硝酸盐复合投加控制排水系统硫化物的试验研究

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排水系统中硫化氢释放引发的恶臭问题是当前公众投诉最多的环境问题之一,对此,液相控制方法已成为国内外学者研究的重点,其中,硝酸盐作为有效的控硫药剂被广泛应用。但是,目前硝酸盐控硫仍存在一定的局限性,一方面,硝酸盐耗尽后硫化物浓度会快速反弹,导致更严重的恶臭问题。另一方面,污水中的有机碳源会被体系中异养反硝化细菌显著消耗,从而降低污水处理过程中的反硝化效果。此外,硝酸盐投加可能会导致一氧化二氮(N2O)的大量生成。因此,针对以上问题,亟需探索出一种新型的排水系统控硫策略。本文以硫化物为研究对象,利用排水管道反应器,系统的研究了一般因素对硝酸盐控硫效果的影响,为实际加药策略提供了指导。同时,评估了复合投加硝酸盐与硝普钠控制硫化物的新型投加策略,解决了硝酸盐与有机碳源损耗量过大的问题。此外,提出了硝酸盐与过氧化钙复合投加的控硫策略,探讨了间歇性复合投药的实际应用潜力。主要研究结论如下:(1)在不同C/S比(溶解性有机碳/硫化物)的工况下,以相同N/S比(硝酸盐/硫化物)投加硝酸盐后,硫化物的反弹现象不同。在高碳硫比工况下,硫化物的反弹现象更为明显,大部分硫酸盐通过异化性硫酸盐还原途径直接快速还原为硫化物。相比之下,在低碳硫比工况下,硫酸盐则通过同化性硫酸盐还原途径被还原成硫化物。此外,随着氮硫比增加,液相中有机碳源的消耗速率也随之升高。有机碳源浓度较高时更有助于富集异养反硝化细菌,从而导致体系中硝酸盐与有机碳源的消耗速率较快。(2)复合投加硝酸盐与硝普钠(SNP)可显著抑制硫化物的生成。硝酸盐与SNP具有很强的协同作用,与常规单独投加硝酸盐相比,硝酸盐与SNP复合投加可以节省70%左右的硝酸盐用量,同时可以减少约80%的有机碳源损失。通过微生物种群分析发现,硝酸盐和SNP的组合极大的刺激了自养硝酸盐还原-硫氧化菌(NR-SOB)的活性,尤其是Arcobacter和Sulfurimonas菌属,然而,异养硝酸盐还原细菌(h NRB)的相对丰度被大幅削弱。因此,大部分硝酸盐被自养NR-SOB用于控制硫化物而非被h NRB利用进行反硝化。同时,硝酸盐和SNP促进了异化性硝酸盐还原过程(DNRA),该过程利用硫化物作为有效的电子供体进行硝酸盐还原。此外,经济评估结果表明,与单独使用硝酸盐控硫相比,硝酸盐与SNP复合投加策略可降低约35%的投加成本。(3)复合投加硝酸盐和过氧化钙(CaO2)也可协同控制硫化物的生成。投加硝酸盐和CaO2后,极大地刺激了Rhodobacteraceae gen.为主的NR-SOB菌属,参与缺氧条件下硝酸盐为电子受体的硫化物氧化过程。同时,CaO2溶于水形成的碱性条件与氧气共同作用,进一步抑制了硫酸盐还原菌的活性,因此,间歇性投加硝酸盐和CaO2在控硫方面是可行的。另一方面,复合投加硝酸盐和CaO2可以使体系中总全球变暖潜能值降低近90%,从而减少温室气体排放的影响。经济评估结果表明,间歇性复合投加控硫的投药成本比单独使用硝酸盐控硫的成本低约84%,因此,间歇性复合投加硝酸盐和CaO2是控制排水系统中硫化物生成的有效且经济的方法。
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