实验装置
本次实验所用反应器为城市污水模拟管网, 位于第五污水处理厂区内, 以城市污水为原水, 反应器由管径为200 mm的有机玻璃质圆形管道组成, 总有效长度32 m, 分四层管段设置, 管道可调节坡度, 并设有循环水箱和回流管.为模拟实际管网避光恒温的真实环境, 在管道外层包裹有2 cm厚的黑色保温材料.为控制管道内污水流速和流量, 在进水管和回流管上安装有阀门, 通过调节阀门的开启度, 实现流速和流量的控制.
1.2 模拟实验条件及进水水质
1.2.1 实验条件
污水管网模拟装置在室温条件下运行, 实验温度为(20±2)℃, 装置密封性良好, 溶解氧为(0.3±0.1)mg·L-1.实验进水通过污水管道内放置的潜污泵提升至模拟管网系统的循环水箱, 之后在模拟管网系统中进行内循环以模拟实际城市污水管网.
1.2.2 进水水质
实验进水为城市污水管网中的生活污水, TCOD(总有机物)为417~730 mg·L-1; TN(总氮)为39.80~61.72 mg·L-1; TP(总磷)为6.95~9.68mg·L-1; pH为6.5~7.50.
1.3 样品采集
实验 阶段采用污水与实际沉积物的组合, 模拟污水管网在持续运行180 d后, 由于颗粒态物质的沉降, 会在管道底部形成厚度约为60 mm的沉积层, 设置污水流速为0.1 m·s-1, 运行时间为25 d; 实验第二阶段在模拟城市污水管网中铺设人工配置的石英砂与高岭土, 模拟实际管道沉积物, 用以研究仅在沉积作用与吸附作用下模拟污水管网中污染物质的变化, 消除了沉积物中污染物反向释放对污水水质的影响, 铺设厚度为60 mm, 铺设沉积物密实度与实际污水管道沉积物相似, 用灭菌污水运行反应器, 并去除管壁生物膜, 设置污水流速为0.1 m·s-1, 运行时间为61 d.
在 阶段和第二阶段实验中, 污水在模拟城市污水管网中停留的时间为14 h, 即每天08:00给模拟污水管网换新污水, 运行15 min稳定后, 在取样口采集进水样品、沉积物样品和甲烷气体; 每天22:00在取样口采集出水样品、沉积物泥样和甲烷气体.
1.4 分析方法
CH4的测定选用气相色谱法, 分析仪器为GC-2014气相色谱仪.检测器为热导检测器, 色谱柱型号为TDX-01填充柱.柱温设置为100℃, 保持10 min. N2作为尾气, 流速为10.0 mL·min-1. Ar作为载气, 流速为48 mL·min-1.使用标准气体混合气校准, 其组分为37%CO2、4%N2、0.802%H2以及CH4.
化学需氧量COD采用重铬酸钾法测定; 总氮采用碱性过硫酸钾消解法测定; 总磷采用钼锑抗分光光度法测定.
实验所取样品均为随取随侧, 每个取样点的分析都设置3组平行样测定, 取平均值作为最终的有效数据.
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