【摘 要】
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长期处于厌氧状态下的化粪池沉积相是硫化氢(H2S)等危害性气体释放的重点源头之一,严重影响着城市空气环境质量并危及居民身体健康。投加铁盐能够有效抑制H2S产生,但铁盐的大范围工程应用经济消耗大,难以契合低碳降耗的时代发展要求。本文基于“废弃物资源化利用”的理念,以废铁屑作为Fe2+和Fe3+释放源,通过化学沉积硫化物(H2S、HS-、S2-)及抑制硫酸盐还原菌(SRB)活性为基本原理,提出了基于废
【基金项目】
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国家自然科学基金项目(52000146); 陕西省重点研发计划项目(2019ZDLSF06-04)
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长期处于厌氧状态下的化粪池沉积相是硫化氢(H2S)等危害性气体释放的重点源头之一,严重影响着城市空气环境质量并危及居民身体健康。投加铁盐能够有效抑制H2S产生,但铁盐的大范围工程应用经济消耗大,难以契合低碳降耗的时代发展要求。本文基于“废弃物资源化利用”的理念,以废铁屑作为Fe2+和Fe3+释放源,通过化学沉积硫化物(H2S、HS-、S2-)及抑制硫酸盐还原菌(SRB)活性为基本原理,提出了基于废铁屑投加的抑制化粪池沉积相硫化氢的技术方法。本研究搭建了双格化粪池模拟实验反应装置,设计废铁屑以“铁屑棒”的方式投加,首先通过实验探究其影响范围后,进一步设计实验方案进行长期实验。通过对比投加前、投加中和恢复阶段三个阶段的长期实验,研究了废铁屑投加作用下H2S的抑制效能与机理,探究了投加废铁屑下化粪池运行的响应特性。研究结果表明:(1)废铁屑投加能够有效抑制化粪池硫化物产生及其在气液界面散逸过程。在废铁屑投加条件下,化粪池前格和后格气态H2S(g)和溶解态硫化物平均浓度均有效降低,其中H2S(g)平均浓度分别降低了92.6%和82.5%,溶解态硫化物的平均浓度分别降低了45.6%和42.4%;在废铁屑实施投加后的36天内,化粪池气相空间几乎检测不到H2S(g),基本实现对H2S(g)释放的完全抑制。加入废铁屑的40天内,化粪池前格和后格污水SO42-平均浓度分别提高了29.4%和28.9%,说明废铁屑可抑制硫酸盐还原过程。废铁屑投加显著提高了化粪池污水和沉积相中的总铁含量,加入废铁屑15天,化粪池前格和后格污水二价铁平均浓度分别提升至1.9 mg/L和1.5 mg/L,三价铁平均浓度分别提升至0.9mg/L和0.8 mg/L,化粪池沉积物中的总铁浓度由3.4 mg/L升高至5.4 mg/L。(2)基于物化表征、微生物群落及生化特性分析研究了废铁屑抑制化粪池H2S产生的作用机制。表征结果表明废铁屑腐蚀释放的Fe2+和Fe3+会与硫化物发生化学反应生成不溶物Fe S,降低了硫化物浓度进而抑制其气液界面传质与释放过程。废铁屑投加对化粪池内硫酸盐还原菌(SRB)及硫氧化-硝酸盐还原菌(so NRB)物种丰度具有显著影响。结果表明,废铁屑作用下,以Desulfovibrio(脱硫弧菌属)为主的传统化粪池SRB优势菌属相对丰度显著降低,以Mycobacterium(分支杆菌属)为主的so NRB的相对丰度则明显增加,说明废铁屑能够同步抑制硫化物产生和强化硫化物的生物氧化过程。与此同时,研究发现废铁屑会导致微生物细胞活性和微生物胞外聚合物含量降低,破坏生物膜结构进而抑制了H2S的产生。(3)研究分析了废铁屑投加下化粪池运行的响应特性。结果表明废铁屑在一定程度上改变了微生物多样性及群落结构,进而影响化粪池污染物的转化过程。在水质方面,废铁屑投加初期导致化粪池前格和后格的溶解性化学需氧量(SCOD)分别提高11.4%和14.7%,氨氮类污染物质浓度无显著变化,总磷平均浓度分别从9.2 mg/L和8.5 mg/L降低至7.6 mg/L和7.7 mg/L,出水碳氮比及碳磷比小幅度提高,对后续污水脱氮除磷处理有一定积极作用。在沉积相方面,废铁屑投加能够提高沉积污泥的密实程度,降低污泥的含水率,说明投加废铁屑可适当延长化粪池清掏周期,且有助于后续污泥的稳定化处理。
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