CN109626526A - 一种控制管道腐蚀和嗅味的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制管道腐蚀和嗅味的方法。该方法通过在含有腐蚀和嗅味问题的管道系统(如污水管道，雨水管道，中水管道等)中加入高铁酸盐，根据水流量和进水模式，确定高铁酸盐的投放量和投加频率。与现有技术相比，本发明的突出优点在于作用时间短，对于管道生物膜和嗅味有长期控制作用，使用间歇投加方式，投加用量少，运行管理简单，同时可以提高下游水处理设施除磷效果和厌氧消化污泥的脱水性能。

Description

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法

技术领域

本发明涉及管道防护领域，尤其是涉及一种控制管道腐蚀和嗅味的方法。

背景技术

城市管网是一项覆盖区域广阔，耗资巨大的重要市政基础设施。它作为城市供输水系统中不可或缺的一部分，承担着输水和供水的重要职责。他们的运行管理状况不仅直接影响城市水环境质量，也与人们的生活息息相关。管网的腐蚀和嗅味一直是世界各国广泛面临的问题，一方面管网腐蚀导致的管路损坏将给财政带来巨大的维修支出，其导致的管道穿孔，断裂会导致污水泄漏对于土壤和地下水造成污染，中国工程院调查结果表明，2008年我国因为腐蚀造成经济损失就高达1.2万至2万亿人民币。据统计美国每年针对排水管网的维修费用高达140亿元，其中绝大部分是因为管网腐蚀。另一方面，排水管网扩散出的挥发性物质也有强烈的嗅味和生化毒性，不但对管道工作者的生命构成威胁，也给周围居民的生活带来困扰。同时，排水管网中排放了大量的甲烷，甲烷是潜在的温室气体，从全球变暖潜力而言，甲烷的作用是二氧化碳的约21倍；由于爆炸极限较低(约为5％)，甲烷在密闭空间也存在安全风险。

目前我国正处于城市化进程迅速发展的时期，随着城市规模不断扩大，管网系统也迅速扩张。据统计，没有任何防腐措施的混凝土排水管网将以每年1-3mm的速度被腐蚀。同时，随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高，人们对生活环境质量的要求也越来越高。因此实现管网腐蚀和嗅味的有效控制，具有重要的经济意义、环境价值和社会意义。

排水管网腐蚀和嗅味问题主要是由管道上附着的生物膜内微生物的代谢活动引起的，目前针对管道腐蚀和嗅味去除的研究主要包括投加化学氧化剂(如硝酸盐)，碱等pH调节剂和注射空气、氧气等，但是这些投加措施只能控制已经形成的硫化物，对于产生嗅味的微生物活性并没有多大影响，因此需要连续投加较大剂量，药耗较大，运行管理也比较复杂。控制生物膜中微生物的生命活动是解决问题的关键。根据报道有几种杀菌剂在硫化物控制方面有良好的表现，戊二醛能完全抑制复杂生物膜中硫化物的形成，但是在60h后生物膜活性会恢复，19mg/L甲醛可以抑制90％的硫化物产生。硝酸盐和其他光谱杀菌剂(如戊二醛，溴硝醇，四羟甲基硫酸鏻，苯扎氯铵，可可二胺，甲醛)结合也能抑制硫化物产生。钼酸盐也可以作为硫酸盐还原抑制剂，在畜禽粪便处理系统和厌氧处理系统中都有被报道。然而这些杀菌剂由于本身带有毒性可能会对环境带来风险，而且这些物质在环境中不易降解。

因此开发一种能控制生物膜中微生物活性，减小投药频率，节约药耗，同时对环境无污染的投药策略具有十分重要的价值。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种快速高效、投入小且对环境无潜在风险的控制管网腐蚀和嗅味的方法。既能去除管道中现有的有毒有害气体(如硫化氢)，也能有效灭活微生物，抑制生物膜生长。根据投药后硫化氢产率恢复周期，采用间歇投加方式，有效降其投加频率，节省药剂成本和运行成本费用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，包括利用高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题。

高铁酸盐的作用浓度范围为10-200mg-Fe/L，实际投加浓度根据水质调整，投加时将对应量高铁酸盐直接投放入管道中，或者采用分步投加的方式。

优选采用2-3步等量投加，投加间隔为15-60min。此方式在不增加实际用量的情况下仅通过改变投加方式，能显著Fe(VI)对提高生物膜的灭活效率和有毒有害气体的去除，从而达到更好的控制腐蚀和嗅味的效果。

采用的高铁酸盐包括高铁酸钾，高铁酸钠等形式的高铁酸盐，包括已制备纯品或商购可得的高铁酸盐。

使用的高铁酸盐包括使用湿式氧化法和电解法制备的高铁酸盐溶液或经过分离纯化的固体。

利用高铁酸盐间断性地处理管道，在短期内往管道中投加高铁酸盐，经过5-40天，更优选的范围为10天-25天，然后再次利用高铁酸盐在短时间内处理排水管道。

可以将高铁酸盐添加至泵站、水井、检修口或管道中。

本方法还包括使用过氧化氢，所述高铁酸盐与过氧化氢同时存在，或利用在高铁酸盐处理后在利用过氧化氢处理，或在利用高铁酸盐处理前添加过氧化氢。

添加过氧化氢使其作用浓度范围为1-500ppm，更优选的范围为10-100ppm。过氧化氢和高铁酸盐有协同作用，相对于单个物质，共同作用能减少药剂用量，同时可增强对微生物的灭活作用。

还包括添加游离亚硝酸盐或在酸性条件下添加硝酸盐。游离亚硝酸盐被证实是一种性能优异的生物膜灭活剂，高铁酸盐与游离亚硝酸盐联用，不仅能减少高铁酸盐的用量，减少游离亚硝酸的作用时间和用量，还能获得更高的微生物灭活效果。

在高铁酸盐处理后用游离亚硝酸盐对排水管网处理。

将亚硝酸盐和酸添加至管道环境中。添加酸使管道环境pH为2-7，亚硝酸盐在酸添加之后、之前或同时加入，游离亚硝酸盐浓度至少达到0.05mg-N/L。

还包括添加碱性物质，在使用高铁酸盐处理排水管网以后添加碱性物质。投加碱是常用的控制微生物活性和减少硫化氢散溢的投加方式，与高铁酸盐联用能增强微生物控制效果和减少作用时间。

添加碱性物质使环境pH大于9，能够采用的碱性物质包括氢氧化钠，氢氧化钾。

与现有技术相比，本发明不仅能够去除管道内硫化氢，还能抑制细菌活性，导致硫化物减少。在极短的作用时间内能明显降低管道内生物膜中的微生物活性和硫化物浓度，并且需要硫化物产生需要较长的恢复期。因此利用高铁酸盐间歇投加方式是一种经济有效的控制排水管网腐蚀后嗅味的策略，具有极佳的应用前景。

附图说明

图1为恢复期硫化氢和甲烷产生相对速率图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

利用高铁酸钾进行生物膜灭活的实验，按以下方法进行：

下水道模拟反应器构建及生物膜培养：构建排水管道模拟系统，反应器呈圆柱形，直径为10cm，高20cm，有效体积为1L。反应器上方连通一小水箱保证气密性，反应器设有取样口，pH计安装口等。反应器内挂有3串直径约为1cm的塑料载体。管道生物膜将附着在反应器内壁及塑料载体上，塑料载体可取出，以进行生物膜样本分析。以实际市政污水接种并培养管道生物膜，用蠕动泵进水，采用间歇进水模式，进水时间为2分钟，进水量为1L，进水间隔为6h，以模拟排水管道中的真实进水流量。用磁力搅拌器对反应器内污水进行搅拌，搅拌速率为200rpm，以模拟管网水流产生的剪切力。利用间歇实验每隔两周检测生物膜产H2S的速率直至保持相对稳定，代表生物膜到达假稳态。

高铁酸盐灭活生物膜实验：取44mL 0.22微米滤膜过滤的污水装入50ml离心管，将一个附载了生物膜的塑料载体置于其中。溶解特定质量高铁酸钾于0.005M Na₂HPO₄/0.001Mborate缓冲溶液中，使其浓度为1g-Fe/L，据文献报道，高铁酸盐溶液在该溶液中最稳定，且每次使用前现配现用。取9ml高铁酸钾溶液分三次置于离心管中每次投加3mL，每次间隔20min，最终使其浓度为180mg-Fe/L，盖上管盖，保持整个管内厌氧且没有气泡。

将离心管置于振荡箱中以100rpm转速温和振荡15min，然后将塑料载体取出，放入装有3ml过膜污水的离心管中，用涡旋振荡器剧烈混合振荡5min，将生物膜从塑料载体上剥离分散至水中。

在2ml塑料离心管加入3ul SYTO-9和PI混合溶液(SYTO-9：PI为1:1)，转移含有生物膜的悬浮液200ul到其中，将试管在室温(20℃)的黑暗环境中孵育15分钟，使染色反应完成，反应完成后吸取5ul滴在载玻片上，使用荧光显微镜拍摄具有染色生物膜样品的显微镜载玻片。每个样本随机选取20个图像，通过确定绿色和红色像素的相对面积来对活的和死的微生物进行定量。像素面积计数使用DAMIN完成。假定绿色荧光对总荧光(红色+绿色荧光)得百分比等于生物膜中活细胞占总细胞(存活+死亡)的百分比。

经过计算得，对照组活细胞比例为83％，经过Fe(VI)处理后其活细胞比例仅为17.6％。由此可以看出高铁酸钾对于生物膜具有良好的杀菌效果。与其他广泛报道的生物膜灭活剂相比，本药剂作用时间短，且对微生物灭活效果良好，因此既保证了腐蚀和嗅味控制效果，又能大大缩减了药剂所需量和简化投药步骤和管理措施。

实施例2

在模拟管道系统中直接投放高铁酸盐固体，测定其对生物膜的影响和嗅味去除效果，按以下方法进行：

模拟管道系统以及生物膜的培养同实例一所述，待生物膜达到假稳态，即可以开始进行投药实验，实验操作如下：

启动蠕动泵十分钟，将5L水泵入反应器，使其将反应器内原有的水完全排出。立即从加药孔中投入特定质量的高铁酸钾固体，使其浓度为60mg-Fe/L，20min和40min后再次加入相同质量的高铁酸钾，一共投药三次，1小时后泵入新鲜污水1L，将含有高铁酸钾的水排出，进行生物膜重新恢复生长阶段，每隔2-14天测试硫化氢产生速率。

实验结果如下：从图1可知，投入高铁酸钾后，其硫化氢产生速率和甲烷产生速率几乎降低为零，说明其相应微生物生命活动收到了影响。联合生物膜灭活实验可知，高铁酸盐使其中大部分微生物灭活，其中也包括产生硫化氢的硫酸盐还原菌。投药后硫化氢速率开始逐渐恢复，在10天后其速率恢复50％，甲烷恢复较慢。用Gompertz growth equation拟合恢复阶段，很明显符合微生物再生长模式，由此可以发现在投加了高铁酸盐后，对微生物有致死作用，中断了其产硫化氢活动，并且其恢复期较长，因此可以通过间歇投加高铁酸盐，持续控制下水道生物膜的新陈代谢活动和硫化氢含量，进而达到腐蚀和臭气控制的效果。

实施例3

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，利用高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题，本实施例中采用的高铁酸钾，作用浓度为10mgFe/L，实际投加浓度根据水质调整，投加时将对应量高铁酸钾直接投放入管道中。

利用高铁酸钾间断性地处理管道，在短期内往管道中投加高铁酸钾，经过5天，再次利用高铁酸钾在短时间内处理排水管道。

实施例4

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，利用高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题，本实施例中采用的高铁酸钾，作用浓度为200mgFe/L，实际投加浓度根据水质调整，投加时采用3步法等量投加，此方式在不增加实际用量的情况下仅通过改变投加方式，能显著Fe(VI)对提高生物膜的灭活效率和有毒有害气体的去除，从而达到更好的控制腐蚀和嗅味的效果，将对应量的高铁酸钾添加至泵站、水井、检修口或管道中。

除此之外，本实施例中还投加有过氧化氢，高铁酸钾与过氧化氢同时存在，或利用在高铁酸钾处理后在利用过氧化氢处理，还可以在利用高铁酸钾处理前添加过氧化氢，本实施例中过氧化氢与高铁酸钾同时加入，添加量为10ppm，过氧化氢和高铁酸盐有协同作用，相对于单个物质，共同作用能减少药剂用量，同时可增强对微生物的灭活作用。

在高铁酸盐处理后用游离亚硝酸盐对排水管网处理，添加酸使管道环境pH为2-7，亚硝酸盐在酸添加之后、之前或同时加入，游离亚硝酸盐浓度至少达到0.05mg-N/L。

实施例5

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，利用高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题，本实施例中采用的高铁酸钠，作用浓度为100mgFe/L，实际投加浓度根据水质调整，投加时采用2步法等量投加，此方式在不增加实际用量的情况下仅通过改变投加方式，能显著Fe(VI)对提高生物膜的灭活效率和有毒有害气体的去除，从而达到更好的控制腐蚀和嗅味的效果，将对应量的高铁酸钠添加至泵站、水井、检修口或管道中。

利用高铁酸钠间断性地处理管道，在短期内往管道中投加高铁酸钠，经过10天，再次利用高铁酸钠在短时间内处理排水管道。

除此之外，本实施例中还投加有过氧化氢，利用高铁酸钠处理后在利用过氧化氢处理，添加量为100ppm，过氧化氢和高铁酸盐有协同作用，相对于单个物质，共同作用能减少药剂用量，同时可增强对微生物的灭活作用。

在高铁酸盐处理后用游离亚硝酸盐对排水管网处理，在高铁酸盐处理后将亚硝酸盐添加至pH值为2-7范围内的下水道中，至少达到0.05ppm的游离亚硝酸盐。

还包括添加碱性物质氢氧化钠，在使用高铁酸盐处理污水管网以后添加氢氧化钠。投加氢氧化钠是常用的控制微生物活性和减少硫化氢散溢的投加方式，与高铁酸盐联用能增强微生物控制效果和减少作用时间。添加氢氧化钠使环境pH大于9。

实施例6

一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，利用高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题，本实施例中采用的高铁酸钠，作用浓度为80mgFe/L，实际投加浓度根据水质调整，投加时采用2步法等量投加，此方式在不增加实际用量的情况下仅通过改变投加方式，能显著Fe(VI)对提高生物膜的灭活效率和有毒有害气体的去除，从而达到更好的控制腐蚀和嗅味的效果，将对应量的高铁酸钠添加至泵站、水井、检修口或管道中。

利用高铁酸钠间断性地处理管道，在短期内往管道中投加高铁酸钠，经过40天，再次利用高铁酸钠在短时间内处理排水管道。

除此之外，本实施例中还投加有过氧化氢，在利用高铁酸钠处理前添加过氧化氢，添加量为500ppm，过氧化氢和高铁酸盐有协同作用，相对于单个物质，共同作用能减少药剂用量，同时可增强对微生物的灭活作用。

在高铁酸盐处理后用游离亚硝酸盐对排水管网处理，在高铁酸盐处理后将亚硝酸盐添加至pH值为2-7范围内的下水道中，至少达到0.05ppm的游离亚硝酸盐。

还包括添加碱性物质氢氧化钾，在使用高铁酸盐处理排水管网以后添加氢氧化钾。投加氢氧化钾是常用的控制微生物活性和减少硫化氢散溢的投加方式，与高铁酸盐联用能增强微生物控制效果和减少作用时间。添加氢氧化钾使环境pH大于9。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，该方法通过向管道系统中投放浓度为10-200mg-Fe/L的高铁酸盐处理管道腐蚀和嗅味问题。

2.根据权利要求1所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，所述高铁酸盐采用一次性投放，或者分步投加的方式加入到管道系统中，优选采用2-3步等量投加，投加间隔为15-60min。

3.根据权利要求2所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，利用高铁酸盐间断性地处理管道，利用高铁酸盐在短期内往管道中投加高铁酸盐，经过5-40天，更优选的范围为10天-25天，然后再次利用高铁酸盐在短时间内处理排水管道。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，所述高铁酸盐包括但不限于高铁酸钾或高铁酸钠。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，将高铁酸盐添加至泵站、水井、检修口或管道中。

6.根据权利要求1所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，还包括向管道中加入过氧化氢，所述过氧化氢在添加高铁酸盐的同时加入，或者用在高铁酸盐处理后在利用过氧化氢处理，或在利用高铁酸盐处理前添加过氧化氢。

7.根据权利要求6所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，添加的过氧化氢的浓度1-500ppm，优选的范围为10-100ppm。

8.根据权利要求1所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，还包括在高铁酸盐处理后用游离亚硝酸盐对管道系统处理。

9.根据权利要求8所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，将亚硝酸盐和酸添加至管道环境中，添加酸使管道环境pH为2-7，亚硝酸盐在酸添加之后、之前或同时加入，游离亚硝酸盐浓度至少达到0.05mgN/L。

10.根据权利要求1所述的一种控制管道腐蚀和嗅味的方法，其特征在于，还包括在使用高铁酸盐处理管道系统以后添加碱性物质，使环境pH值大于9，优选pH值的范围为9-13，加入的碱性物质为苛性钠或氢氧化钾。