Nitơ oxit (N2O), phát thải như một khí nhà kính mạnh, ngày càng nhận được sự quan tâm rộng rãi từ cộng đồng khoa học và các nhà hoạch định chính sách. N2O có tiềm năng nóng lên gấp gần 300 lần so với CO2 và tồn tại trong khí quyển tới 120 năm, tác động của nó đối với biến đổi khí hậu là không thể bỏ qua. Ngày nay, với hoạt động ngày càng tăng của con người, quá trình xử lý nước thải, một liên kết dường như không liên quan nhiều đến phát thải khí nhà kính, đã thực sự trở thành một trong những nguồn phát thải nhân tạo quan trọng của N2O. Vậy chính xác thì quá trình xử lý nước thải đóng góp như thế nào vào việc phát thải N2O? Làm thế nào chúng ta có thể theo dõi chính xác và kiểm soát hiệu quả? Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn sâu sắc về tình trạng phát thải N2O từ các nhà máy xử lý nước thải, cơ chế sản xuất, phương pháp quản lý kế toán cũng như các kỹ thuật giám sát nhằm cung cấp tài liệu tham khảo để đạt được sự phát triển xanh và carbon thấp trong ngành xử lý nước thải.

Khí thải nitơ oxit có nguồn gốc rộng và có thể được chia thành hai loại chính là khí thải tự nhiên và nhân tạo. Khí thải tự nhiên chủ yếu bao gồm các quá trình tự nhiên như giải phóng đất thô và giải phóng N2O trong đại dương. Khí thải do con người tạo ra bao gồm nhiều lĩnh vực như canh tác nông nghiệp, đốt nhiên liệu hóa thạch và quản lý ô nhiễm. Theo thống kê, lượng khí thải do con người tạo ra chiếm khoảng 40% tổng lượng khí thải N2O. Điều đáng chú ý là xử lý nước thải, một liên kết quan trọng trong quản lý ô nhiễm, đã trở thành một trong những nguồn phát thải nhân tạo quan trọng đối với khí thải N2O. Vậy chính xác lượng khí thải N2O từ các nhà máy xử lý nước thải là bao nhiêu?

Dựa trên các nghiên cứu hiện có, có sự khác biệt đáng kể trong các yếu tố giải phóng N2O (phát thải N2O/tải N) từ các nhà máy xử lý nước thải khác nhau. Trong quá trình khử nitơ tại các nhà máy xử lý nước thải đô thị quy mô lớn, có thể có từ 0 đến 14,6% nitơ cuối cùng được chuyển đổi thành N2O và giải phóng vào khí quyển. Dữ liệu này cho thấy lượng khí thải N2O từ các nhà máy xử lý nước thải không phải là một giá trị cố định, mà bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố và lượng khí thải tiềm năng của chúng không thể bị đánh giá thấp. Ví dụ, một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng yếu tố phát thải N2O cho các nhà máy xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt động thường dao động từ 0,0016 đến 0,0032, nhưng các giá trị cụ thể sẽ khác nhau tùy thuộc vào điều kiện quá trình, chất lượng nước đầu vào và các yếu tố khác. Do đó, việc đánh giá chính xác và kiểm soát hiệu quả lượng khí thải N2O từ các nhà máy xử lý nước thải có ý nghĩa quan trọng trong việc đạt được mục tiêu "carbon kép" của đất nước và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Việc tạo ra N2O trong quá trình xử lý nước thải là một quá trình sinh hóa phức tạp chủ yếu liên quan đến quá trình nitrat hóa và khử nitrat của vi sinh vật. Vậy con đường nào dẫn đến sự hình thành N2O?

N2O chủ yếu được tạo ra trong xử lý nước thải từ các quá trình sau:

1、Tác dụng khử nitơ của vi khuẩn oxy hóa amoniac hiếu khí (AOB)

Trong quá trình chuyển đổi nitơ amoniac thành nitrit, khi nồng độ oxy hòa tan (DO) thấp hoặc nồng độ nitơ amoniac cao hơn, AOB có thể oxy hóa một phần nitơ amoniac không hoàn toàn, tạo ra N2O làm sản phẩm phụ.

2、Tác dụng khử nitrat của AOB

Trong một số điều kiện cụ thể, AOB cũng có khả năng khử nitrit, giảm nitrit thành N2O.

3、Tác dụng khử nitơ dị dưỡng (HDN)

Các vi khuẩn khử nitrat dị dưỡng giảm dần nitrat hoặc nitrit thành khí nitơ (N2) trong điều kiện thiếu oxy. Tuy nhiên, nếu quá trình khử nitơ không được hoàn thành, hoặc nếu hoạt động N2O reductase của vi khuẩn khử nitơ bị mất hoặc một số vi khuẩn không có hệ thống N2O reductase, nó có thể dẫn đến sự tích tụ và phát thải N2O.

4、Đường khác

Ngoài các con đường chính được đề cập ở trên, có một số yếu tố khác có thể góp phần tạo ra N2O, chẳng hạn như biến động pH, hạn chế nguồn carbon, thay đổi nhiệt độ và sự hiện diện của một số chất ức chế nhất định, tất cả đều có thể ảnh hưởng đến con đường trao đổi chất của vi sinh vật và do đó thúc đẩy sản xuất N2O.

Sự phức tạp của các cơ chế này khiến việc tạo ra N2O trở nên không chắc chắn và thách thức kiểm soát chính xác. Hiểu được các cơ chế sản xuất này là chìa khóa để tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải và giảm lượng khí thải N2O.

Để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu, việc tính toán và quản lý khí thải nhà kính một cách khoa học từ các nhà máy xử lý nước thải là rất quan trọng. Vậy, nước ta có những hướng dẫn và tiêu chuẩn nào trong lĩnh vực này?

Theo "Hướng dẫn kỹ thuật về kiểm soát hợp tác đối với việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nhà máy xử lý nước thải đô thị (thí điểm)" do đơn vị môi trường sinh thái ban hành, việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm trong nhà máy xử lý nước thải đô thị để kiểm soát hợp tác việc hạch toán khí nhà kính được chia thành các bước chính sau:

1、Xác định ranh giới kế toán

Phạm vi hạch toán rõ ràng, bao gồm quy trình xử lý nước thải, nguồn xả, v.v.

2、Chọn phương pháp kế toán

Chọn phương pháp hạch toán phù hợp theo tình hình thực tế, chẳng hạn như phương pháp hệ số phát thải, phương pháp cân bằng chất lượng, v.v.

3、Thu thập dữ liệu mức độ hoạt động và xác định các yếu tố phát thải

Thu thập dữ liệu về các hoạt động như khối lượng xử lý nước thải, chất lượng nước trong và ngoài nước, tiêu thụ năng lượng và tính toán kết hợp với các yếu tố phát thải liên quan.

4、Kiểm soát chất lượng

Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng dữ liệu và phương pháp trong quá trình hạch toán, đảm bảo tính chính xác của kết quả hạch toán.

5、Lập báo cáo kế toán

Lập báo cáo kế toán chi tiết về phát thải khí nhà kính để cung cấp cơ sở cho các quyết định quản lý.

Ngoài ra, nhà nước và ngành công nghiệp cũng đã đưa ra một loạt các tiêu chuẩn và hướng dẫn liên quan, chẳng hạn như "Tiêu chuẩn kỹ thuật giám sát phát thải khí nhà kính của nhà máy xử lý nước thải" (xin ý kiến) và các tiêu chuẩn kỹ thuật cụ thể để tính toán phát thải khí nhà kính của nhà máy xử lý nước thải. Các tiêu chuẩn và hướng dẫn này được phát triển để thúc đẩy ngành công nghiệp xử lý nước thải đạt được quản lý tốt hơn lượng khí thải nhà kính, do đó phục vụ tốt hơn các mục tiêu trung hòa carbon, carbon quốc gia. Thông qua kế toán và quản lý quy phạm, các nhà máy xử lý nước thải có thể hiểu rõ hơn về tình trạng phát thải carbon của chính họ, xác định tiềm năng giảm phát thải và phát triển các chiến lược giảm phát thải hiệu quả để đóng vai trò tích cực trong bảo vệ môi trường và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Giám sát chính xác N2O trong quá trình xử lý nước thải là cơ sở để hiểu quy luật xả, tối ưu hóa các thông số công nghệ và đạt được hiệu quả giảm phát thải. Vậy, hiện nay có những phương pháp giám sát chính nào và làm thế nào để sử dụng thiết bị để thực hiện giám sát chính xác?

Các phương pháp giám sát N2O truyền thống chủ yếu bao gồm:

◆Phương pháp túi khíBằng cách thu thập các mẫu khí và gửi đến phòng thí nghiệm để phân tích, hoạt động dễ dàng nhưng không thể theo dõi liên tục trong thời gian thực.

◆Phương pháp hộp tĩnh: Đặt hộp tĩnh trong một khu vực cụ thể, thu thập khí bên trong hộp, lấy mẫu định kỳ và phân tích, phù hợp với phạm vi nhỏ, quan sát dòng chảy trong thời gian ngắn.

◆Loại nổi Gas Flux CoverKết hợp với nguyên lý hộp tĩnh để quan sát dòng khí ở giao diện nước-không khí, nhưng cũng có vấn đề không liên tục.

◆Sắc ký khí (GC)Là phương tiện phân tích chính trong phòng thí nghiệm, độ chính xác cao nhưng phản ứng chậm và không phù hợp để giám sát trực tuyến theo thời gian thực.

Với những tiến bộ trong công nghệ, công nghệ giám sát liên tục trực tuyến ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát khí thải N2O. Giám sát trực tuyến có thể cung cấp dữ liệu thời gian thực, liên tục và chính xác cao, giúp phát hiện kịp thời các bất thường về khí thải, hướng dẫn điều chỉnh quy trình. Ví dụ, ERUN-QB9610S được phát triển và sản xuất bởi Tập đoàn Win RunMáy phân tích lưu lượng khí nhà kính di độngCung cấp giải pháp giám sát chính xác cho nhà máy xử lý nước thải N2O. Thiết bị này có thể được kết hợp với một hộp nổi tĩnh và được thiết kế đặc biệt để quan sát dòng chảy của giao diện nước-khí CO2, CH4, N2O và H2O.

Các tính năng nổi bật của máy phân tích ERUN-QB9610S bao gồm:

★Phạm vi đo rộng: Phạm vi đo N2O có thể đạt 0-1000ppm.

★Độ chính xác đo cao: Độ chính xác N2O có thể đạt ± 2%, độ chính xác CO2<300ppb, độ chính xác CH4<10ppb, độ chính xác H2O<2%, đạt độ chính xác cấp ppb, đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu.

★Phản hồi nhanh: Tốc độ đo là 1Hz và có khả năng nắm bắt những thay đổi khí thải tức thời.

★Độ lặp lại tuyệt vờiĐộ lặp lại tốt hơn 1%, đảm bảo tính ổn định của kết quả giám sát.

★Chức năng thông minhCó chức năng điều khiển đo lường, lưu trữ và xử lý dữ liệu, hỗ trợ xem và phân tích kết quả đo trực tuyến. Kết hợp với dữ liệu giám sát cảm biến như nhiệt độ, độ ẩm do chính nó kiểm soát, dữ liệu thô có thể được lấy đồng thời và lưu trữ. Ngoài ra, nó cũng hỗ trợ truyền dữ liệu qua mạng, dễ dàng đạt được điều khiển từ xa và đáp ứng nhu cầu nghiên cứu khoa học để triển khai các phép đo ổn định lâu dài trong lĩnh vực này.

Bằng cách giới thiệu các thiết bị giám sát trực tuyến như vậy, các nhà máy xử lý nước thải có thể cho phép quản lý tốt khí thải N2O, cung cấp dữ liệu hoạt động chính xác, thời gian thực để tính toán khí thải và cung cấp cơ sở khoa học để tối ưu hóa quy trình, do đó giảm hiệu quả lượng khí thải N2O và hỗ trợ các hoạt động xanh và carbon thấp.

Tóm lại, vấn đề phát thải nitơ oxit từ các nhà máy xử lý nước thải không thể bỏ qua, tác động của nó đối với biến đổi khí hậu và giảm áp lực theo mục tiêu "carbon kép" của Trung Quốc, làm cho giám sát chính xác và kiểm soát hiệu quả N2O trở thành một chủ đề quan trọng đối mặt với ngành công nghiệp xử lý nước thải hiện nay. Hiểu biết sâu sắc về cơ chế sản xuất N2O và quy phạm hóa hạch toán và quản lý theo hướng dẫn quốc gia là cơ sở để thực hiện giảm phát thải. Công nghệ giám sát trực tuyến được đại diện bởi máy phân tích lưu lượng khí nhà kính cầm tay ERUN-QB9610S cung cấp các phương tiện giám sát thời gian thực, chính xác và hiệu quả cho các nhà máy xử lý nước thải, giúp quản lý tốt phát thải N2O.