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磷化氢(PH<,3>)被证实为大气中普遍存在的痕量气体(pg~ng级),厌氧生物环境是磷化氢的主要释放源之一 。但自然界磷化氢形成的源及生物形成机制一直为科学界所探索和争论。本文重点研究不同环境因素(pH、氧化还原环境和温度)对颗粒污泥培养过程中磷化氢释放和结合态磷化氢的影响,考察了污水处理厂磷化氢的源及厌氧UASB反应器磷平衡。结果如下:
1.研究了溶液初始pH对厌氧过程中气态磷化氢的产生和污泥结合态磷化氢的影响。结果表明,酸性条件更有利于磷化氢的形成。当pH为5时顶空气体中含有最高浓度的气态磷化氢为86.42ngPH<,3>m<’-3>。pH为6时,污泥含有最高浓度的结合态磷化氢浓度3.30ngPH<,3>kg<’-1>湿泥。磷化氢主要以结合态形式存在于污泥中,只有1~17%的磷化氢以气态形式存在。污泥中结合态磷化氢仅占磷酸盐去除量的0.003~0.009‰,顶空气体中气态磷化氢含量占0.00002~0.001‰。溶液中的磷酸盐主要由化学沉淀和吸附过程去除,其中36~59%的外源磷被转化为氢氧化钠可交换态磷。
2.研究了不同氮气吹脱时间对气态磷化氢和污泥结合态磷化氢的影响。结果表明,当吹脱时间<10min时,顶空产生更高的气态磷化氢浓度,其中在5min时达到气态磷化氢浓度的最高值;但结合态磷化氢浓度则在吹脱时间(<10min)含量却很低,而且吹脱时间越短浓度越低。当氮气吹脱时间>1Omin时,气态磷化氢浓度和结合态磷化氢浓度随氮气吹脱时间的延长几乎不再变化。
3.比较厌氧、缺氧和好氧条件下磷化氢的释放。结果表明,厌氧产甲烷环境中产生的气态磷化氢浓度最高(52.4ngPH<,3>m<’-3>),是硫酸盐还原环境中所产生的7.5倍,是硝酸盐还原环境中的3倍。当硫酸盐和硝酸盐共同存时产生气态磷化氢浓度则最低(5.48ngPH<,3>m<’-3>),是产甲烷组的1/10。这表明厌氧硫酸盐还原或缺氧环境会抑制磷化氢气体的产生,而且当硝酸盐和硫酸盐共同存在时会增强这种反作用。黑暗中好氧曝气7d后,大粒径颗粒污泥中测得污泥结合态磷化氢浓度最高,这表明一定条件下的好氧有利于磷化氢的形成。提出好氧条件下颗粒污泥中微生物产磷化氢机制,有待于进一步证实。
4.研究了不同温度(室温、37、45和55℃)条件对颗粒污泥厌氧培养过程中气态磷化氢生成的影晌。结果表明,在温度低于45℃时,气态磷化氢浓度随温度升高变化的幅度较大;但高于45℃后,气态磷化氢浓度随温度变化几乎不再改变。最高磷化氢气体浓度出现
在室温培养15 d时达到15.6 ng PH<,3>m<’-3>,在中温37℃下具有最大的初始产磷化氢速率,为0.58 ng PH<,3>m<’-3>d<’-1>,而45或55℃下培养15 d后发现顶空气体中的磷化氢消失。
5.在室温和37℃下厌氧颗粒污泥培养过程中均发现顶空磷化氢气体浓度在达到峰值后呈对数关系下降,室温下气态磷化氢的消失速率快于37℃。此外,发现室温下厌氧培养的空白组与加样组相比产气态磷化氢随时间的变化存在明显差异,加样组在厌氧培养第7 d时达到最高气态磷化氢浓度为52.4 ng PH<,3>m<’-3>,而空白组在培养34 d才测得最高气态磷化氢浓度7.22 ng PH<,3> m<’-3>。
6.污水处理系统磷化氢源的研究结果表明,不仅厌氧污泥和消化污泥中含高浓度磷化氢,而且好氧、缺氧和化学沉淀污泥中也含有相当浓度的磷化氢。各工段污泥结合态磷化氢浓度排列循序为(ng PH<,3> kg<’-1>干重):4月份,厌氧污泥(673)>好氧污泥(301)>消化污泥(299)>化学沉淀污泥(270)>缺氧污泥(219);10月份,厌氧污泥(218)>好氧污泥(212)>缺氧污泥(182)>化学沉淀污泥(154)>消化污泥(39.2)。无论以湿重或干重计,均可看出好氧活性污泥中结合态磷化氢浓度要高于缺氧污泥。这进一步证实了颗粒污泥好氧条件下培养存在高浓度磷化氢的结论。
7.UASB反应器系统磷化氢分布研究结果表明,沼气中平均磷化氢浓度为1.94~17.92 ng PH<,3>m<’-3>;反应器上空大气中气态磷化氢浓度约为0.09~0.16 ng PH<,3> m<’-3>。周围100 m大气中均未测到磷化氢。污泥结合态磷化氢浓度及沿高度分布随生产季节差异较大:4月份测得结合态磷化氢浓度较高(19.14~106.3 ng PH<,3> kg<’-1>湿泥),沿高度呈波浪形走势;10月份结合态磷化氢浓度仅为4月份的9~74%(9.05~27.52 ng PH<,3> kg<’-1>湿泥),呈两端浓度高中间低的趋势。溢流区污泥中结合态磷化氢浓度高达100.1 ng PH<,3> kg<’-1>湿泥。
8.UASB反应器磷平衡研究结果表明,每天通过沼气损失的P量为4.5~46.6 ug P,占总磷去除量的(0.434~4.25)×10<’-6>‰。每天以污泥结合态磷化氢方式损失的磷量可估算为42.03~146.7 ug P,占废水总磷去除量的(3.82~14.1)×10<’-6>‰。排泥损失的总磷量为4.45kgPd<’-1>,占废水总磷去除量的43%,污泥磷形态分析未发现其与结合态磷化氢之间相关关系。