CN110697982B - 一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统及其运行方法。该系统包括零价铁硫转化系统和升降系统，所述升降系统上端固定在污水井盖下方，下端连接零价铁硫转化系统，所述升降系统包括固定钩、滑轮组、钢索、两块三角铁、钢管鱼骨收线器，固定钩竖直焊接在钢管鱼骨收线器的正下方，滑轮组中上挂钩滑轮悬挂在固定钩上，沿竖直方向钢索从上挂钩滑轮的固定端引出后，依次缠绕于普通滑轮、上挂钩滑轮和下挂钩滑轮后固定于钢管鱼骨收线器上，下挂钩滑轮下悬挂零价铁转化系统；所述零价铁转化系统位于污水水面下方靠近污泥处。本发明系统结构简单通过零价铁硫转换系统中的蜂窝强电磁单片上的零价铁粉实现硫的转化，转化率高，并且对环境无污染。

Description

一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统及其运行 方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统及其运行方法。

背景技术

近年来，市政污水管道硫化氢（H₂S）释放问题引起了的国内外的广泛关注，已成为环境研究领域的研究热点。市政污水管道腐蚀每年带来的经济损失高达数十亿美元，其中H₂S释放引起的腐蚀已经成为污水管道腐蚀最主要的成因之一。而且H₂S的毒性也是不容忽视的巨大问题。随着我国城市化进程加快，目前，我国市政排水管网总长达到51万公里，因此，研究市政污水管道H₂S控制具有重要的科学意义和实际经济需求。

在市政污水管道底部厌氧区，SO₄ ^2-首先被硫酸盐还原菌（SRB）还原为硫化物（S^2-），S^2-再与水中的氢离子（H⁺）结合产生H₂S逸出。市政污水管道起运输污水到污水处理厂的作用，想要实现H₂S收集十分困难，因此，从污水中S^2-产生和转化着眼来解决H₂S的释放问题就十分具有现实意义。传统方法是向污水管道中加入杀菌剂（如次氯酸钠、钼酸盐）、强碱、金属离子等化学药剂，通过SRB的灭活、提高pH、沉淀S^2-等方式抑制、消除S^2-，优点是效果迅速，但是成本较高，难以大规模利用。近年来，利用生化法将污水管道中的S^2-转化为其它化合形态的方法已成为研究热门。硝态氮（NO₃ ^-/NO₂ ^-）和氧气（O₂）是控制污水管道S^2-常用的电子受体。通过调控电子受体的投加剂量，S^2-可被污水管道中的反硝化细菌转化为单质硫（S⁰）。这种方法的优点是覆盖面大，但是缺乏适用性强的“点源”性转化技术。

零价铁（ZVI）是近年来新兴的水污染修复技术，在毒性污染物和重金属治理等方面有光明的应用前景。本发明利用ZVI作为“固定”电子受体，在厌氧条件下可结合水中的H⁺产生Fe²⁺，Fe²⁺具有较强的还原性，可与废水中S^2-组分发生氧化还原反应生成FeS沉淀。达到了调控污水中S^2-的目的，为解决污水管道“点源”性S^2-的控制打开了突破口。并且ZVI成本低廉，操作简便，无二次污染。

发明内容

针对于连续产生S^2-浓度较高的污水管道节点，则缺乏适用性强的“点源”性转化技术的问题，本发明的目的在于提供一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统及其运行方法，本发明利用ZVI填料做“固定”电子受体来连续转化污水管道中的S^2-的工艺思路，为市政污水管网中产生S^2-浓度较高的关键点位进行强化控制，该系统结构简单、硫转化效果好，对环境无污染。

一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统，包括零价铁转化系统和升降系统，所述升降系统上端固定在污水井盖下方，下端连接零价铁转化系统，所述升降系统包括固定钩、滑轮组、钢索、两块三角铁、钢管鱼骨收线器，所述两块三角铁对称地铆接于管壁两侧，所述钢管鱼骨收线器的两端分别插入三角铁的中通过铆钉固定，所述固定钩竖直焊接在钢管鱼骨收线器的正下方，所述滑轮组包括上挂钩滑轮、普通滑轮、下挂钩滑轮和钢索，所述上挂钩滑轮悬挂在固定钩上，沿竖直方向钢索从上挂钩滑轮的固定端引出后，依次缠绕于普通滑轮、上挂钩滑轮和下挂钩滑轮后固定于钢管鱼骨收线器上，所述下挂钩滑轮下悬挂零价铁转化系统；所述零价铁转化系统位于污水水面下方靠近污泥处，包括外壳、蜂窝强磁铁组、零价铁粉，所述外壳由五片表面打孔的不锈钢钢板拼接成缺一侧面的正方体箱体，所述正方体箱体内通过卡扣固定的蜂窝强磁铁组，所述蜂窝强磁铁组由表面均匀附着零价铁粉的蜂窝强电磁单片竖直排列组成。

作为改进的是，所述钢管鱼骨收线器主体为不锈钢钢管，以钢管中心点为起始点在钢管右侧每5cm等间距的焊接6组螺钉作为鱼骨，便于固定钢索，不锈钢钢管上螺钉焊接处末端的右侧10cm处设有凹槽，所述凹槽深度为不锈钢钢管管径的1/3，便于收放钢索。

作为改进的是，所述蜂窝强磁组是由长600 mm宽5mm厚度10mm的蜂窝状强磁片拼接成。

作为改进的是，所述卡扣为带孔的两块不锈钢板制成的，所述孔中设有松紧螺母。

作为改进的是，所述零价铁硫转化系统与管道垂直，并且位于污水水面下方靠近污处。

上述原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统的运行方法，包括以下步骤：安装污水井盖、升降系统和零价铁硫转化系统，市政污水管道中的含SO₄ ^2-污水被市政污水管道底部污泥中的硫酸盐还原菌还原成S^2-,然后通过零价铁硫转化系统与Fe²⁺结合生成FeS沉淀，通过水力冲刷与装置分离；通过升降装置调整零价铁硫转化系统的位置，使得零价铁硫转化系统位于污水面下方且靠近淤积污泥处，完成污水的净化。

有益效果：

1、本发明蜂窝强电磁组采用嵌入式结构，由12块强磁铁制成的波纹板竖直对称固定于上下带卡扣的外壳制成，利于电磁片的固定和方便更换零价铁粉；

2、本发明蜂窝强电磁片采用蜂窝状并对称嵌入，为的是增大接触面积使S^2-与零价铁粉充分反应，且蜂窝强磁片两两之间具有空隙，污水流入其中能够形成对流，使反应进行的更加充分；

3、由于下水道污水流动情况复杂，污水中往往夹杂许多较大的杂物，容易堵塞蜂窝强电磁组的进水口使反应不能理想的进行，本发明设计了表面打孔的不锈钢外壳，可以过滤污水中一部分较大的固体，也保护了脆弱的蜂窝强电磁组使其不受磕碰；

4、本发明处于污水水面下方靠近污泥处避免了零价铁与空气反应被氧化，保证了装置处于厌氧环境，使装置能够稳定运行。

附图说明

图1为本发明实施例1系统的结构示意图，其中，1-污水井盖，2-三角铁，3-钢管鱼骨收线器，4-固定钩，5-滑轮组，6-零价铁转化系统，9-上挂钩滑轮，10-普通滑轮，11-下挂钩滑轮，12-钢索；

图2为本发明系统中三角铁的三视图，其中，（a）为侧视图（b）为正视图，（c）为俯视图；

图3为本发明系统中不锈钢外壳的三视图，其中，（a）为外壳正面，（b）为外壳侧面，（c）为外壳俯视图；

图4为本发明系统中零价铁转化系统的内部蜂窝强电磁片的视图；（a）为进水面视图， 7-卡扣，8-蜂窝强电磁单片，13-外壳；（b）为蜂窝强电磁单片正视图，；

图5为零价铁转化装置立体视图；

图6为污水流速为0.6 m/s条件下，不同粒径的零价铁粉，对硫的转化率的影响情况；

图7为污水流速为0.8m/s条件下，不同粒径的零价铁粉，对硫的转化率的影响情况；

图8为污水流速为1.0m/s条件下，不同粒径的零价铁粉，对硫的转化率的影响情况；

图9为卡扣的结构图，其中，（a）为整体图，（b）为螺母，（c）为卡扣外壳。

具体实施方式

实施例1

一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统，包括零价铁硫转化系统6和升降系统，所述升降系统上端固定在污水井盖1下方，下端连接零价铁硫转化系统6，所述升降系统包括固定钩4、滑轮组5、钢索、两块三角铁2、钢管鱼骨收线器3，所述两块三角铁2对称地铆接与管壁两侧，所述钢管鱼骨收线器3的两端分别插入三角铁2的中通过铆钉固定，钢索缠绕在螺钉之间的空隙中，完成固定装置的作用；所述固定钩4竖直焊接在钢管鱼骨收线器3的正下方，所述滑轮组5包括上挂钩滑轮9、普通滑轮10、下挂钩滑轮11和钢索12，所述上挂钩滑轮9悬挂在固定钩4上，沿竖直方向钢索12从上挂钩滑轮9的固定端引出后，依次缠绕于普通滑轮10、上挂钩滑轮9和下挂钩滑轮11后固定于钢管鱼骨收线器3上，所述下挂钩滑轮11下悬挂零价铁硫转化系统6；所述零价铁硫转化系统6位于污水水面下方靠近污泥处，且包括外壳13、蜂窝强磁铁组和零价铁粉，所述外壳13由五片表面打孔的不锈钢钢板拼接成缺一侧面的正方体箱体，所述外壳13内通过卡扣7固定的由蜂窝强电磁单片8组成的蜂窝强磁铁组，所述卡扣7分别位于外壳13内的顶面和底面上，其中，卡扣如图9所示，是由两块不锈钢夹板组成，且中间打孔，孔中安置松紧螺母。

所述蜂窝强电磁单片8的表面上均匀附着零价铁粉。增加了比表面积使反应更加迅速，蜂窝强电磁单片竖直排列固定在外壳内的顶面和底面之间，与水流方向平行，在增大与污水的接触面积同时，单片之间蜂窝状空间形成的对流有利于反应的充分进行，大大提高了反应的速度。

表面打孔的不锈钢钢板拼装成的外壳作为蜂窝强磁铁组的承载装置有固定的作用，不锈钢本身的自重也保证了本装置在激流下位置的稳定性，而外壳打孔一方面有利于水流通过一方面也起到过滤污水中固体垃圾的作用防止装置被阻塞，卡扣的采用方便了蜂窝强电磁单片8的拆装，极大的方便了装置的维护与检修。

结合图1可知，装置中所述上挂钩滑轮悬挂在固定钩4上，沿竖直方向钢索依次缠绕于上挂钩滑轮、普通滑轮、下挂钩滑轮后固定于钢管鱼骨收线器3上，所述下挂钩滑轮下悬挂零价铁转化系统6；通过松放钢索可以灵活的实现零价铁硫转化系统6的升降，达到调整位置的目的，实现零价铁硫转化系统位置的变化。所述零价铁硫转化系统置于污水面下方靠近污泥处。当零价铁硫转化系统6靠近污水井盖1时便可通过移动污水井盖1将升降装置连同零价铁硫转化系统一起取出，便于零价铁硫转化系统的维护与检修。

实施例2

上述一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统的运行方法，包括以下步骤：安装污水井盖、零价铁硫转化系统和升降系统，市政污水管道中的含SO₄ ^2-污水被市政污水管道底部污泥中的硫酸盐还原菌还原成S^2-，然后通过零价铁硫转化系统与Fe²⁺结合生成FeS沉淀，通过水力冲刷与装置分离；通过升降装置调整零价铁硫转化系统的位置，完成污水的净化，运行过程中通过升降系统为零价铁硫转化系统进行维护与检修。本发明对系统中出口污水进行采样以监测硫转化产物的浓度变化以及对污水井盖1上方气体进行采样测定H₂S浓度。

实施例3

通常情况下零价铁粉的价格往往随粒径的减小急速上升，为了考察本发明零价铁系统在铁粉粒径为何值时对污水管道硫转化效果最佳。本发明在污水流速0.6m/s的情况下进行了一组对照试验（即蜂窝强电磁单片8上分别附着100g粒径为0.15mm、0.25mm、2mm的零价铁粉，再设置一空白对照组，该对照组除蜂窝强电磁单片8不附着铁粉外其装置条件、参数条件均不改变）。试验中装置运行方法参照实施例2。

污水流速为0.6 m·s^-1条件下，反应器进入稳定运行状态后出水中S^2-如图6可见，零价铁硫转化系统中蜂窝强电磁单片8上附着零价铁粉直径为0.15mm、0.25mm、2mm时，硫转化产物中S^2-在出口污水中占的浓度分别达到8.12mg/L、14.31mg/L、20.29mg/L，而空白对照组中S^2-浓度为达到39.29mg/L是零价铁直径为0.15mm的32倍。

由此可见，本发明系统的蜂窝强电磁单片8上附着零价铁粉粒径为0.15mm的设置相对于其他粒径更利于污水管道硫转化。零价铁粉粒径的减小使其比表面积增加，可提供更多的还原点位，加快了反应速率。

在零价铁转化系统中蜂窝强电磁单片8上分别附着100g粒径为0.15mm、0.25mm、2mm的零价铁粉条件下，以污水流速0.8m/s来考察在污水SO₄ ^2-浓度波动下本系统的运行稳定性及运行效果。同时，设置一空白对照组（该对照组除强电磁片不附着铁粉外其装置条件、参数条件均不改变）。

由图7可见，本系统在污水流速为0.8m/s下，硫转化系统中强电磁片上附着铁粉粒径为0.15mm、0.25mm、2mm时，硫转化产物中S^2-在出口污水中占的浓度分别达到7.56mg/L、13.61mg/L、22.29mg/L，而空白对照组中S^2-浓度为达到35.4mg/L，S^2-的浓度由高到低的顺序为：对照组>2 mm>0.25 mm>0.15 mm，呈现为ZVI粒径越小，S^2-的控制效果越好。由此可见在污水流速为0.8m/s左右的条件下，0.15mm零价铁粉的硫转化效果最好。

在零价铁转化系统中强电磁片上分别附着100g粒径为0.15mm、0.25mm、2mm的零价铁粉条件下，以污水流速1m/s来考察在污水SO₄ ^2-浓度波动下本系统的运行稳定性及运行效果。同时，设置一空白对照组（该对照组除强电磁片不附着铁粉外其装置条件、参数条件均不改变）。

由图8易见与粒径2mm相比粒径为0.25mm时S^2-浓度降低了30.8%，而粒径0.15mm比粒径0.25mm又降低了42.12%。由此可见：在流速相同的情况下，零价铁粉粒径越小，对硫的转化率越高，装置运行效果越好。但考虑到市政污水管道内污水流速通常不高，使用粒径为0.25mm的铁粉便可以达到70%以上转化率，并且每吨单价仅为0.15mm零价铁粉的1/2，所以粒径0.25mm的铁粉是一个经济成本较低、硫转化效果较好的选择。

由图6-8可见，未植入零价铁转化系统的污水管道中S^2-浓度并无明显变化，由此可见，原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统效果明显，且在不同污水浓度波动下，硫转化效果稳定。

Claims (4)

1.一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统，其特征在于，包括零价铁硫转化系统（6）和升降系统，所述升降系统上端固定在污水井盖（1）下方，下端连接零价铁硫转化系统（6），所述升降系统包括固定钩（4）、滑轮组（5）、钢索、两块三角铁（2）、钢管鱼骨收线器（3），所述两块三角铁（2）对称地铆接于管壁两侧，所述钢管鱼骨收线器（3）的两端分别插入三角铁（2）中通过铆钉固定，所述固定钩（4）竖直焊接在钢管鱼骨收线器（3）的正下方，所述滑轮组（5）包括上挂钩滑轮（9）、普通滑轮（10）、下挂钩滑轮（11）和钢索（12），所述上挂钩滑轮（9）悬挂在固定钩（4）上，沿竖直方向钢索（12）从上挂钩滑轮（9）的固定端引出后，依次缠绕于普通滑轮（10）、上挂钩滑轮（9）和下挂钩滑轮（11）后固定于钢管鱼骨收线器（3）上，所述下挂钩滑轮（11）下悬挂零价铁硫转化系统（6）；所述零价铁硫转化系统（6）位于污水水面下方靠近污泥处，包括外壳（13）、蜂窝强磁铁组、零价铁粉，所述外壳（13）由五片表面打孔的不锈钢钢板拼接成缺一侧面的正方体箱体，所述正方体箱体内通过卡扣（7）固定蜂窝强磁铁组，所述蜂窝强磁铁组由长600 mm宽5mm厚度10mm的表面均匀附着零价铁粉的蜂窝强电磁单片（8）竖直排列组成，蜂窝强电磁单片竖直排列固定在外壳内的顶面和底面之间，蜂窝强电磁单片之间形成蜂窝状空间；所述钢管鱼骨收线器（3）主体为不锈钢钢管，以钢管中心点为起始点在钢管右侧每5cm等间距的焊接6组螺钉作为鱼骨，便于固定钢索，不锈钢钢管上螺钉焊接处末端的右侧10cm处设有凹槽，所述凹槽深度为不锈钢钢管管径的1/3，便于收放钢索。

2.根据权利要求1所述的原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统，其特征在于，所述卡扣（7）为带孔的两块不锈钢板制成，且卡扣（7）的不锈钢板的孔内设有松紧螺母。

3.根据权利要求1所述的原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统，其特征在于，所述零价铁硫转化系统（6）与管道垂直。

4.基于权利要求1所述的一种原位去除市政污水管道井硫化氢的零价铁系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：安装污水井盖（1）、升降系统和零价铁硫转化系统（6），市政污水管道中的含SO₄ ^2-污水被市政污水管道底部污泥中的硫酸盐还原菌还原成S^2-，然后通过零价铁硫转化系统与Fe²⁺结合生成FeS沉淀，通过水力冲刷与装置分离；通过升降装置调整零价铁硫转化系统的位置，使得零价铁硫转化系统位于污水面下方且靠近淤积污泥处，完成污水的净化。