Хаягдал усны биологийн цэвэрлэгээний үед ялгарах хүлэмжийн хий азотлог исэл (N2O) -ийн үүсэх, задрах механизмыг түүний тогтвортой изотопид үндэслэн тодорхойлох нь
Салбар : Байгалийн шинжлэх ухаан
Улсын дугаар : 3056
Хамгаалсан он : 2014
Түлхүүр үг : Хаягдал ус, азотлог исэл (n2o), изотопийн харьцаа, n2o-ийн үүсэлт, задрал, ялгарал
Аннотаци
Азотлог исэл (N2O) нь дэлхийн дулааралд хүчтэй нөлөөлөл үзүүлж буй хүлэмжийн хийнүүдийн нэг бөгөөд озоны давхаргыг задлагч юм. Энэ хий нь хаягдал усанд агуулагдах азотыг хүчилтөрөгчтэй болон хүчилтөрөгчгүй орчинд нитритжүүлэх ба денитритжүүлэх зэрэг биологийн аргуудаар зайлуулах процессын үед их хэмжээгээр үүсдэг. Азотлог хийн үүсэх, задрах механизмыг түүний тогтвортой изотопид тулгуурлан судалснаар хүлэмжийн хийнүүдийн тэр дундаа азотлог хийн дэлхийн дулааралд нөлөөлж буй нийт хэм хэмжээг нарийн тодорхойлох боломжтой. N2O нь N ба O-оос тогтдог химийн элемент. N нь 15N, 14N гэсэн 2 төрлийн тогтвортой изотопитой бол О нь 16O, 17O, 18O гэсэн 3 тогтвортой изотопитой. Мөн түүнчлэн N2O нь N-N-O гэсэн молекулын тэгш хэмт бүтэцтэй байх ба төвийн байрлал дахь азотыг алфа (α), харин захын байрлал дахь азотыг бета (β) гэж тус тус нэрлэдэг. Эдгээр 2 байрлалын ялгааг SP (site preference) хэмжээ гэж нэрлэнэ. SP хэмжээ нь уг хийний үүсэх, задрах механизмыг тайлбарлахад чухал үндэс болсон параметр юм.
Уг шинэ аргыг хаягдал ус боловсруулах сектортой холбон судалсан судалгаа маш хязгаарлагдмал байдаг. Тиймээс хаягдал ус боловсруулах явцад N2O-ийн үүсэлт ба задралтыг төрөл бүрийн хүчин зүйлүүдээс (ууссан хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгч ба азотын харьцаа (C/N харьцаа), уусмалын температур, азотын концентраци, орчны pH, г.м) хамааруулан түүний тогтвортой изотопи дээр тулгуурлан судлах нэн шаардлагатай байгаа юм. . Энэхүү диссертацид доор дурьдсан асуудлуудыг хөндөж, шийдвэрлэсэн судалгааны үр дүнг нэгтгэн үзүүлсэн болно. Үүнд:
- Үйлдвэрийн түвшинд ердийн идэвхит лагийн аргаар боловсруулж буй хаягдал усны биологийн цэвэрлэгээнй үед ялгарч байгаа N2O-ийн үүсэлт ба задралыг янз бүрийн хүчилтөрөгчийн концентрациас хамааруулан судлах
- Лабораторийн түвшинд судалж буй хаягдал усны нитритжүүлэх, денитритжүүлэх процессын үед ялгарч байгаа N2O-ийн үүсэлт ба задралыг ууссан хүчилтөрөгч, C/N харьцаа, азотын концентраци, усны температур зэрэг төрөл бүрийн хүчин зүйлүүдээс хамааруулан судлах
- N2O задрах процессыг хатуу, шингэн бодисын холимогийн (MLSS) харьцаанаас хамааруулан судалж, N2O-ийн задралын коэффициентийг тооцоолох
- Агаартай орчинд явагдаж буй хагас нитритжүүлэх процессын үед ялгарч буй N2O-ийн үүсэх механизмыг тодорхойлох
Япон Улсын Токио хотын Хаягдал Ус Боловсруулах Үйлдвэрт хэрэглэж буй агаартай орчинд ердийн идэвхит лагийн аргаар боловсруулдаг реактор дахь усанд хийсэн шинжилгээгээр N2O-ийн концентраци хэт ханасан байв. Уг реакторын эцэст болон 2 дахь боловсруулалтын хэсэгт бага хүчилтөрөгчтэй орчинд N2O-ийн концентраци хамгийн их, 3700 nmol kg-1, байсан ба усан дахь нийт аммони (NH4+)-ий
0.03% нь N2O хэлбэрээр агаарт шингэж байв. Харин их хүчилтөрөгчтэй орчинд нийт NH4+-ий
0.14% нь N2O болж байлаа. SP хэмжээ реакторын дунд болон эцэст их концентрацитай хүчилтөрөгчийн орчинд хамгийн их утгатай байгаа нь гидросиламин (NH2OH)-ы исэлдэлт (нитритжүүлэх) процесс нь N2O-г 90 ба 57% тус тус N2O-г голлон үүсгэж байгаа нь ил байна. Харин хүчилтөрөгчийн дутмаг орчинд реакторын бусад хэсэгт SP хэмжээ ойролцоогоор 0 буюу сөрөг утгатай байгаа нь нитрит (NO2-)-ийн задрал (нитритжүүлэн денитритжүүлэх) процесс 55-63%-иар N2O-г үүсгэж байна.
Лабораторийн түвшний судалгаагаар,
- N2O-ийн задралын симуляци туршилтаар N2O задрал нь хатуу, шингэн бодисын холимогийн өндөр харьцаанаас шууд хамаарч байв. N2O задрал үүсч байгааг шууд илтгэгч 18O ба 15Nbulk (slope =
2.21), SP ба 15Nbulk (slope =
0.94) –ийн хамаарлууд эерэг утга өгч байв. Задрал бүрэн явагдаж байна гэсэн үг. N2O-ийн задралын коэффициентийг анх удаа тооцоолж, δ15Nbulk хэмжээ -
9.5‰, 18O хэмжээ -
28.7‰, N2O-ийн SP хэмжээ -
10.0‰ байгааг тус тус тогтоов.
- Хүчилтөрөгчтэй орчинд нитритжүүлэх процессын симуляци туршилтаар ууссан хүчилтөрөгчийн бага концентраци, азотын өндөр концентраци нь N2O үүсэх шалтгаан болж байгааг илрүүлэв. SP хэмжээ ( -
2.6
7.8‰ - 25C ба -
7.2
9.2‰ - 18C)-ээс харахад нитрит (NO2-)-ийн задрал (нитритжүүлэн денитритжүүлэх) процесс массын ихэнхи хувиар N2O-г үүсгэж байна. Гэхдээ N2O үүсэх механизм нь ууссан хүчилтөрөгчийн концентраци, азотын концентрацийн хэмжээнээс хамаарахгүй байгааг тогтоов.
- Хүчилтөрөгчгүй орчинд денитритжүүлэх процессын симуляци туршилтаар нитрит (NO2-)-ийн задрал (гетеротрофик денитритжүүлэх) процесс нь N2O-г үүсгэж байгааг тогтоосон. Мөн N2O үүсэх үед түүний задрал хамтдаа явагдаж байгааг изотопууд дээр үндэслэн илрүүлсэн. N2O үүсэх механизмд C/N харьцаа болон азотын концентрацийн нөлөөлөл бага байлаа.
- Агаартай орчинд явагдаж буй хагас нитритжүүлэх процессын симуляци туршилтаар реакторын усан дахь нийт аммони (NH4+)-ий
5.6% нь N2O хэлбэрээр ялгарч байв. Реактороос ялгарч буй хийн дэх N2O-ийн концентраци агааржуулалт явагдсанаас хойш 1 цагийн дараа 400 ppm (v/v) болсон байв. Изотопийн шинжилгээгээр нитрит (NO2-)-ийн задрал (гетеротрофик денитритжүүлэх) процесс нь N2O-г 70-80%-тай үүсгэж байлаа.
Зохиогч
Боловсролын доктор(PhD)
Бүтээлийн тоо : 14
Ишлэгдсэн тоо : 0
