AO与AAO工艺的性能对比！
AO法与AAO法虽同属于生物污水处理法，但两者的对比研究却少见报道，本文通过济阳县污水处理厂工艺改进前后的水质对比，对两种污水处理工艺进行了对比分析，为城镇污水处理厂工艺的选择提供了一定的依据。
一、AO、AAO去除性能对比分析
1、COD去除性能对比
污水处理工艺对有机物的去除能力是表征工艺效能的主要指标之一，COD的大小直接反映污水中有机物含量的多少。
通过数据处理分别对两种工艺进出水COD浓度、COD去除率，进行差异显著性检验，结果显示：两种工艺进水COD无显著差异，出水COD、去除率差异显著，AAO工艺对COD的去除明显好于AO工艺。
原因在于AO工艺中，缺氧段的反硝化反应可以消耗掉污水中的一部分有机物，但大部分有机物是通过好氧降解去除的，而济阳县污水处理厂一期工程AO工艺好氧段水力停留时间短，曝气池容积小，曝气量不够，导致有机物去除效果不好。而AAO工艺中，大部分有机物在厌氧段被聚磷菌转化为PHB储存在细胞中，部分有机物在缺氧段通过反硝化反应去除，废水进入好氧段时，COD浓度已基本接近排放标准，在好氧段会得到进一步降解。
有研究表明，AAO工艺厌氧段的COD去除率最高可达到80%以上，而缺氧段的去除率平均低于10%。
2、脱氮性能对比
近年来，随着环境水体水质的富营养化程度不断加剧和污水排放标准的不断提高，寻找一种有效的脱氮工艺已成为当前污水处理厂设计中的重要问题之一。AAO工艺和AO工艺都具有生物脱氮功能，且两种工艺脱氮原理相同，都为反硝化脱氮。
通过对两种工艺进出水TN浓度、TN去除率，进行差异显著性实验，结果表明：两种工艺进水TN无显著差异，出水TN、去除率差异显著，AAO工艺对TN的去除明显好于AO工艺。
在反硝化脱氮工艺中，硝态氮是出水总氮中的主要物质，硝态氮在缺氧段的去除率可以高于90%。有研究指出，控制缺氧区出水硝酸盐浓度为1mg/L～2mg/L，可最大程度提高TN去除率，并能充分利用COD提高缺氧区反硝化能力。好氧区混合液中含有大量硝态氮，通过内循环回流到缺氧区，在缺氧区进行反硝化反应。济阳县污水处理厂AO工艺缺氧段HRT太短，仅为1.8h，少于AAO工艺的3.46h，且内回流比为50%～100%，小于AAO工艺的150%～250%，导致脱氮功能不及AAO。并且AO工艺脱氮效果不及AAO工艺稳定，受外界因素（温度、C/N比等）影响大。
3、除磷性能对比
水中磷含量超标，同样也会导致微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。反硝化除磷技术的出现是对传统生物除磷理论的一种突破，不仅可以解决传统工艺中存在的矛盾问题，还有利于实现污水的可持续处理。
通过对两种工艺进出水TP浓度、TP去除率，进行差异显著性实验，结果表明：两种工艺进水TP无显著差异，出水TP、去除率差异显著，AAO工艺对TP的去除明显好于AO工艺。原因在于济阳县污水处理厂一期工程AO工艺没有设置厌氧释磷段，而在生物除磷过程中，聚磷菌只有在厌氧段进行充分的放磷，才能保证在缺氧段、好氧段有良好的吸磷效果，此工艺对磷的去除仅仅是通过微生物的同化作用。而AAO工艺的除磷主要由聚磷菌来完成。一般来说，聚磷菌在缺氧段、好氧段摄取的磷量比在厌氧段释放的磷量要多。有研究表明，AAO工艺平均吸磷量和平均放磷量的比例为1.28，且缺氧段的吸磷量高于好氧段的吸磷量。
4、去除性能对比总结
综上，对有机物、氮、磷的去除AAO工艺都要明显好于AO工艺，尤其是除磷，由于AO工艺无厌氧段，只能通过微生物的同化作用去除一小部分的磷，所以对磷的去除有要求的不要选择此种工艺或者增加化学除磷。
二、温度对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、温度对两种工艺COD去除的影响
温度对AAO工艺COD的去除影响不大，即使温度低于5摄氏度，COD的去除率也可以达到85%以上，这说明温度对聚磷菌转化有机物的影响不大。而AO工艺对COD的去除，往往会随着温度升高，在5-15摄氏度之间有个降低，随后又升高。这可能是由于气候处于冷暖交替时，系统内菌群数量及其结构会发生变化，系统内优势种群逐步由喜好一种温度的菌群向喜好另一种温度的菌群演替，从而影响对有机物的处理能力。
2、温度对两种工艺脱氮的影响
温度对两种工艺脱氮的影响都比较明显——两种工艺都是随着温度的上升，TN去除率有明显的提高。特别是AO工艺，当温度高于15摄氏度时，TN去除率几乎呈线性增长。
温度增强两种工艺的脱氮性能的原因，一方面是因为温度的升高有利于活性污泥微生物的生长繁殖，提高同化氮元素的效率；另一方面是因为温度升高也增强了系统中硝化菌与反硝化菌的代谢活力，使系统反硝化脱氮能力增强。
一般认为，硝化细菌最适宜的生长温度为25-30摄氏度。当温度小于15摄氏度时硝化速度明显下降，硝化细菌活性也大幅降低。当温度低于5摄氏度时，硝化细菌的生命活动几乎停止。值得一提的是，有时即使低温状态下（低于5度），两系统的TN去除率也不会低于40%，这就说明低温时两系统主要依靠活性污泥中微生物的同化作用来脱氮。
3、温度对两种工艺除磷的影响
从实际状况来看，温度升高AAO工艺对磷的去除率相应提高，尤其是温度高于20摄氏度后，TP去除率趋于稳定。
这是因为生物除磷的关键是依靠聚磷菌的除磷活性，而温度增高，有利于增加聚磷菌的活性，提高磷的去除率。而AO工艺对磷的去除随温度变化的规律性不强，无明显相关性。这是因为AO工艺无厌氧段，不存在聚磷菌存活的条件，对磷的去除仅仅依靠微生物的同化作用，所以温度对此工艺微生物的同化作用影响不大。
三、进水C/N比对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、进水C/N比对两种工艺COD去除的影响
对于AAO工艺来说，无论C/N比值如何，COD的去除率基本保持稳定。有资料表明，大部分COD在厌氧区被聚磷菌利用合成为胞内储存物PHA，平均利用率在75%-85%之间，大约10%的COD进入缺氧区，几乎没有剩余的易生物降解有机物进入好氧区，因此该工艺可以实现进水碳源的充分利用，受有机物负荷冲击影响小。而C/N比对AO工艺COD的去除有一定的影响。通过济阳县污水处理厂数据来看，C/N比大于10后，随着C/N比增大，COD去除率有小幅度地降低，有机物负荷对系统产生了冲击。
2、进水C/N比对两种工艺脱氮的影响
A/O工艺随C/N比增大，TN去除率几乎成线性下降，有机物浓度对硝化过程产生率严重影响。这是因为硝化细菌是自养型细菌，有机物浓度不是它的生长限制因素，有机物浓度过高会使增殖速度快的异养型细菌迅速繁殖，优先利用了水中的氧，自养型细菌得不到优势，活性受到抑制，影响了硝化反应的进行。而在AAO工艺中，有实验数据表明，当进水C/N比从5增加到9时，TN去除率稳步上升，C/N比为8.9时，TN去除率高达83.2%，然而当C/N比从9增加到14时，TN的去除率不升反降。
在某一区间增长，TN去除率也随之稳步上升，但当C/N比增长至某一数值，且TN去除率达到最高后，TN的去除率随C/N比增长而下降。
主要原因与AO工艺相同，C/N比增加导致自养菌在系统中的数量越来越少，硝化效率降低，从而总氮去除率降低。有资料显示，在没有储存内碳源的情况下，实现完全反硝化的最小理论C/N比为2.86，但实际所需值远远大于此数。
3、进水C/N比对两种工艺除磷的影响
C/N比对AAO工艺除磷效果影响较大，实验数据表明，当进水C/N比从5增加到9时，TP去除率逐步增加。这主要是因为进水C/N比低时进水碳源不足，而回流污泥中含有大量硝酸盐，硝酸盐消耗了大量COD，从而导致厌氧区放磷不充分，系统除磷率降低。而当进水C/N比从9增加到14时，总磷的去除率下降，尤其是C/N比大于11时总磷去除率几乎成线性下降。
这是因为在相对较高的有机负荷时，进水中的有机物并不能在厌氧段被聚磷菌完全利用，而剩余的过量有机物会促进聚磷菌的生长，从而导致活性污泥中聚磷菌所占比例降低，影响除磷效果。进水C/N比对AO工艺除磷效果的影响不大，主要是因为AO工艺对磷的去除仅仅是通过微生物的同化作用，而C/N比对同化作用影响不大。
四、进水C/P比对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、进水C/P比对两种工艺COD去除的影响
实验数据表明，AO工艺对COD的去除率随C/P比变化的规律性不强，无明显相关性，可见C/P比不是影响AO工艺有机物去除效果的主要因素。而对于AAO工艺来说，无论进水C/P比如何变化，其对COD的去除率都高于85%。
相关研究指出，高于79%的COD在厌氧区被消耗，用于合成细胞内部储存物PHA，而在缺氧区6%-11%的COD用于细胞生长和反硝化消耗，在好氧区几乎没有出现COD的消耗，因为细胞死亡后，细胞壁等难降解物质又进入混合液中，使COD增大。
2、进水C/P比对两种工艺脱氮的影响
C/P比对AO工艺脱氮效果的影响无明显规律，TN去除率上下波动幅度比较大。这可能是由于除C/P比之外的其他因素对AO工艺脱氮的影响胜于C/P比。
C/P比对AAO工艺脱氮效果影响不明显，尽管C/P比变化幅度较大，但TN去除率却相对稳定。这主要是因为一般污水C/P比比较高，过量的COD进入缺氧区会抑制磷的吸收，而在缺氧区C/N比总是高于实际需求的最小值，反硝化菌会利用过量的外碳源迅速进行反硝化，不影响TN的去除。
3、进水C/P比对两种工艺除磷的影响
在AAO工艺中，当C/P比低于80时，磷的去除率上下波动明显。当C/P比高于80时，磷的去除率稳定在85%以上，出水磷浓度小于0.5mg/L，系统对磷的去除率基本不再受其他因素影响，说明在AAO系统中进水C/P比高于80时，就可以实现稳定高效的出水水质。
这是由于高C/P比时，进水提供的碳源高于厌氧区释放磷所需的碳源量，因此磷的去除率较高。当C/P较低时，受COD的限制，聚磷菌吸磷能力下降，导致除磷效率低。对于AO工艺来说，C/P比对其除磷效果的影响无明显规律，这说明C/P比对微生物同化作用的影响不大。
AO法与AAO法虽同属于生物污水处理法，但两者的对比研究却少见报道，本文通过济阳县污水处理厂工艺改进前后的水质对比，对两种污水处理工艺进行了对比分析，为城镇污水处理厂工艺的选择提供了一定的依据。
一、AO、AAO去除性能对比分析
1、COD去除性能对比
污水处理工艺对有机物的去除能力是表征工艺效能的主要指标之一，COD的大小直接反映污水中有机物含量的多少。
通过数据处理分别对两种工艺进出水COD浓度、COD去除率，进行差异显著性检验，结果显示：两种工艺进水COD无显著差异，出水COD、去除率差异显著，AAO工艺对COD的去除明显好于AO工艺。
原因在于AO工艺中，缺氧段的反硝化反应可以消耗掉污水中的一部分有机物，但大部分有机物是通过好氧降解去除的，而济阳县污水处理厂一期工程AO工艺好氧段水力停留时间短，曝气池容积小，曝气量不够，导致有机物去除效果不好。而AAO工艺中，大部分有机物在厌氧段被聚磷菌转化为PHB储存在细胞中，部分有机物在缺氧段通过反硝化反应去除，废水进入好氧段时，COD浓度已基本接近排放标准，在好氧段会得到进一步降解。
有研究表明，AAO工艺厌氧段的COD去除率最高可达到80%以上，而缺氧段的去除率平均低于10%。
2、脱氮性能对比
近年来，随着环境水体水质的富营养化程度不断加剧和污水排放标准的不断提高，寻找一种有效的脱氮工艺已成为当前污水处理厂设计中的重要问题之一。AAO工艺和AO工艺都具有生物脱氮功能，且两种工艺脱氮原理相同，都为反硝化脱氮。
通过对两种工艺进出水TN浓度、TN去除率，进行差异显著性实验，结果表明：两种工艺进水TN无显著差异，出水TN、去除率差异显著，AAO工艺对TN的去除明显好于AO工艺。
在反硝化脱氮工艺中，硝态氮是出水总氮中的主要物质，硝态氮在缺氧段的去除率可以高于90%。有研究指出，控制缺氧区出水硝酸盐浓度为1mg/L～2mg/L，可最大程度提高TN去除率，并能充分利用COD提高缺氧区反硝化能力。好氧区混合液中含有大量硝态氮，通过内循环回流到缺氧区，在缺氧区进行反硝化反应。济阳县污水处理厂AO工艺缺氧段HRT太短，仅为1.8h，少于AAO工艺的3.46h，且内回流比为50%～100%，小于AAO工艺的150%～250%，导致脱氮功能不及AAO。并且AO工艺脱氮效果不及AAO工艺稳定，受外界因素（温度、C/N比等）影响大。
3、除磷性能对比
水中磷含量超标，同样也会导致微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。反硝化除磷技术的出现是对传统生物除磷理论的一种突破，不仅可以解决传统工艺中存在的矛盾问题，还有利于实现污水的可持续处理。
通过对两种工艺进出水TP浓度、TP去除率，进行差异显著性实验，结果表明：两种工艺进水TP无显著差异，出水TP、去除率差异显著，AAO工艺对TP的去除明显好于AO工艺。原因在于济阳县污水处理厂一期工程AO工艺没有设置厌氧释磷段，而在生物除磷过程中，聚磷菌只有在厌氧段进行充分的放磷，才能保证在缺氧段、好氧段有良好的吸磷效果，此工艺对磷的去除仅仅是通过微生物的同化作用。而AAO工艺的除磷主要由聚磷菌来完成。一般来说，聚磷菌在缺氧段、好氧段摄取的磷量比在厌氧段释放的磷量要多。有研究表明，AAO工艺平均吸磷量和平均放磷量的比例为1.28，且缺氧段的吸磷量高于好氧段的吸磷量。
4、去除性能对比总结
综上，对有机物、氮、磷的去除AAO工艺都要明显好于AO工艺，尤其是除磷，由于AO工艺无厌氧段，只能通过微生物的同化作用去除一小部分的磷，所以对磷的去除有要求的不要选择此种工艺或者增加化学除磷。
二、温度对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、温度对两种工艺COD去除的影响
温度对AAO工艺COD的去除影响不大，即使温度低于5摄氏度，COD的去除率也可以达到85%以上，这说明温度对聚磷菌转化有机物的影响不大。而AO工艺对COD的去除，往往会随着温度升高，在5-15摄氏度之间有个降低，随后又升高。这可能是由于气候处于冷暖交替时，系统内菌群数量及其结构会发生变化，系统内优势种群逐步由喜好一种温度的菌群向喜好另一种温度的菌群演替，从而影响对有机物的处理能力。
2、温度对两种工艺脱氮的影响
温度对两种工艺脱氮的影响都比较明显——两种工艺都是随着温度的上升，TN去除率有明显的提高。特别是AO工艺，当温度高于15摄氏度时，TN去除率几乎呈线性增长。
温度增强两种工艺的脱氮性能的原因，一方面是因为温度的升高有利于活性污泥微生物的生长繁殖，提高同化氮元素的效率；另一方面是因为温度升高也增强了系统中硝化菌与反硝化菌的代谢活力，使系统反硝化脱氮能力增强。
一般认为，硝化细菌最适宜的生长温度为25-30摄氏度。当温度小于15摄氏度时硝化速度明显下降，硝化细菌活性也大幅降低。当温度低于5摄氏度时，硝化细菌的生命活动几乎停止。值得一提的是，有时即使低温状态下（低于5度），两系统的TN去除率也不会低于40%，这就说明低温时两系统主要依靠活性污泥中微生物的同化作用来脱氮。
3、温度对两种工艺除磷的影响
从实际状况来看，温度升高AAO工艺对磷的去除率相应提高，尤其是温度高于20摄氏度后，TP去除率趋于稳定。
这是因为生物除磷的关键是依靠聚磷菌的除磷活性，而温度增高，有利于增加聚磷菌的活性，提高磷的去除率。而AO工艺对磷的去除随温度变化的规律性不强，无明显相关性。这是因为AO工艺无厌氧段，不存在聚磷菌存活的条件，对磷的去除仅仅依靠微生物的同化作用，所以温度对此工艺微生物的同化作用影响不大。
三、进水C/N比对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、进水C/N比对两种工艺COD去除的影响
对于AAO工艺来说，无论C/N比值如何，COD的去除率基本保持稳定。有资料表明，大部分COD在厌氧区被聚磷菌利用合成为胞内储存物PHA，平均利用率在75%-85%之间，大约10%的COD进入缺氧区，几乎没有剩余的易生物降解有机物进入好氧区，因此该工艺可以实现进水碳源的充分利用，受有机物负荷冲击影响小。而C/N比对AO工艺COD的去除有一定的影响。通过济阳县污水处理厂数据来看，C/N比大于10后，随着C/N比增大，COD去除率有小幅度地降低，有机物负荷对系统产生了冲击。
2、进水C/N比对两种工艺脱氮的影响
A/O工艺随C/N比增大，TN去除率几乎成线性下降，有机物浓度对硝化过程产生率严重影响。这是因为硝化细菌是自养型细菌，有机物浓度不是它的生长限制因素，有机物浓度过高会使增殖速度快的异养型细菌迅速繁殖，优先利用了水中的氧，自养型细菌得不到优势，活性受到抑制，影响了硝化反应的进行。而在AAO工艺中，有实验数据表明，当进水C/N比从5增加到9时，TN去除率稳步上升，C/N比为8.9时，TN去除率高达83.2%，然而当C/N比从9增加到14时，TN的去除率不升反降。
在某一区间增长，TN去除率也随之稳步上升，但当C/N比增长至某一数值，且TN去除率达到最高后，TN的去除率随C/N比增长而下降。
主要原因与AO工艺相同，C/N比增加导致自养菌在系统中的数量越来越少，硝化效率降低，从而总氮去除率降低。有资料显示，在没有储存内碳源的情况下，实现完全反硝化的最小理论C/N比为2.86，但实际所需值远远大于此数。
3、进水C/N比对两种工艺除磷的影响
C/N比对AAO工艺除磷效果影响较大，实验数据表明，当进水C/N比从5增加到9时，TP去除率逐步增加。这主要是因为进水C/N比低时进水碳源不足，而回流污泥中含有大量硝酸盐，硝酸盐消耗了大量COD，从而导致厌氧区放磷不充分，系统除磷率降低。而当进水C/N比从9增加到14时，总磷的去除率下降，尤其是C/N比大于11时总磷去除率几乎成线性下降。
这是因为在相对较高的有机负荷时，进水中的有机物并不能在厌氧段被聚磷菌完全利用，而剩余的过量有机物会促进聚磷菌的生长，从而导致活性污泥中聚磷菌所占比例降低，影响除磷效果。进水C/N比对AO工艺除磷效果的影响不大，主要是因为AO工艺对磷的去除仅仅是通过微生物的同化作用，而C/N比对同化作用影响不大。
四、进水C/P比对AO、AAO脱氮除磷的影响
1、进水C/P比对两种工艺COD去除的影响
实验数据表明，AO工艺对COD的去除率随C/P比变化的规律性不强，无明显相关性，可见C/P比不是影响AO工艺有机物去除效果的主要因素。而对于AAO工艺来说，无论进水C/P比如何变化，其对COD的去除率都高于85%。
相关研究指出，高于79%的COD在厌氧区被消耗，用于合成细胞内部储存物PHA，而在缺氧区6%-11%的COD用于细胞生长和反硝化消耗，在好氧区几乎没有出现COD的消耗，因为细胞死亡后，细胞壁等难降解物质又进入混合液中，使COD增大。
2、进水C/P比对两种工艺脱氮的影响
C/P比对AO工艺脱氮效果的影响无明显规律，TN去除率上下波动幅度比较大。这可能是由于除C/P比之外的其他因素对AO工艺脱氮的影响胜于C/P比。
C/P比对AAO工艺脱氮效果影响不明显，尽管C/P比变化幅度较大，但TN去除率却相对稳定。这主要是因为一般污水C/P比比较高，过量的COD进入缺氧区会抑制磷的吸收，而在缺氧区C/N比总是高于实际需求的最小值，反硝化菌会利用过量的外碳源迅速进行反硝化，不影响TN的去除。
3、进水C/P比对两种工艺除磷的影响
在AAO工艺中，当C/P比低于80时，磷的去除率上下波动明显。当C/P比高于80时，磷的去除率稳定在85%以上，出水磷浓度小于0.5mg/L，系统对磷的去除率基本不再受其他因素影响，说明在AAO系统中进水C/P比高于80时，就可以实现稳定高效的出水水质。
这是由于高C/P比时，进水提供的碳源高于厌氧区释放磷所需的碳源量，因此磷的去除率较高。当C/P较低时，受COD的限制，聚磷菌吸磷能力下降，导致除磷效率低。对于AO工艺来说，C/P比对其除磷效果的影响无明显规律，这说明C/P比对微生物同化作用的影响不大。
【大气中氦气含量正在增加】
自从人类意识到它们作为能源的价值以来，在提取和燃烧化石燃料的过程中释放的二氧化碳 (CO 2 ) 导致了地球大气的重大变化。通常伴随 CO 2的是良性气体，例如可用于追踪此类排放的氦 (He)。
长期以来，科学家们一直推测大气中He 4（氦的同位素）的数量正在增加，因为它与天然气和其他碳氢化合物存在于相同的储层中。但迄今为止，测量结果相互矛盾且不精确。现在，研究人员已经开发出一种测量惰性气体的新方法，揭示了几十年前的难题。
斯克里普斯海洋研究所大气化学家和博士后研究员Benjamin Birner说：“通过我们的测量，我们第一次能够证明该理论实际上是正确的，即大气中的氦浓度正在增加。” .
这一新发现可以引导科学家更好地识别大气中 CO 2的来源，从而指导控制排放的政策。He 4的增加也引发了对其同位素伴侣He 3 以及潜在未发现的天然气储层的质疑，该储层是一些研究和商业行业的关键资源。
氦对与化石燃料
一些矿物质天然含有铀和钍。这些放射性元素经过数百万年衰变为稳定的元素，在此过程中释放出He 4。由于He 4 是一种惰性气体，它不易与其他元素结合，随着时间的推移会慢慢从其主体晶体中泄漏出来。地壳中的流氓氦在逃逸到大气之前向地表渗透。
“如果你的地质环境适合包含天然气，那么它可能也适合捕获氦气。”
在某些情况下，上升的气体被困在不透水的盖层之下。从埋藏的烃源岩中逸出的天然气也通过地下上升并与氦一起被困住。“当人类出现并从这些储层中提取气体时，他也被解放了。随着工业时代开始以来化石燃料使用量的增长，他应该充斥着大气。科学家们一直在寻找它。不幸的是，迄今为止，相互矛盾的数据混淆了大气中氦气长期上升的任何证据——一些研究测量了增加，而另一些研究显示几乎没有变化。
精确的He 4 测量
Birner 及其同事开发了一种计算He 4 的新方法，其精度高于以往任何研究。
首先，他们获得了样本。由于氦气的泄漏性质，空气样本难以储存，科学家不得不挖掘古老空气的创造性来源。过去的一项研究从化油器内部抽取空气并密封金属滚球游戏球。“氦不会通过金属扩散。所以你必须找到一些好的金属盒子，”洛林大学的地球化学家伯纳德马蒂说，他没有参与这项研究。自 1970 年代以来，Birner 及其同事将科学家们偶尔收集的金属罐中储存的气体用于其他实验。
然后，该小组测量了He 4 和氮 (N 2 )的比例随时间的变化。多年来，大气中的氮含量保持相对稳定；因此，样品之间比率的任何变化都表明He 4 的量发生了变化。根据这项研究，研究人员发现可追溯到 1974 年的空气样本中的He 4 显着增加——比地球自然过程的预期高出两个数量级。这一增长也大于商业和研究应用所释放的少量。
“我认为我们将更多地了解世界如何从氦气中运作。”
由于He 4 现在可以被精确测量并且明显增加，因此科学家可以追踪相关温室气体（如二氧化碳）的来源。4与煤炭和石油等其他化石燃料相比，天然气中的 He 浓度最高。Birner 说，通过测量空气样本中He 4 和碳的含量，科学家们希望确定有多少总排放量来自天然气燃烧，而不是汽车或燃煤电厂。
令人惊讶的是，对于地球的自然碳排放，科学家们还有很多需要了解。Marty 说，用氦气追踪碳的精确方法可以帮助他们确定有多少是大自然泵入大气的。
新数据解决了长期以来关于大气中He 4 的争论。“他们是伟大的测量，”马蒂说。但是，他补充说，它们提出了一个有趣的问题。
早期的研究，包括 Marty 及其同事的一些研究，调查了空气样本中He 3 与He 4 的比率，以获得大气中的He 4 浓度。He 3 是一种天然存在的氦的稳定同位素。可用的最精确的He 3/ He 4 测量表明，该比率在大气中随时间而变化。这项研究中的研究人员独立观察到He 4 增加的事实意味着He 3 也必须增加。
He 3他在地球上是稀有的；它主要是从我们星球形成过程中遗留下来的地幔水库中释放出来的。它也是由宇宙射线轰击、太阳风和星际气体以及制造核武器产生的。但这些来源都无法解释进入大气层的数量。“这个信号大约是地质通量的 10 倍，我们不知道如何解释这个额外的He 3 的来源，”Birner 说。
“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性。”
He 3 用于低温、核燃料和医学成像等应用。近几十年来，随着对世界供应的需求增加，它已成为一种稀缺资源。因此，未发现的He 3来源的前景很有趣。“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性，”Birner 说。“这在未来将变得更加重要，因为理论上核聚变反应堆可以在He 3 上运行。”
自从人类意识到它们作为能源的价值以来，在提取和燃烧化石燃料的过程中释放的二氧化碳 (CO 2 ) 导致了地球大气的重大变化。通常伴随 CO 2的是良性气体，例如可用于追踪此类排放的氦 (He)。
长期以来，科学家们一直推测大气中He 4（氦的同位素）的数量正在增加，因为它与天然气和其他碳氢化合物存在于相同的储层中。但迄今为止，测量结果相互矛盾且不精确。现在，研究人员已经开发出一种测量惰性气体的新方法，揭示了几十年前的难题。
斯克里普斯海洋研究所大气化学家和博士后研究员Benjamin Birner说：“通过我们的测量，我们第一次能够证明该理论实际上是正确的，即大气中的氦浓度正在增加。” .
这一新发现可以引导科学家更好地识别大气中 CO 2的来源，从而指导控制排放的政策。He 4的增加也引发了对其同位素伴侣He 3 以及潜在未发现的天然气储层的质疑，该储层是一些研究和商业行业的关键资源。
氦对与化石燃料
一些矿物质天然含有铀和钍。这些放射性元素经过数百万年衰变为稳定的元素，在此过程中释放出He 4。由于He 4 是一种惰性气体，它不易与其他元素结合，随着时间的推移会慢慢从其主体晶体中泄漏出来。地壳中的流氓氦在逃逸到大气之前向地表渗透。
“如果你的地质环境适合包含天然气，那么它可能也适合捕获氦气。”
在某些情况下，上升的气体被困在不透水的盖层之下。从埋藏的烃源岩中逸出的天然气也通过地下上升并与氦一起被困住。“当人类出现并从这些储层中提取气体时，他也被解放了。随着工业时代开始以来化石燃料使用量的增长，他应该充斥着大气。科学家们一直在寻找它。不幸的是，迄今为止，相互矛盾的数据混淆了大气中氦气长期上升的任何证据——一些研究测量了增加，而另一些研究显示几乎没有变化。
精确的He 4 测量
Birner 及其同事开发了一种计算He 4 的新方法，其精度高于以往任何研究。
首先，他们获得了样本。由于氦气的泄漏性质，空气样本难以储存，科学家不得不挖掘古老空气的创造性来源。过去的一项研究从化油器内部抽取空气并密封金属滚球游戏球。“氦不会通过金属扩散。所以你必须找到一些好的金属盒子，”洛林大学的地球化学家伯纳德马蒂说，他没有参与这项研究。自 1970 年代以来，Birner 及其同事将科学家们偶尔收集的金属罐中储存的气体用于其他实验。
然后，该小组测量了He 4 和氮 (N 2 )的比例随时间的变化。多年来，大气中的氮含量保持相对稳定；因此，样品之间比率的任何变化都表明He 4 的量发生了变化。根据这项研究，研究人员发现可追溯到 1974 年的空气样本中的He 4 显着增加——比地球自然过程的预期高出两个数量级。这一增长也大于商业和研究应用所释放的少量。
“我认为我们将更多地了解世界如何从氦气中运作。”
由于He 4 现在可以被精确测量并且明显增加，因此科学家可以追踪相关温室气体（如二氧化碳）的来源。4与煤炭和石油等其他化石燃料相比，天然气中的 He 浓度最高。Birner 说，通过测量空气样本中He 4 和碳的含量，科学家们希望确定有多少总排放量来自天然气燃烧，而不是汽车或燃煤电厂。
令人惊讶的是，对于地球的自然碳排放，科学家们还有很多需要了解。Marty 说，用氦气追踪碳的精确方法可以帮助他们确定有多少是大自然泵入大气的。
新数据解决了长期以来关于大气中He 4 的争论。“他们是伟大的测量，”马蒂说。但是，他补充说，它们提出了一个有趣的问题。
早期的研究，包括 Marty 及其同事的一些研究，调查了空气样本中He 3 与He 4 的比率，以获得大气中的He 4 浓度。He 3 是一种天然存在的氦的稳定同位素。可用的最精确的He 3/ He 4 测量表明，该比率在大气中随时间而变化。这项研究中的研究人员独立观察到He 4 增加的事实意味着He 3 也必须增加。
He 3他在地球上是稀有的；它主要是从我们星球形成过程中遗留下来的地幔水库中释放出来的。它也是由宇宙射线轰击、太阳风和星际气体以及制造核武器产生的。但这些来源都无法解释进入大气层的数量。“这个信号大约是地质通量的 10 倍，我们不知道如何解释这个额外的He 3 的来源，”Birner 说。
“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性。”
He 3 用于低温、核燃料和医学成像等应用。近几十年来，随着对世界供应的需求增加，它已成为一种稀缺资源。因此，未发现的He 3来源的前景很有趣。“人们曾考虑飞到月球上开采He 3。这就是资源的重要性，”Birner 说。“这在未来将变得更加重要，因为理论上核聚变反应堆可以在He 3 上运行。”
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