多孔介质自净化去除废水中硫化物的研究：间歇流模式与硫负荷的影响分析

本综述聚焦于利用多孔介质间歇接触氧化工艺（ICOP）实现废水自净化过程中硫化物的去除，系统评估了流动间歇性（间歇流模式）与不同进水硫负荷（以S2-计）对反应器性能的影响。研究揭示了在无流动条件下（最长6小时），介质内硫化物可被有效氧化且不复发，并量化了基于介质体积（0.30–0.45 kgS m?3 d?1）和面积（1.1–1.9 gS m?2 d?1）的硫化物去除速率，为厌氧处理后废水的高效、低成本深度处理提供了关键技术参数与理论依据。

　　

研究亮点

研究发现，在高达80 mgS L^?1的初始硫化物浓度下，即使停止进水长达6小时，多孔介质内的硫化物也能被有效去除且不会重新生成。对于较低的初始硫化物浓度，去除过程在无流动的1小时内即可完成。无论进水中是否添加有机化学需氧量（COD），都观察到了相同的趋势。结果还强调，流动频率对硫化物氧化起着关键作用，更频繁的进水通常能带来更好的处理效果，但其优势程度取决于进水中的硫化物浓度。最后，研究给出了基于多孔介质体积和表面积的硫化物去除速率。基于体积的去除速率为0.30–0.45 kgS m^?3 d^?1，基于表面积的去除速率为1.1–1.9 gS m^?2 d^?1。

研究结论

本研究的目的是评估采用间歇接触氧化工艺（ICOP）的反应器在不同进水硫化物浓度和组成条件下，其硫化物去除能力受间歇流模式影响的情况。主要发现如下：

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  1. 1.
     在高硫化物浓度下，经过长达6小时的无流动运行，多孔介质中的硫化物几乎被完全去除（硫化物-S浓度接近零）。无论是否添加有机物，均观察到该现象。
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  1. 2.
     在较低的初始硫化物浓度下，硫化物在无流动的1小时内即被去除。
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  1. 3.
     流动频率是影响硫化物氧化性能的关键操作参数。更频繁的流动通常能提升性能，但其效果受进水硫化物浓度影响。
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  1. 4.
     有机物的存在并未显著改变硫化物氧化的基本趋势，表明ICOP系统在处理复合污染物时具有一定的鲁棒性。

研究意义

ICOP工艺的硫化物去除能力可以通过硫化物的消失或最终氧化产物硫酸盐的生成来判断。本研究主要通过监测硫化物来评估反应器的硫化物去除能力。同时，通过监测氧气消耗速率来反映反应器的好氧活性。氧气浓度的下降表明氧气被用于氧化硫化物和有机物。

硫化物去除速率与反应器内好氧活性（通过氧气消耗速率指示）密切相关。流动频率通过影响氧气向生物膜内的传质，进而调控好氧活性。更频繁的流动促进了氧气的补充，从而支持了更高的硫化物氧化速率，尤其是在处理高硫负荷进水时。然而，即使在无流动期间，介质内保留的水分和暴露于空气的介质表面仍能维持一定的好氧条件，确保硫化物的持续氧化。本研究量化了基于介质体积和表面积的去除速率，为实际工程应用中的反应器设计和放大提供了重要依据。