實驗裝置
本次實驗所用反應器為城市污水模擬管網, 位于第五污水處理廠區內, 以城市污水為原水, 反應器由管徑為200 mm的有機玻璃質圓形管道組成, 總有效長度32 m, 分四層管段設置, 管道可調節坡度, 并設有循環水箱和回流管.為模擬實際管網避光恒溫的真實環境, 在管道外層包裹有2 cm厚的黑色保溫材料.為控制管道內污水流速和流量, 在進水管和回流管上安裝有閥門, 通過調節閥門的開啟度, 實現流速和流量的控制.
1.2 模擬實驗條件及進水水質
1.2.1 實驗條件
污水管網模擬裝置在室溫條件下運行, 實驗溫度為(20±2)℃, 裝置密封性良好, 溶解氧為(0.3±0.1)mg·L-1.實驗進水通過污水管道內放置的潛污泵至模擬管網系統的循環水箱, 之后在模擬管網系統中進行內循環以模擬實際城市污水管網.
1.2.2 進水水質
實驗進水為城市污水管網中的生活污水, TCOD(總有機物)為417~730 mg·L-1; TN(總氮)為39.80~61.72 mg·L-1; TP(總磷)為6.95~9.68mg·L-1; pH為6.5~7.50.
1.3 樣品采集
實驗 階段采用污水與實際沉積物的組合, 模擬污水管網在持續運行180 d后, 由于顆粒態物質的沉降, 會在管道底部形成厚度約為60 mm的沉積層, 設置污水流速為0.1 m·s-1, 運行時間為25 d; 實驗第二階段在模擬城市污水管網中鋪設人工配置的石英砂與高嶺土, 模擬實際管道沉積物, 用以研究僅在沉積作用與吸附作用下模擬污水管網中污染物質的變化, 了沉積物中污染物反向釋放對污水水質的影響, 鋪設厚度為60 mm, 鋪設沉積物密實度與實際污水管道沉積物相似, 用滅菌污水運行反應器, 并去除管壁生物膜, 設置污水流速為0.1 m·s-1, 運行時間為61 d.
在 階段和第二階段實驗中, 污水在模擬城市污水管網中停留的時間為14 h, 即每天08:00給模擬污水管網換新污水, 運行15 min穩定后, 在取樣口采集進水樣品、沉積物樣品和甲烷氣體; 每天22:00在取樣口采集出水樣品、沉積物泥樣和甲烷氣體.
1.4 分析方法
CH4的測定選用氣相色譜法, 分析儀器為GC-2014氣相色譜儀.檢測器為熱導檢測器, 色譜柱型號為TDX-01填充柱.柱溫設置為100℃, 保持10 min. N2作為尾氣, 流速為10.0 mL·min-1. Ar作為載氣, 流速為48 mL·min-1.使用標準氣體混合氣校準, 其組分為37%CO2、4%N2、0.802%H2以及CH4.
化學需氧量COD采用重鉻酸鉀法測定; 總氮采用堿性過硫酸鉀消解法測定; 總磷采用鉬銻抗分光光度法測定.
實驗所取樣品均為隨取隨側, 每個取樣點的分析都設置3組平行樣測定, 取平均值作為終的有效數據.