Chrysochoidis, V., Andersen, M.H., Remigi, E.U., Faragó, M., Smets, B.F., Domingo-Félez, C., Valverde-Perez, B. (2023). Critical evaluation of different mass transfer equations to model N2O Dec-2024 3 emissions from water resource recovery facilities with diffuse aeration. Environmental Technology, DOI: 10.1080/09593330.2023.2215454. (link)

Título

Critical evaluation of different mass transfer equations to model N2O emissions from water resource recovery facilities with diffuse aeration

(Avaliação crítica de diferentes equações de transferência de massa para modelar emissões de N2O de instalações de recuperação de recursos hídricos com aeração difusa)

Resumo

N2O measurements by liquid sensors in aerated tanks are an input to gas-liquid mass-transfer models for the prediction of N2O off-gas emissions. The prediction of N2O emissions from Water Resource Recovery Facilities (WRRFs) was evaluated by three different mass-transfer models using Benchmark Simulation Model 1 (BSM1) as a reference model. Inappropriate selection of mass-transfer model may result in miscalculation of carbon footprints based on soluble N2O online measurements. The film theory considers a constant mass-transfer expression, while more complex models suggest that emissions are affected by the aeration type, efficiency, and tank design characteristics. The differences among model predictions were 10–16% at dissolved oxygen (DO) concentration of 0.6 g/m3, when biological N2O production was the highest, while the flux of N2O was 20.0–24 kg N2O-N/d. At lower DO, the nitrification rate was low, while at DO higher than 2 g/m3, the N2O production was reduced leading to higher rates of complete nitrification and a flux of 5 kg N2O-N/d. The differences increased to 14–26% in deeper tanks, due to the pressure assumed in the tanks. The predicted emissions are also affected by the aeration efficiency when KLaN2O depends on the airflow instead of the KLaO2. Increasing the nitrogen loading rate under DO concentration of 0.50–0.65 g/m3 increased the differences in predictions by 10–20% in both alpha 0.6 and 1.2. A sensitivity analysis indicated that the selection of different mass-transfer models did not affect the selection of biochemical parameters for N2O model calibration.

TRADUÇÃO LIVRE

Medições de N2O por sensores líquidos em tanques aerados são uma entrada para modelos de transferência de massa gás-líquido para a previsão de emissões de N2O de gases de escape. A previsão de emissões de N2O de Instalações de Recuperação de Recursos Hídricos (WRRFs) foi avaliada por três modelos diferentes de transferência de massa usando o Modelo de Simulação de Referência 1 (BSM1) como modelo de referência. A seleção inadequada do modelo de transferência de massa pode resultar em erro de cálculo das pegadas de carbono com base em medições on-line de N2O solúvel. A teoria do filme considera uma expressão de transferência de massa constante, enquanto modelos mais complexos sugerem que as emissões são afetadas pelo tipo de aeração, eficiência e características do projeto do tanque. As diferenças entre as previsões do modelo foram de 10–16% na concentração de oxigênio dissolvido (OD) de 0,6 g/m3, quando a produção biológica de N2O foi a mais alta, enquanto o fluxo de N2O foi de 20,0–24 kg N2O-N/d. Em OD mais baixo, a taxa de nitrificação foi baixa, enquanto em OD maior que 2 g/m3, a produção de N2O foi reduzida, levando a maiores taxas de nitrificação completa e um fluxo de 5 kg N2O-N/d. As diferenças aumentaram para 14–26% em tanques mais profundos, devido à pressão assumida nos tanques. As emissões previstas também são afetadas pela eficiência de aeração quando o KLaN2O depende do fluxo de ar em vez do KLaO2. O aumento da taxa de carga de nitrogênio sob concentração de OD de 0,50–0,65 g/m3 aumentou as diferenças nas previsões em 10–20% em alfa 0,6 e 1,2. Uma análise de sensibilidade indicou que a seleção de diferentes modelos de transferência de massa não afetou a seleção de parâmetros bioquímicos para calibração do modelo de N2O.

Artigo publicado no site Taylor & Francis Online, no Journal of Environmental Technology.