研究簡介

下水道系統(tǒng)是城市水基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，它收集和運輸住宅或工業(yè)廢水到處理和處置。根據(jù)污水系統(tǒng)的運行性質(zhì)，污水系統(tǒng)可分為充滿壓力的污水渠(厭氧)和部分充滿重力的污水渠，其中進(jìn)行再曝氣。硫化氫的產(chǎn)生和排放長期以來一直被認(rèn)為是下水道系統(tǒng)異味和腐蝕的主要原因。多年來科研人員大多數(shù)關(guān)于硫化物和甲烷的研究下水道的生產(chǎn)主要集中在下水道生物膜上。本論文研究主要就了重力式污水管沉淀物中硫化物和甲烷生產(chǎn)工藝，以及提出的模型來描述這些過程。沉積物從一個真正的重力下水道收集的污水，然后在實驗室里培養(yǎng)的模擬重力下水道條件的沉淀物反應(yīng)器。在一年多的時間內(nèi)實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)性能。通過微傳感器測試批量生產(chǎn)試驗獲得的沉積物中的硫化氫濃度及沉積物的孔隙水測量、沿沉積物深度的微生物群落剖面和詳細(xì)的數(shù)學(xué)模型，對沉積物中硫化物和甲烷的生產(chǎn)過程進(jìn)行了綜合評價。提出了相應(yīng)的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，并對預(yù)測下水道沉積物中硫化物和甲烷的產(chǎn)量進(jìn)行了校準(zhǔn)。

Unisense微電極研究系統(tǒng)的應(yīng)用

應(yīng)用unisense全自動微機(jī)械操作臂與微電極傳感器，記錄了沉積物中的溶氧DO、pH、H2S濃度梯度隨泥沙深度的變化，使用unisense的SensorTrace Pro軟件記錄沉積物中每個深度的傳感器信號（氧氣、pH、H2S）。每天在沉積物的不同位置測量15-20個剖面。獲得的H2S和pH剖面濃度計算獲得沉積物中總?cè)芙饬蚧?。并?yīng)用擴(kuò)散反應(yīng)模型計算了沉積物中硫化物的生成活性，擴(kuò)散系數(shù)等參數(shù)

實驗結(jié)果

以實驗室污水底泥為研究對象，研究了污水底泥中硫化物和甲烷的生成。主要結(jié)論如下：1.下水道沉積物是硫化物和甲烷的重要來源，硫化物和甲烷的面積產(chǎn)量分別大于和可與下水道生物膜相比。2.由于硫酸鹽的滲透限制，硫化物的生成發(fā)生在沉積物表面附近，而甲烷的生成也發(fā)生在離沉積物表面較近的地方，但由于可溶性有機(jī)物的滲透較深，與硫化物的生成相比，甲烷的生成區(qū)域要厚得多。硫酸鹽還原菌與產(chǎn)甲烷古菌的動力學(xué)差異決定了沉積物中微生物群落的分層和微生物活動。3.沉積物中硫化物和甲烷的產(chǎn)率可以用半階動力學(xué)方法很好地描述，它們分別與體積液相硫酸鹽和可發(fā)酵有機(jī)碳濃度有關(guān)。

圖1、應(yīng)用unisense微電極系統(tǒng)對沉淀物反應(yīng)器中的沉積物的溶氧，硫化氫以及pH等參數(shù)的測試原理圖以及相關(guān)的測試數(shù)據(jù)。

圖2、通過批量試驗確定實驗室內(nèi)污水底泥中硫化物和甲烷產(chǎn)率的變化培養(yǎng)階段。

圖3、模擬穩(wěn)態(tài)沉積物中總?cè)芙饬蚧锖土蚧锂a(chǎn)量狀態(tài);(b):在沉積物表面附近作剖面濃度分布圖。沉積物表面深度為0 cm。圖中所示的濃度剖面圖是第396天測量的6個剖面圖的平均值，誤差條顯示標(biāo)準(zhǔn)差。

圖4、硫酸鹽(a)、甲烷(b)、硫化物(c)、SRB和MA的相對組分(d)的實驗和模擬深度剖面;可發(fā)酵COD在沉積物中滲透剖面(e)的模擬結(jié)果。沉積物表面深度為0 cm。

圖5、(a)高硫酸鹽濃度對實驗室下水道沉積物中硫化物的面積產(chǎn)率的影響;(b)發(fā)酵COD濃度對實驗室污水底泥產(chǎn)甲烷率的影響。

總結(jié)

本論文研究了下水道沉積物中的污水底泥中的硫化物及甲烷的產(chǎn)生情況進(jìn)行了相關(guān)研究，有研究表明下水道中的污水生物膜會形成大量的硫化物和甲烷。研究中所收集的沉淀物來自重力下水道并在實驗室反應(yīng)器中培養(yǎng)，以實際廢水為原料，經(jīng)一年多的處理后獲得完整的沉積物。應(yīng)用uninsense微電極研究系統(tǒng)記錄了下水道沉積物中的溶氧DO、pH、H2S濃度梯度隨泥沙深度的變化的相關(guān)數(shù)據(jù)，從而獲得了沉積物的深度和數(shù)學(xué)模型揭示了硫化物的產(chǎn)生是發(fā)生在泥沙表面附近，表明了硫酸鹽的滲透深度是有限的，甲烷的產(chǎn)生發(fā)生在離沉積物表面更深的區(qū)域。從而提出了關(guān)于下水道沉積物的生物膜膜形成的經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，這對預(yù)測下水道沉積物中硫化物和甲烷的產(chǎn)量方面進(jìn)行了很好的校準(zhǔn)，為今后在研究下水道沉積物方面的相關(guān)研究提供了重要的理論支持，這說明unisense微剖面分析系統(tǒng)在城市下水道沉積物的相關(guān)研究中具有較好的應(yīng)用前景。