新型除臭水凝胶在 urban drainage systems 中高效抑制硫化氢(H2S)排放的机制与应用研究

香港研究人员针对城市排水系统中硫化氢(H2S)恶臭污染和微生物滋生问题，开发了一种新型除臭控制(MOC)水凝胶。研究表明，该水凝胶通过缓释二氧化氯(ClO2)，在 stormwater drains 和 sewer systems 中分别实现92%和95%的H2S减排，同时降低71.2%的厌氧菌负荷，为解决城市水环境公共卫生风险提供了创新方案。

　　

随着城市化进程加速，城市排水系统正面临双重挑战：暴雨引发的洪涝灾害和污水管网中滋生的恶臭污染。在香港这个年均降雨量超过2000毫米的亚热带城市，长达2427公里的 stormwater drains 网络虽有效抵御了台风季的洪水侵袭，却难以避免地下管网中 hydrogen sulfide (H₂S)的积聚——这种具有臭鸡蛋气味的毒性气体不仅威胁检修人员健康，其氧化生成的硫酸更会腐蚀混凝土管道，每年造成巨额维修费用。更棘手的是，传统化学氧化剂存在作用时间短、可能产生消毒副产物等缺陷，亟需开发更长效安全的解决方案。

香港科技大学的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表的研究中，创新性地将二氧化氯(ClO₂)稳定封装于硅基水凝胶基质，开发出具有缓释功能的 malodor-control (MOC) hydrogel。这种智能材料通过双重作用机制：一方面直接氧化H₂S为无味硫酸盐，另一方面杀灭产硫化物的 sulfate-reducing bacteria (SRB)，在 field trials 中展现出惊人效果。

研究团队采用溶胶-凝胶法制备水凝胶，通过 inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES) 监测金属离子释放，并选择香港典型 stormwater drains 和 sewer systems 进行28天实地测试。关键发现包括：

H₂S浓度变化
400g剂量的MOC水凝胶使 stormwater drains 的H₂S从4.14±2.97 ppm骤降至0.32±1.07 ppm(p<0.0001)，处理水量达50,000 m³；在H₂S浓度更高的 sewer systems 中，从107.32±122.57 ppm降至5.00±2.45 ppm，降幅达95%。

微生物控制效果
水凝胶使厌氧菌总数减少71.2±64.4%(p=0.038)，其缓释的ClO₂能穿透生物膜，有效抑制包括 Desulfovibrio 等SRB的代谢活性。

环境安全性
thymol 和金属离子(Cu²⁺/Zn²⁺)的协同作用既保证了抗菌效果，又通过控制释放速率避免了对 aquatic life 的急性毒性，排水pH维持在6.5-8.0的安全范围。

这项研究的意义不仅在于解决了城市恶臭这一"嗅觉公害"，更开创了 infrastructure microbiome 管理的新范式。MOC水凝胶的长期稳定性(>4周)和50,000 m³/g的高处理效能，使其单位成本较传统方法降低60%以上。研究团队特别指出，该技术可扩展应用于 landfill leachate 和 industrial wastewater 处理领域，为应对 climate change 加剧下的城市环境挑战提供了普适性解决方案。正如通讯作者 King Lun Yeung 强调的："这种将 advanced materials 与 environmental microbiology 相结合的策略，代表了下 generation 城市水管理系统的发展方向。"