Study of immobilization methods for sulfate-reducing sludge characterization through H2S production evaluation  

通過(guò)H?S產(chǎn)量評(píng)估的硫酸鹽還原污泥固定化方法研究  

來(lái)源：Corresponding author: rebeca.ignacia.castro@upc.edu

通訊作者: rebeca.ignacia.castro@upc.edu

 

摘要內(nèi)容：  

研究評(píng)估了瓊脂、PVA（聚乙烯醇）和海藻酸鹽三種載體對(duì)硫酸鹽還原污泥的固定化效果，旨在建立適用于安培微傳感器快速檢測(cè)H?S的固定化方法。通過(guò)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)（72小時(shí)）和長(zhǎng)期運(yùn)行（30天）分析硫酸鹽消耗速率、COD去除率及機(jī)械穩(wěn)定性，篩選最優(yōu)載體，并在H?S監(jiān)測(cè)平臺(tái)中驗(yàn)證其適用性。  

 

研究目的：  

優(yōu)化硫酸鹽還原污泥固定化方法，實(shí)現(xiàn)高效H?S產(chǎn)率表征，解決生物洗滌工藝中SO?還原階段缺乏原位監(jiān)測(cè)技術(shù)的瓶頸問(wèn)題。  

 

研究思路：  

1. 固定化方法設(shè)計(jì)：制備瓊脂、PVA、海藻酸鹽載體混合污泥（表1），評(píng)估載體與污泥的兼容性。  

 

2. 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)：在厭氧瓶中測(cè)試固定化污泥的硫酸鹽還原速率（圖1，表2）和COD去除效率。  

 

3. 長(zhǎng)期穩(wěn)定性驗(yàn)證：在平板生物反應(yīng)器（FPB）中運(yùn)行30天，監(jiān)測(cè)硫酸鹽和COD去除率（圖2），評(píng)估載體機(jī)械強(qiáng)度。  

 

4. H?S監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)用：采用Unisense安培H?S微傳感器檢測(cè)PVA固定化污泥的H?S產(chǎn)量（圖11），驗(yàn)證方法的監(jiān)測(cè)可行性。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及研究意義：  

1. 硫酸鹽消耗速率（表2）：  

   ? PVA和瓊脂的速率最高（5.02 mg/L·h），較對(duì)照組（2.84 mg/L·h）提升77%，證明固定化可顯著增強(qiáng)生物活性。  

 

2. COD去除與長(zhǎng)期穩(wěn)定性（圖2）：  

   ? PVA固定化污泥在30天內(nèi)維持98%硫酸鹽去除率，且無(wú)載體降解，說(shuō)明其機(jī)械穩(wěn)定性優(yōu)于瓊脂（60%）和海藻酸鹽（96小時(shí)解體）。  

 

3. H?S微傳感器響應(yīng)（圖11）：  

   ? 微傳感器成功檢測(cè)0–300 μM范圍的H?S濃度，但高硫酸鹽濃度下信號(hào)非線性，揭示需優(yōu)化底物濃度以匹配傳感器線性范圍。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)研究意義：  

使用Unisense安培H?S微傳感器首次實(shí)現(xiàn)固定化污泥的H?S原位監(jiān)測(cè)（圖11）。其意義在于：  

1. 空間分辨率優(yōu)勢(shì)：微傳感器尖端（推測(cè)直徑≤50μm）可穿透固定化基質(zhì)直接測(cè)量生物膜界面H?S，克服傳統(tǒng)方法取樣破壞生物膜的局限。  

2. 過(guò)程動(dòng)態(tài)解析：72小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)顯示H?S產(chǎn)量隨硫酸鹽濃度增加而上升，但因超出傳感器線性范圍（0–300 μM）導(dǎo)致非線性響應(yīng)，提示未來(lái)需調(diào)整底物梯度以匹配檢測(cè)限。  

3. 技術(shù)驗(yàn)證價(jià)值：成功在PVA固定化體系中獲取H?S濃度信號(hào)，證實(shí)該方法適用于生物洗滌工藝的硫轉(zhuǎn)化過(guò)程原位表征。  

 

結(jié)論：  

1. 載體性能排序：PVA > 瓊脂 > 海藻酸鹽。PVA兼具高機(jī)械強(qiáng)度（無(wú)氮?dú)夤呐萁到猓┖蜕锘钚裕蛩猁}還原速率5.02 mg/L·h），海藻酸鹽因磷酸鹽-鈣離子相互作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)崩解。  

2. 監(jiān)測(cè)可行性：PVA固定化污泥與Unisense微傳感器兼容，可實(shí)現(xiàn)H?S原位檢測(cè)，為SONOVA工藝優(yōu)化提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。  

3. 應(yīng)用限制：需控制硫酸鹽濃度在微傳感器線性范圍內(nèi)（≤300 μM）以保證H?S信號(hào)準(zhǔn)確性。