低频率超声波辐射污水管道有害气体控制及生物膜结构研究

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硫化氢(H2S)会严重腐蚀污水管道从而造成管道漏损等问题,管道内滋生的大量厌氧生物膜是产生硫化氢的主要原因。本人新近提出的一种基于低频率超声波辐射污水管道系统,通过低频率超声波辐射处理破坏管道内生物膜以及化学氧化污水管道水相内的硫化物,从而实现有害气体控制的新型控制策略。本研究通过在实验室搭建的模拟实际污水管道的混合反应器系统以及批次连续间歇性试验,探明了低频率超声波辐射的最优条件,探究了低频率超声波辐射对于污水管道有害气体的控制效果;通过显微镜及流式细胞仪分析系统阐述了低频率超声波辐射条件下生物膜的物理结构特性、群落活性、粘附力的变化以及控制机制。研究结果如下:(1)综合考虑处理效率与经济性的影响因素下,基于响应曲面法优化得出最终的最优低频率超声波辐射处理运行参数为0.9 W/m L和20 min。(2)低频率超声波辐射可以有效控制污水管道气相空间内H2S的产生。与传统厌氧管道相比,低频率超声波辐射条件下,污水管道内溶解态硫化物的浓度降低96.9%,H2Sg浓度降低94.3%,硫酸盐转化率降低47.8%。低频率超声波辐射对污水管道内有害气体控制的效果显著。(3)低频率超声波辐射在一定程度上影响污水管道内污水水质。超声波辐射处理后污水管道污水的ORP水平在1~9 h内由-274.6 m V升高至51.3 m V,改变了污水的水质特性,趋于氧化性。低频率超声波辐射处理20 min后,污水中产生了大量的·OH,浓度达到了384.9±22.1μmol/L。这表明低频率超声波辐射可以改善污水管道中污水的厌氧环境,增加了硫化物的化学氧化。(4)低频率超声波辐射会对污水管道生物膜结构产生不利影响,改变污水管道管壁生物膜内菌群活性与厌氧微生物丰度。低频率超声波使污水管道内管壁生物膜由深黑紧密变得浅黑疏松,并且处理后仅剩生物膜骨架结构。生物膜内厌氧微生物的生理结构遭到严重破坏,膜内EPS被破坏而导致粘附力由-16.37±0.41 nN显著降低至-1.36±0.44 nN。这些表明低频率超声波辐射能够有效对污水管道管壁生物膜产生具有快速而强烈的的破坏效果,它能够作为环境友好型的间歇性控制污水管道有害气体控制策略。
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