Nitrous oxide emission dynamics and emission factors of two Finnish wastewater treatment plants
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Author
Date
2022-10-10
Department
Major/Subject
Water and Environmental Engineering
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Water and Environmental Engineering (WAT)
Language
en
Pages
78
Series
Abstract
Nitrous oxide (N2O) emissions can contribute over 60% to the GHG emissions of a municipal wastewater treatment plant (WWTP). Thus, mitigation of N2O emissions is important for carbon footprint reduction. This thesis studied the N2O emissions of Kakolanmäki WWTP and Nenäinniemi WWTP located in Finland. Nitrous oxide concentrations were measured from the activated sludge processes with an off-gas hood. Measurement campaigns equal to 15 and 11 days were conducted at both plants. Nitrous oxide emission factors (EFs) were calculated for each measurement period, and the dynamics of the off-gas nitrous oxide concentrations were studied. The results were validated against long-term data from Viikinmäki WWTP. The EFs for Kakolanmäki WWTP spring and summer measurement campaigns were 1.7% and 0.09% of total N-load, respectively. The EFs for Nenäinniemi WWTP were 1.3% and 1.0% of total N-load, respectively. The off-gas N2O concentration exhibited strong temporal variation also within the measurement campaigns. The hourly average off-gas N2O concentrations during a measurement period varied from 6% to 432% of the average concentration. The lowest concentrations generally occurred 8–10 AM and the highest 8–11PM. Furthermore, the off-gas N2O concentrations differed significantly between the compartments of an aeration line. Moderate positive correlation (Pearson’s r=0.57) between the dissolved nitrite and off-gas nitrous oxide was found. Water temperature differed significantly between the two measurement periods at both plants. At Nenäinniemi WWTP, full nitrogen removal was recognized as a potential N2O mitigation measure during spring and winter season with colder water temperatures. At Kakolanmäki WWTP, several N2O mitigation measures could be suggested: increasing COD to N ratio, DO concentration, SRT, and alkalinity. To estimate the annual average EFs and to study the effects of N2O mitigation measures, longer campaigns should be conducted with measurements conducted at several aeration compartments simultaneously. Or in the case of Kakolanmäki WWTP, which is located inside, plant exhaust gas line N2O concentrations could be measured.Suorat typpioksiduulipäästöt (N2O) voivat kattaa yli 60% kunnallisen jätevedenpuhdistamon kokonaispäästöistä, joten typpioksiduulipäästöjen mittaaminen ja päästöjä vähentävien toimien kartoittaminen on tärkeää jätevedenpuhdistamon hiilijalanjäljen pienentämiseksi. Tässä työssä mitattiin Kakolanmäen ja Nenäinniemen jätevedenpuhdistamoiden typpioksiduulipäästöjä. Typpioksiduulikonsentraatioita mitattiin aktiivilieteprosessien ilmastusaltaista strippaantuvasta kaasusta. Molemmilla laitoksilla suoritettiin 15 päivän mittauskampanja keväällä ja 11 päivän mittauskampanja kesällä. Tulosten perusteella laitoksille laskettiin typpioksiduulipäästökertoimet. Lisäksi tutkittiin typpioksiduulikonsentraatioiden vaihtelua ajassa ja eri ilmastusaltaiden osissa. Mittauskampanjoiden tuloksia verrattiin yli vuoden laajuiseen dataan Viikinmäen jätevedenpuhdistamolta. Kakolanmäen jätevedenpuhdistamon päästökertoimet kevään ja kesän mittausjaksoilta olivat 1.7% ja 0.09% sisääntulevasta typpikuormasta. Nenäinniemen jätevedenpuhdistamon päästökertoimet kevään ja kesän mittausjaksoilta olivat 1.3% ja 1.0%. Typpioksiduulikonsentraatiossa havaittiin suurta ajallista vaihtelua myös mittauskampanjoiden aikana. N2O konsentraatioiden tuntikeskiarvot vaihtelivat 6–432% mittauskampanjoiden keskiarvoista. Pienimmät konsentraatiot mitattiin yleensä kello 8–10 ja suurimmat kello 20–23. Lisäksi merkittäviä eroja havaittiin eri aerobisten lohkojen typpikonsentraatioissa. Positiivinen korrelaatio (Pearson korrelaatio= 0.57) havaittiin liuenneen nitriitin ja strippaantuvan typpioksiduulin välillä. Molemmilla laitoksilla jäteveden lämpötila erosi selkeästi kevään ja kesän mittausjaksojen välillä. Nenäinniemen jätevedenpuhdistamolla jatkuva kokonaistypenpoisto voisi vähentää typpioksiduulipäästöjä kevät- ja talvikaudella. Kakolanmäellä COD:N–suhteen, DO konsentraation, lieteiän ja alkaliniteetin nostaminen voisivat vähentää N2O päästöjä. Jatkotutkimuksia suositellaan, jotta pää stöjenvähennyskeinojentehokkuutta voidaan mitata.Description
Supervisor
Mikola, AnnaThesis advisor
Al-Juboori, RaedNissinen, Petri
Keywords
nitrous oxide, emission factor, greenhouse gas emissions, activated sludge, full-scale wastewater treatment plant
