来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2022/9/5 12:44:14
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FESE | 前沿研究:高效控制重力式下水道中硫化氢和甲烷的新方法:氢氧化钠和亚硝酸盐的组合使用

论文标题:New method for efficient control of hydrogen sulfide and methane in gravity sewers: Combination of NaOH and nitrite(高效控制重力式下水道中硫化氢和甲烷的新方法:氢氧化钠和亚硝酸盐的组合使用)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Zicong Zhao, Jing Yang, Zigeng Zhang, Sheping Wang, Zhiqiang Zhang, Jinsuo Lu

发表时间:15 Jun 2022

DOI:10.1007/s11783-021-1509-0

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原文链接(点击“阅读原文”直接获取)

https://journal.hep.com.cn/fese/EN/10.1007/s11783-021-1509-0

文章出版:Front. Environ. Sci. Eng. 2022, 16(6): 75

原文信息

题目:

New method for efficient control of hydrogen sulfide and methane in gravity sewers: Combination of NaOH and Nitrite

作者:

Zicong Zhao1, Jing Yang1, Zigeng Zhang1, Sheping Wang1,2, Zhiqiang Zhang1, Jinsuo Lu ()1

作者单位:

1 Xi’an University of Architecture and Technology, China

2 Xi’an Municipal Engineering Design & Research Institute Co. Ltd., China

通讯作者邮箱:

lujinsuo@xauat.edu.cn

关键词:

Sewer corrosion (下水道腐蚀);

Sulfide control (硫化物控制);

Combination treatment (混合处理);

NaOH (氢氧化钠);

Nitrite (亚硝酸盐)

文章亮点

• 氢氧化钠和亚硝酸盐的组合可用于控制下水道中的有害气体;

• 空间中的硫化氢和甲烷可减少96.01%和91.49%;

• 化学添加剂量对污水质量和温室效应的影响可忽略不计;

• 强力破坏生物膜可减缓有害气体的产生;

• 该方法的成本仅为 3.92 × 10–3 $/m3

研究背景

用于收集和输送污水的下水道系统是城市发展的重要基础设施.由于通风不良,污水管道中容易形成厌氧环境,这促进了管壁上生物膜和沉积物中硫酸盐还原菌(SRB)和产甲烷菌(MA)的生长?因此,污水系统中通常会产生大量的硫化氢(H2S)和甲烷(Methane),产生的硫化氢威胁着管道工人和周围居民的健康.所以控制管道中的硫化物至关重要,这不仅可以减缓对混凝土管道的腐蚀而且可以改善周围环境.但目前用氢氧化钠耦合亚硝酸盐控制有害气体的方法却鲜有报道,尤其是其在重力式下水道中的实际性能和控制持续时间有待研究.

文章简介

基于上述关键问题,本文为了控制重力式下水道中的硫化氢和甲烷产量,提出了一种创新的氢氧化钠(NaOH)与亚硝酸盐(Nitrite)联合处理方法(图1),克服了传统单一化学处理的缺点.结果表明,通过联合添加氢氧化钠与亚硝酸,硫化氢和甲烷的减少量分别为96.01%和91.49%.NaNO2消耗量下降42.90%,NaOH消耗率同样呈下降趋势.与单一使用亚硝酸钠相比,废水C/N比提高到约0.61 mg COD/mg N。同时,中间体N2O和残留甲烷的温室效应约为48.80 g CO2/m3,远低于无控制的(260 g CO2/m3).其次,通过化学添加剂可有效破坏生物膜,阻止其进入污水,降低了生物量,从而抑制了生物膜活性的恢复,可有效延长控制时间?硫化物生成率和硫酸盐还原率也分别降低了92.32%和85.28%.本研究进一步通过经济分析来评估该方法的成本经济效益.结果证实,与传统控制方法相比,该方法的成本仅为3.92 × 10–3 $/m3,这有机会成为重力式下水道中硫化物和甲烷控制的一种具有成本效益的新方法。

图1 文章摘要图

图2 反应器实验系统示意图

编委点评

污水管道系统中的硫化氢和甲烷严重影响自然和人类生活环境,且甲烷在污水管道中积聚可能会导致潜在的危险事故.该文章提出并分析了NaOH和Nitrite联合处理方法的实用性和经济可行性,并总结以下发现:

1.该方法可通过破坏生物膜进行对硫化氢和甲烷的长效控制.

2.减少亚硝酸盐的使用量,并为其提供替代方案?同时,硫化氢和甲烷产量的下降大大地减少环境污染.

3.因该方法的自身特性,可减少对污水管道环境和下游污水处理单元的影响.

4.具有成本效益的处理策略应得到高度重视,且逐步优化该方案的可行性及最佳投放比例.

编者 | 陈剑飞,张琳,李文豪

点评 | 薛锦凯

致 谢

薛锦凯,男,加拿大里贾纳大学工程学院环境系统工程系助理教授。主持里贾纳大学寒区水资源回收实验室(CRWRRL)。主要研究方向为新型水与污水处理及回用技术。课题组网站:http://uregina.ca/~jxv982/

陈剑飞,男,24岁,加拿大里贾纳大学工程学院2021级环境工程专业硕士生。导师为薛锦凯副教授。主要研究方向为固废渗透液处理再利用和电氧化处理新型污染物?目前以共同一作身份在Results in Engineering发表地热开采相关论文1篇,二作身份在《环境科学与工程前沿》上发表有关微塑料论文1篇。获得过萨斯喀彻温省研究创新奖学金,优秀毕业生奖等。

张琳,女,24岁,加拿大里贾纳大学工程学院2022级环境工程专业硕士生。导师为薛锦凯副教授。目前主要研究方向为固废渗透液处理再利用及水中杂质处理与降解。曾获得加拿大滑铁卢大学Dean’s Honour List荣誉表彰。

李文豪,男,加拿大里贾纳大学环境工程专业2021级本科生。CRWRRL本科科研实习生。

摘要

An innovative treatment method by the combination of NaOH and nitrite is proposed for controlling hydrogen sulfide and methane in gravity sewers and overcome the drawbacks of the conventional single chemical treatment. Four reactors simulating gravity sewers were set up to assess the effectiveness of the proposed method. Findings demonstrated hydrogen sulfide and methane reductions of about 96.01% and 91.49%, respectively, by the combined addition of NaOH and nitrite. The consumption of NaNO2 decreased by 42.90%, and the consumption rate of NaOH also showed a downward trend. Compared with a single application of NaNO2, the C/N ratio of wastewater was increased to about 0.61 mg COD/mg N. The greenhouse effect of intermediate N2O and residual methane was about 48.80 gCO2/m3, which is far lower than that of methane without control (260 gCO2/m3). Biofilm was destroyed to prevent it from entering the sewage by the chemical additives, which reduced the biomass and inhibited the recovery of biofilm activity to prolong the control time. The sulfide production rate and sulfate reduction rate were reduced by 92.32% and 85.28%, respectively. Compared with conventional control methods, the cost of this new method was only 3.92 × 10−3 $/m3, which is potentially a cost-effective strategy for sulfide and methane control in gravity sewers.

期刊简介

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

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