脉冲通气对污水管道有害气体的控制及生物群落演变规律

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城市污水管道系统和化粪池在运行过程中会产生硫化氢(H2S)、甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)等有害气体,这些气体将会导致恶臭、爆炸、中毒和环境污染等事件的发生。本文针对上述问题,探讨了将建筑排水立管与污水主干管直接相连的脉冲通气系统,基于完全混合式反应器,模拟实际的污水管道系统,探究了管道系统在不同的脉冲通气量下对有害气体的抑制效果及沉积物内生物群落结构的演替变化,并提出了通过改造化粪池内部构造来控制池内的有害气体聚集和直接排放,研究结果表明:(1)污水管道在厌氧环境下,当沉积物厚度和流速一定时,脉冲通气对污水管道内H2S、CO和CH4等有害气体的产生影响较大,其中脉冲大通气量(50%)对H2S、CO和CH4等气体的产生的抑制效果最好,其抑制率分别为54.3%、60%和30.3%。同时脉冲通气破坏了污水管道原有的厌氧微环境,促进了氧组分向液相的扩散,同时也提高了污水中的氧化还原电位(ORP),影响了硫酸盐还原菌和产甲烷菌的活性。脉冲小通气量(25%)下29.02%的硫酸盐还原过程被抑制,脉冲大通气量(50%)下33.6%的硫酸盐还原过程被抑制,同时使得污水中硫化物含量从0.753mg/L降低到0.578mg/L,这种抑制效果同脉冲通气量与SCOD消耗成负相关是相互关联的。(2)脉冲通气的通气量与生物群落的多样性成负相关。脉冲通气条件使得厌氧绳菌纲(Anaerolineae)、梭状芽胞杆菌纲(Clostridia)、甲烷微菌纲(Methanomicrobia)、甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等生物群落丰度降低,而拟杆菌纲(Bacteroidia)、β变形菌纲(Betaproteobacteria)、α变形菌纲(Alphaproteobacteria)等微生物群落丰度增加。这些微生物与污水管道系统内有害气体(H2S、CH4和CO等)的产生存在有密切的关系。在不同脉冲通气条件下沉积物内生物群落丰度存在有差异,脉冲大通气量使得甲烷微菌纲(Methanomicrobia)、β变形菌(Betaproteobacteria)、α变形菌纲(Alphaproteobacteria)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、梭状芽胞杆菌纲(Clostridia)等生物群落丰度在减少,而脉冲小通气量使得厌氧绳菌纲(Anaerolineae)、γ变形菌纲(Gammaproteobacteria)、甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等生物群落丰度在减少。(3)脉冲通气对沉积物内的硫酸盐还原菌,硫氧化菌和产甲烷菌的活性产生了影响。其中脉冲通气对硫酸盐还原菌和硫氧化菌的活性影响较大,脉冲通气使得Desulfobulbaceae、Desulfobulbus、Desulfomonile等菌落的活性被抑制,随着管道系统的长期运行菌落数在逐渐减少,而Desulfomicrobiaceae、Desulfobacteraceae、Desulfovibrio等菌落在脉冲通气条件下菌落数在逐渐增加。而对于产甲烷菌,通气抑制了Methanosaetaceae、Methanosaeta、Methanobacteriaceae等菌落活性,菌落数在减少。而Methanoregulaceae、Methanobrevibacter等菌落在脉冲通气条件下增殖,表明脉冲通气改变了产甲烷菌的内部结构,但总产甲烷菌群数却变化不大。(4)建筑排水立管在排水过程中引入的空气进入到化粪池内,对池内有害气体的排出和厌氧环境均未起到影响。通过在化粪池内增加导流板,让引入的空气流上下流动来促进有害气体的流动并改善流动死角,能够避免有害气体在顶部空间聚集。同时在化粪池末端增加无害化气体处理装置可达到借助排水立管引入到化粪池内的脉冲气流实现自动去除有害气体的效果。
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