【摘 要】
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污水管道产生的硫化氢(H2S)是导致管道腐蚀与臭味释放的主要原因,其控制技术逐渐受到人们的关注。本文提出一种基于铁基物质强化氧化去除污水管道H2S和抑制H2S产生的技术体系,该体系主体分为两个阶段,一阶段主要针对于污水管道生物膜量相对较低,H2S产生相对较少时,用于去除污水中已产生的H2S,具体为使用廉价废铁屑强化氧气氧化去除水相中的硫化物;二阶段主要针对污水管道生物膜量较高,H2S产生量较大,单
【基金项目】
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国家自然基金面上项目(51778523); 国家自然青年基金项目(52000416); 陕西省重点研发计划项目(2019ZDLSF06-04);
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污水管道产生的硫化氢(H2S)是导致管道腐蚀与臭味释放的主要原因,其控制技术逐渐受到人们的关注。本文提出一种基于铁基物质强化氧化去除污水管道H2S和抑制H2S产生的技术体系,该体系主体分为两个阶段,一阶段主要针对于污水管道生物膜量相对较低,H2S产生相对较少时,用于去除污水中已产生的H2S,具体为使用廉价废铁屑强化氧气氧化去除水相中的硫化物;二阶段主要针对污水管道生物膜量较高,H2S产生量较大,单纯氧化去除水中硫化物难以解决其液气界面散逸问题时,从灭活污水管道生物膜抑制H2S产生的角度出发,提出利用Fe2+活化过硫酸盐(Fe2+/PDS)强化氧化快速灭活污水管道生物膜,实现彻底抑制硫化物的产生。本文围绕上述两种技术体系开展实验研究,其主要结论如下:(1)实验结果表明,相比单独的曝气结果,废铁屑构建铁氧体系能有效强化去除水中硫化物,在曝气气水比为2、铁屑投加体积占比为1.25%时,水中硫化物的去除率可达79.3%,且气相中的H2S浓度降低了89.5%。在30d的长期试验周期里,铁氧体系均能将硫化物完全去除,且逸散的H2S浓度相比单独曝气降低了81.3%,控制效能稳定。铁氧体系作用下,运行中污水的p H提高至7.9,污水COD平均削减了32.5%,TP平均削减了23.6%,TN无显著影响。机理研究表明铁氧体系下硫化物的其主要去除路径为:通过氧气强化废铁屑内电解产生铁离子(Fe2+、Fe3+)能够直接沉淀去除硫化物,以及产生的铁离子能够催化氧气氧化硫化物。低p H环境下更有利于产生铁离子,高p H下更有利于硫化物的催化氧化,硫化物的主要生成产物为Fe S、S0、S2O32-。(2)Fe2+/PDS体系可有效在污水中灭活生物膜并控制硫化物的产生,研究结果显示,单次向反应器中投加Fe2+/PDS量1.5mmol,摩尔比为1,反应时间为20min,可将反应器硫化物出水浓度由约8mg/L降低到接近于0mg/L,随后其硫化物水平缓慢恢复,硫化物生成量恢复50%浓度约需要9天,完全恢复到投加药剂前的水平需要约13天。在反应器硫化物浓度恢复约50%进行半程控制,共控制四次,期间硫化物浓度恢复到50%的所需的天数分别为8、11、12、15天,说明多次投加Fe2+/PDS可以有效提高硫化物的恢复周期。(3)通过光学显微镜、电子显微镜(SEM)、三维荧光图谱、傅立叶红外光谱(FTIR)分析了Fe2+/PDS体系作用后的生物膜形貌、胞外聚合物(EPS)和官能团,结果显示Fe2+/PDS破坏了生物膜结构并降低了EPS含量,生物膜官能团出现显著变化;微生物群落分析表明,处理后的SRB丰度由4.1%降低到0.99%;进一步采用电子顺磁波谱图(EPR)分析Fe2+/PDS体系下产生的自由基主要是过硫酸根自由基(SO4·-)和羟基自有由基(·OH)。上述结果说明Fe2+/PDS体系产生强氧化性的过硫酸根自由基(SO4·-)、羟基自有由基(·OH)破坏生物膜结构并灭活其中的SRB,进而实现对硫化物生成的抑制作用。
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