废水气味与腐蚀控制

长期以来，废水系统一直存在气味和腐蚀问题，考虑到它们所传达的性质，这是可以理解的。气味是实现这些系统控制的驱动力。然而，腐蚀是最大的潜在环境危害和真正的系统和经济损失问题。这种损坏可能以爆裂管道和其他设备和系统故障的形式出现。

这种类型的故障需要修复和更换系统材料和设备，它们有可能使环境暴露于难以预测的危险废物的释放中，这些废物很难(如果不是不可能的话)控制或回收。

H引起的腐蚀₂年代

工业系统中气味和腐蚀的主要贡献者是硫化氢(H₂S)及其相关化合物。一些工业废水中含有硫化物，为H的产生提供了分子基础₂s H₂S产生于厌氧条件和亚硫酸盐和硫酸盐的存在，以及存在于所有收集系统内壁的微生物菌落的组合，被称为黏液层。硫酸盐还原细菌(SRB)将使用这些化合物在没有自由氧(O₂)促进新陈代谢。这些细菌不使用硫成分，它可以与水反应，特别是自由质子(H+)，这导致H的产生₂年代。

在它的世代之后，H₂S可以被释放到大气中，并通过大气和收集系统的连接找到受体，此时它就会引起气味问题。H₂S是一种无色气体，具有典型的臭鸡蛋气味，具有剧毒，对某些金属具有腐蚀性。它比空气重，这意味着它会积聚在井、沙井和其他通风不佳的类似地方。在相对于环境空气的不同浓度下，它对人体的影响如图1所示。

H₂当S与潮湿的混凝土或钢铁等金属接触时，即使是在低浓度的气体下，也会产生腐蚀问题。这样的情况在一些管道的顶部空间和其他收集系统容易接触到大气氧气的区域是常见的。这些区域的细菌将H₂S转化为硫酸，然后开始与基础设施发生破坏性反应。

从历史上看，气味和/或腐蚀的控制一直通过气相技术(处理系统的顶空)或液相技术(处理针对液体流动)来实现。像洗涤器这样的气相处理不能提供腐蚀控制。一些液相技术提供腐蚀控制。

最常见的诱导液相处理或直接在收集系统内处理废水的方法是向系统中添加化学物质。一个恒定和连续剂量的化学物质从一个大的蓄水池用一个小泵注入收集系统，通常在一个人孔或泵站。这些化学物质旨在与废水中产生气味的化合物反应，或阻止它们的形成和/或从溶液中释放出来。

常规控制方案

控制H₂年代:

氧化:H的化学氧化₂S是通过使用具有高氧化电位的化合物，称为氧化剂，如过氧化氢或次氯酸钠(漂白剂)来实现的。

硫化物清除剂(铁盐):与H相互作用的化学物质₂S和隔离，或清除，硫成相对不溶的形式，如氯化铁和氯化亚铁，可用于从循环中完全去除硫。

pH值调整:由于其离子在水相中解离的方式，H₂pH值在9或以上时，废水中不会产生S。

替代氧源/硫酸盐替代品

在厌氧环境中，收集系统中的微生物将使用硝酸盐(NO_3.)分子比硫酸盐(SO₄)分子，因此释放的是良性氮而不是氢₂像钙或硝酸钠这样的化学物质在商业上可以买到，可以用于这个目的。然而，它们可能很昂贵，而且它们可以喂养和生长SRB层，随着时间的推移，可能需要更大的体积进行处理。

治疗停止后，H₂S可能比以前更糟。由于添加了稳定硝酸盐分子的蜡，在收集系统的下游可能会遇到过多的湿井堆积，需要增加清理周期。此外，新兴的联邦和州法规开始将硝酸盐浓度纳入排放限制。

实时、主动监测废水H₂S水平很少进行，所以有足够的化学物质来控制H峰₂S值通常是以常数为基础的。通过用这些化学物质处理峰值，过量的硝酸盐很可能存在并被积极添加到废水中，需要额外的反硝化过程或罚款，这两种方法都很昂贵。

所有化学品的一个问题是，为了将它们引入收集系统，必须在附近储存大量的化学品。为了确保化学品总是可以用于处理，必须继续向大储罐输送。为了避免对环境产生不利影响，必须设计、实施和维护二级密封和泄漏监测等工程控制措施。

理想情况下，废水气味和腐蚀的成功处理将:

• 终端硫化物生产
• 迅速消除存在的硫化物
• 不会对生命或环境造成额外危害
• 不损害收集系统
• 不要在下游制造额外的挑战

此外，处理溶液必须具有成本效益。一种解决方案是在废水系统中引入臭氧和氧气，以控制气味和腐蚀。

臭氧长期以来一直用于水处理，至少可以追溯到19世纪晚期，主要用于饮用水的消毒和抛光。⁴在欧洲，臭氧处理水是一种常见的工艺。⁵与化学系统相比，臭氧的环境可持续性和相对安全性使其成为当前和未来受欢迎的技术。

有控制地使用臭氧作为一种处理方法不会产生可能污染或破坏环境或生态的有害副产物。

通常，反应的唯一副产物是O₂和惰性氧化物。近年来，人们对其用于废水处理的兴趣导致了废水收集系统中气味和腐蚀控制的新型可持续(绿色)技术的发展。

臭氧是大气中氧气的一种特殊的、自然存在的形式。它不是两个氧原子，而是三个，用化学式O表示_3.．这第三个氧原子使它成为具有很高氧化电位的高活性分子。事实上，它的氧化电位是所有市售分子中最高的，总氧化电位为2.07伏特(V)，在它上面的是原子氟(F•，2.87 V)，羟基自由基(•OH, 2.86 V)和原子氧(O•，2.42 V)。臭氧可以通过用足够的电能或光能激发氧气流来产生。这将导致一定数量的氧原子分裂并与其他氧原子重新结合₂附近的分子。这在公式1中表示。

公式1:3O₂+能源——> 2O_3.

在典型的处理条件下，使用相对纯净的氧气流和使用高压电弧的电晕放电室，该反应可以产生高达重量百分比(wt%)的臭氧，⁶虽然通常输出是在1至9 wt%臭氧。⁷流的其余部分是氧气。由于方程2所示的反应，浓度被限制在这个范围内。

方程2:2O_3.- > 3O₂

当臭氧浓度超过这个浓度时，破坏反应(公式2)变得更加频繁，返回更多的O₂维持这个平衡。这种不稳定性也是臭氧不能储存的原因，必须在应用前立即产生。

由于其极端的不稳定性和高氧化电位，臭氧在与其他化学物质的反应性方面是强大而不分青红皂白的。臭氧已被证明是破坏挥发性有机化合物的有效处理方法;去除金属、总悬浮固体和有机碳;化学需氧量显著降低。

在淡水中，臭氧的半衰期通常为10至20分钟，但在废水中，臭氧已被记录在8.6秒内完全消耗掉。⁸这是因为废水中存在大量的潜在反应物，包括H₂H .结构简单₂S使它很容易被臭氧氧化。除了它的高氧化电位，臭氧的结构倾向于产生自由基，这种化学物质具有未成键的电子，使它们具有高度的活性，特别是在水中。臭氧与不同化学物质直接反应的好处不仅得以实现，而且作为这些反应的一部分，还会形成比臭氧更活泼的额外自由基。此外，自由基在反应过程中倾向于产生额外的自由基，这被称为自由基链式反应。

这些额外的反应是臭氧的间接影响。⁵臭氧产生的来源是环境空气，是可持续和绿色化学处理的终极选择。目前的臭氧生产技术得益于超过45年的持续发展，具有成本效益和稳健的运行。使用氧气分离器，电晕放电室和一些压缩机和其他电气元件，现场产生臭氧相对简单和安全。这与目前市面上大多数其他治疗方法形成了鲜明对比。

由于臭氧产生的方式，当使用臭氧时，氧气必然会成为处理气体混合物的一部分。这是有益的，因为氧也是氧化剂。氧的氧化电位为1.23 V，比臭氧反应慢，但是一种极好的补剂。除了辅助氧化的能力外，它的主要好处是增加废水的溶解氧(DO)浓度，促进好氧细菌的生长，这不会产生气味、腐蚀性或对收集系统有害的化合物。它还消除了SRB产生硫化物的能力，通过完全去除SRB或促进好氧物种的生长，这些物种将氧化任何硫化物，在它们能够进入废水流之前。^3.

氧与臭氧的联合应用

在处理和预防收集系统中的气味和腐蚀的强大和绿色方法方面，氧气和臭氧的联合力量处于列表的顶部。氧气随处可见，约占大气的21%，正如前面所解释的，它很容易转化为臭氧。将这两种气体产生并注入废水收集系统已被证明是一种清洁、安全且具有成本效益的处理方法。

第一种作用方法是臭氧对氢的强大的破坏性作用₂S，快速转化为亚硫酸盐和硫酸盐接触。此外，臭氧的抗菌特性有助于减少SRB和其他微生物在管壁上的存在。作为
氧是反应的产物。这反过来又增加了处理气体混合物的氧气部分的功率，通过增加DO提供二次处理，并允许更全面地使用注入的处理气体。

氧也会氧化H₂S，但速度比臭氧慢得多。由于这些不加区分和强大的氧化特性，人们有时会担心臭氧可能会攻击废水基础设施本身。这在应用中不太可能发生，特别是在实施液相输液的废水中。这是由于与单位管道长度的管道表面积相比，液体体积的比例很高，并且液体部分中的反应物具有极高的可用性。

参考文献

1. 美国土木工程师学会，“ASCE基础设施报告卡”，ASCE, 2009，infrastructurereportcard.org/．
2. A. Matthews等人，“利用臭氧和氧气控制水泥中硫化氢的积聚”，水环境联合会会议记录，WEFTEC 2010:第101届至第112届，第7591-7611(21)页，2010。
3. 美国环境保护署，《卫生污水系统和处理厂的气味和腐蚀控制》，《设计手册》，EPA/625/1-85/018，俄亥俄州辛辛那提，1985年。
4. 贝尔特兰，f.j.，“水和废水系统的臭氧反应动力学”，刘易斯出版社，2004年。
5. Lenntech，“水消毒应用标准(欧盟)”，1998,lenntech.com。
6. Drago, J.A.等，“美国城市废水臭氧化实践:过去，现在和未来”，臭氧:科学与工程，第32卷，第1期，43-55页，2010。
7. 等离子技术公司，“等离子体块生产线，产品细节，”2011，plasmatechnics.com．
8. Terry, P.A，“臭氧和氧气的应用以减少回收造纸加工厂的化学需氧量和硫化氢”，国际化学工程杂志，2010卷，文章ID 250235, 2010。