一种控制排水系统中硫化物释放的方法与流程

1.本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种控制排水系统中硫化物释放的方法。


背景技术：

2.排水系统是城镇公共设施的重要组成部分，但管道中特定的环境易富集众多微生物如硫酸盐还原菌，从而在污水在输送过程中产生硫化氢，其不仅属于恶臭气体，而且还能腐蚀混凝土管道，给城镇公共设施带来巨大危害。
3.针对硫化氢释放带来的问题，各种药剂投加已成为国内外学者研究的重点，其中硝酸盐目前被广泛用于控制排水系统硫化物的释放，其主要机理分为两方面：(1)硝酸盐刺激硝酸盐还原硫化物氧化细菌(nr
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sob)生长，从而氧化硫化物；(2)刺激异养硝酸盐还原细菌(hnrb)繁殖，与硫酸盐还原菌(srb)竞争有机电子供体。但是之前jiang等人(jiang,g.,sharma,k.r.,and yuan,z.(2013)effects of nitrate dosing on methanogenic activity in a sulfide
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producing sewer biofilm reactor.water research,47(5),1783
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1792)研究表明硝酸盐对下水道中srb的抑制作用十分短暂，当硝酸盐耗尽后，污水中硫化物通过多硫化物迅速反弹，导致更严重的气味问题，因此需要持续投加大量的硝酸盐以控制排水系统硫化物，这将导致巨大的硝酸盐用量及运营成本。
4.此外，投加硝酸盐控制硫化物会消耗体系中的大量有机碳源，这可能会对下游污水处理厂的反硝化过程产生不利影响，所以在排水系统运行期间，还应考虑将碳源损失降至最低。因此，需要提出一种新型经济有效的控制策略来去除硫化物同时减少碳源损失。
5.最近，fida等研究发现硝酸盐和硝普钠(snp)在油田中具有很高的协同作用，可以抑制油田酸化(fida,t.t.,voordouw,j.,ataeian,m.,kleiner,m.,okpala,g.,mand,j.,and voordouw,g.(2018)synergy of sodium nitroprusside and nitrate in inhibiting the activity of sulfate reducing bacteria in oil
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containing bioreactors.frontiers in microbiology,9(may),1
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11.)。硝普钠是一种低成本且安全的心血管药物，用于治疗肺动脉高压，并且还被广泛应用于处理玉米，芦苇和小麦等农作物，鉴于snp的普遍用法，且其半衰期短，因此不会对健康和环境造成危害。但是，目前snp能否用于排水系统，亦或硝酸盐与snp的复合投加在排水系统中的应用知之甚少，对于联合投加的控制机理也尚不清楚，该应用技术值得尝试和探索研究。


技术实现要素：

6.本发明旨在解决现有技术中排水系统中采用硝酸盐处理硫化氢存在用量大，运营成本高，同时会造成碳源损失的问题，提供一种将硝酸盐与硝普钠联合投加，通过微生物作用解决排水系统的臭味问题，降低硝酸盐的投加用量，并且有效降低污水中有机碳源的损耗。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
8.一种控制排水系统中硫化物释放的方法，包括步骤：将硝酸盐与硝普钠混合后投加至排水系统中，实现控制硫化物释放的作用。
9.本方法的控制机理为：硝酸盐与硝普钠联合投加抑制异养反硝化过程，刺激自养硝酸盐还原硫氧化过程，从而在控制硫化物生成的情况下，大幅降低有机碳源损耗及硝酸盐用量。
10.优选地，所述硝酸盐的投料浓度为20mg n/l以上；所述硝普钠的投料浓度为15mg/l以上。
11.进一步优选地，所述硝酸盐的投料浓度为30mg n/l以上；所述硝普钠的投料浓度为20mg/l以上。
12.进一步优选地，所述硝酸盐的投料浓度为30
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100mg n/l；所述硝普钠的投料浓度为20
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40mg/l。
13.更进一步优选地，所述硝酸盐的投料浓度为30
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50mg n/l；所述硝普钠的投料浓度为20
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40mg/l。在该浓度下，可以最少的混合投加量，达到最佳的硫化物控制，并且还能减少有机碳源损失，低成本的情况下有效解决排水系统的臭味问题。
14.优选地，所述硝酸盐为水溶性硝酸盐。
15.优选地，所述硝酸盐包括硝酸钠、硝酸钾中至少一种。
16.所述的方法能够降低有机碳源的消耗。
17.本发明中提供的控制排水系统中硫化物释放的方法，通过硝酸盐与硝普钠联合使用，刺激以硫为电子供体的自养反硝化过程，进而控制排水系统硫化物的生成。而经试验研究发现，该方法不仅能够减少硝酸盐的用量，还能减少有机碳源损失，低成本的情况下有效解决排水系统的臭味问题。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
19.本发明中硝酸盐的投加量少，成本低；在相同控制效果下大幅减少硝酸盐用量，节约加药成本。且能够降低污水中有机碳源损耗；同时鉴于硝普钠已经在医学领域有大量用途，该方法是无健康危害的，适宜在实际生活中推广应用。
附图说明
20.图1为实施例1中单独投加硝酸盐前后硫化物(a)和cod周期末出水浓度的变化(b)。
21.图2为实施例2中单独投加硝普钠前后硫化物(a)和cod周期末出水浓度的变化(b)。
22.图3为实施例3中混合投加硝酸盐与硝普钠前后硫化物(a)和cod周期末出水浓度的变化(b)。
23.图4为实施例4中混合投加硝酸盐与硝普钠前后硫化物(a)和cod周期末出水浓度的变化(b)。
24.图5为实施例5中混合投药前后异养硝酸盐还原菌和自养硝酸盐还原硫化物氧化菌相对丰度变化。
具体实施方式
25.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换，而未脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围内。
26.以下具体实施方式中所采用的原料均购于市场，实施例中的硝酸盐选用价格实惠的硝酸钠。
27.排水系统反应器准备
28.实验在3个压力排水系统反应器中进行，反应器中污水每12小时完全更换一次。在投药处理之前，反应器已运行了8个月达到拟稳定状态，3个反应器中硫化物的生成速率相似；确保反应器中微生物和硫化氢的量基本一致且稳定。
29.分别向3个反应器投加不同浓度的硝酸盐、硝普钠、硝酸盐与硝普钠的混合物；每次投药在换水之后进行，并且每天测量硫化物与溶解性化学需氧量(cod)周期末的出水浓度，观察不同添加物、不同添加浓度对水中的硫化物的影响情况。
30.实施例1
31.在反应器1中单独添加硝酸盐，硝酸盐的浓度分别为40mg
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n/l、55mg
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n/l、65mg
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n/l、95mg
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n/l、100mg
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n/l，并检测硫化物和cod周期末的出水浓度，结果如表1和图1所示，图1中(a)为硫化物出水浓度的变化、(b)为cod周期末出水浓度的变化。
32.实施例2
33.在反应器2中单独添加硝普钠，硝普钠的浓度分别为10mg/l、20mg/l、40mg/l，并检测硫化物和cod周期末的出水浓度，结果如表2和图2所示，图2中(a)为硫化物出水浓度的变化、(b)为cod周期末出水浓度的变化。。
34.实施例3
35.在反应器3中，混合投加55mg
‑
n/l的硝酸盐和1mg/l、5mg/l、10mg/l、15mg/l、20mg/l的硝普钠，并检测硫化物和cod周期末的出水浓度，结果如表3和图3所示，图3中(a)为硫化物出水浓度的变化、(b)为cod周期末出水浓度的变化。
36.实施例4
37.在反应器3中，混合投加20mg/l的硝普钠和55mg n/l、40mg n/l、30mg n/l、20mg n/l的硝酸盐，并检测硫化物和cod周期末的出水浓度，结果如表3和图4所示，图4中(a)为硫化物出水浓度的变化、(b)为cod周期末出水浓度的变化。
38.表1实施例1中的反应器中硫化物和cod周期末出水平均浓度
[0039][0040]
表2实施例2中的反应器中硫化物和cod周期末出水平均浓度
[0041][0042]
表3实施例3
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4的反应器中硫化物和cod周期末出水平均浓度
[0043][0044]
从实施例1和实施例2中实验情况可以看出，数据如表1所示，当单独投加硝酸钠时，硝酸盐浓度为40mg
‑
n/l时，可以抑制16mg s/l硫化物的生成，只有当硝酸钠浓度达到100mg
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n/l时，反应器中硫化物的生成才可以得到完全抑制；
[0045]
而表2中数据可以看到，当单独投加硝普钠时，浓度从10mg/l逐渐增加到40mg/l，硫化物的出水浓度降低较为缓慢，硝普钠对硫化物的抑制效果并没有表现得更好，40mg/l硝普钠与40mg/l的硝酸盐对硫化物的控制效果相当。
[0046]
而在两者混合投加的实施例3和实施例4中，即表3中数据，当保持硝酸钠浓度在55mg
‑
n/l，逐渐增加硝普钠的投加浓度，当硝普钠到达20mg/l时，可以完全抑制反应器中硫化物的生成，cod出水浓度也到达200mg/l，效果良好；随即，发明人继续研究发现，当保持硝普钠浓度为20mg/l，逐渐降低硝酸钠的投加量，以获得最少成本的实验数据，发现，当硝普钠浓度降低至20mg
‑
n/l以下，反应器中的硫化物开始无法完全控制，硫化物出水浓度为5mg s/l，因此，综合成本来看，如混合投加，至少需要20mgn/l硝普钠与20mg
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n/l硝酸钠，这个量相对于现有技术中单独添加硝酸钠100mg
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n/l来比较，投加量大幅度降低，成本大大降低，单独投加硝酸盐后cod被大量消耗，而混合投加后cod出水浓度与进水相似，且混合投加在控制硫化物的同时也可以降低污水中的cod消耗。
[0047]
实施例5微生物情况分析
[0048]
以混合投加30mg n/l硝酸钠与20mg/l硝普钠后的反应器作为研究对象，采用16s高通量测序方法对反应器出水中的微生物异养硝酸盐还原菌和自养硝酸盐还原硫化物氧化菌进行观察，结果如图5所示，发现自养硝酸盐还原硫化物氧化菌增加，异养硝酸盐还原菌明显减少，说明该方法去除硫化物的同时能够减少排水系统中碳源的消耗。
[0049]
发明人尝试过其他的硝酸盐混合投加，如硝酸钾等，其结果与硝酸钠的情况类似。