концентраци 150 мин хүртэл 400500 нмол/кг байна.
- Агаартай орчинд 18C-д N1 туршилтын үед N2O-ийн концентраци үл ялиг өсч байснаа хугацаа ихсэхэд тогтмол болсон. SP хэмжээний өөрчлөлт бага ч 15Nbulk нь хугацааны эхнээс 60 мин хүртэл огцом буурч байна.
- N1-N4 туршилтуудын SP хэмжээгээр (5.05.6‰ -25C ба 4.18.5‰-18C) нитратжуулан-нитратгүйжүүлэх (nitrifier-denitrification) процессоор N2O үүсч байгааг илрүүлэв. УХ-ийн концентрацийн өөрчлөлт нь зөвхөн N2O-ийн концентрацид нөлөөлж байгаа ч N2O үүсэх механизмд нөлөөлөхгүй байна.
- 25C-т N3 туршилтын 210 мин-д харьцангуй өндөр SP хэмжээ (18.3‰) илэрсэн нь NH2OH исэлдэлт болон NO2-- ийн задрал процесс N2O-г хамт үүсгэж буйг гэрчилж байна.
(3) N2O-г азотын хий болгон задлах тохиромжтой нөхцөл тогтоох. Үүнд:
- Хатуу, шингэн бодисын холимог (MLSS)-ийн концентраци их байхад N2O-ийн задрал хурдан явагдаж байв.
- R1 туршилтын хувьд N2O-ийн N2 болон задрах задралын хурд 850 нмол/кг/мин, R2 туршилтынх 533 нмол/кг/мин байв.