荷兰污水处理厂开始实时监测N₂O
导言荷兰水研究机构KWR正逐步推广对荷兰污水处理厂N2O排放的实时监测。
N2O排放监测与模拟项目
作为“污水处理厂N2O排放监测、建模与减排”项目的一部分，荷兰水研究机构KWR自2023年起在乌特勒支（Utrecht）污水处理厂（隶属于De Stichtse Rijnlanden水务局）持续开展N2O监测工作。
该项目联合多家合作伙伴共同进行，包括艾默生过程管理公司（Emerson Process Management B.V）、杜纳机械公司（Douna Machinery B.V.）以及De Stichtse Rijnlanden、Drents Overijsselse Delta、Noorderzijlvest和Delfland 4个地区的水务局。
目前，项目已新建了第二个监测站点——Nieuwe Waterweg污水处理厂（位于Hoek van Holland, Hoogheemraadschap van Delfland）。两座污水处理厂虽然采用了不同的工艺配置，但都将系统性地追踪N2O排放数据。
该项目研究成果将被囊括在更大的研究框架中，旨在解决与N2O排放相关的各类问题。其中也包含由丹麦奥胡斯水务公司（Aarhus Vand）牵头的“净零伙伴关系研究计划”。
为什么污水处理厂需警惕N2O排放？
《自然》杂志2020年发表的一项研究显示，尽管N2O在大气中的浓度低于CO2，但其全球增温潜能约为后者的300倍。该研究警告说，若N2O排放量持续增长，可能导致“本世纪末全球升温幅度突破3 ℃”。
虽然污水处理厂N2O排放量不及农业化肥等来源，但并不可小觑。荷兰皇家哈斯康宁工程咨询公司（Royal HaskoningDHV）发布的《污水处理厂N2O减排白皮书》对此进行了深度剖析。
赛莱默创新实验室（Xylem's Innovation Labs）项目负责人Oliver Puckering博士在2023年接受采访时指出：“实现污水处理厂N2O排放的高效监测是水务企业构建全面碳排放清单与制定减排目标的前提。政府间气候变化专门委员会（IPCC）于2019年出版的指南中提出了分层核算方法，可用于估算N2O排放量。然而，现有方法普遍低估了实际排放水平，限制了减排规划的精准性。”
他进一步阐释了监测难点：“N2O排放波动极大，通常显示出相当大幅度动态波动与季节性变化。其受多种因素影响，包括温度、进水氮负荷，以及处理厂中的曝气需求模式等。”
如何实现精准监测？
该项目通过持续地实时监测气相中N2O排放量，捕捉排放量每日与季节性的变化规律。传统建模技术难以监测到这种动态变化，这正是限制排放量难以准确预测的瓶颈。
该项目采用一个闭式集气罩收集气体，并将之与移动式气体分析仪相连接。这些集气装置专为项目所定制，配备有温度与压力传感器以记录采样环境参数。同时，该装置内置了预防性维护机制，确保采集到高质量、有代表性的气体样品。
水务局等其它合作伙伴将提供处理工艺、液相中N2O浓度监测等其他数据。该项目的监测结果将与之结合，构建数字孪生模型。该模型不仅能预测N2O排放趋势，还能分析影响N2O产生的关键因素。数字孪生模型将有助于制定N2O控制与减排方案。
