CN108975461A - 一种排水管网硫化氢气体除气装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明给出了一种排水管网硫化氢气体除气装置，包括支撑足、安装在支撑足上的侧板、安装于侧板的横杆和安装于横杆上的叶轮；叶轮4由铁碳填料制成。本发明还给出了一种排水管网硫化氢气体除气方法，该方法使用如上所述的排水管网硫化氢气体除气装置。本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法利用叶轮对水体进行复氧，有利于水体中硫化氢的除去，并利用铁碳填料释放的铁离子进一步除去了硫化氢，从源头上除去了排水管道内的硫化氢气体，保证工作人员的人身安全和去除管道***的安全隐患；利用吊件进行下放和吊上过程，进而控制设备在排水管网内的位置，实现工作人员无需下井的目的，极大降低了排水管道内硫化氢气体去除设备的应用成本。

Description

一种排水管网硫化氢气体除气装置及方法

技术领域

本发明属于水处理设备领域，涉及排水管网中有害气体的处理，具体涉及一种排水管网硫化氢气体除气装置及方法。

背景技术

城市排水管网是城市基础设施的重要组成部分，它的稳定运行对居民生活和城市的环境都起着非常重要的作用。但是，近些年来关于污水管道的问题越来越多，讨论最多的就是污水管道内有害气体的影响。由于污水在管道内的停留时间长，在底泥中容易形成厌氧环境，一些厌氧微生物就会在排水管网中产生大量的有毒有害气体。

城市污水中的硫酸盐的含量在40～200mg/l，在管网内容易被硫酸盐还原菌还原产生大量的硫化氢气体，也是管道内有毒有害气体的主要成分。人体吸入的会造成细胞组织缺氧，严重时会导致休克甚至危及生命，如若不及时从污水管网中去除，对检修工作人员产生极大的安全隐患。硫化氢气体散发恶臭，对城市的环境以及居民生活的舒适度也会产生恶劣影响。此外，管网内聚集的硫化氢气体会对管道造成腐蚀，Vinck认为修复管道腐蚀所造成的费用是污水收集和处理的费用的10％，有可能还会更高。因此，排水管网内硫化氢气体的去除对城市的发展来说非常关键。

对于硫化氢气体的控制，国内研究相对较少，大多集中于对挥发至排水管道内空气中的硫化氢气体进行去除，所采用的也大多是化学品静态吸附或者采用抽气装置附带吸附材料进行硫化氢气体除气。由于水体内温度、化学变化、生物菌群的影响，排水管道内的硫化氢气体持续产生且具有一定的溶解度，水体外进行硫化氢去除的方式对排水管网内硫化氢气体的去除效率并不高；国外对专门的排水管道内硫化氢气体有较多的研究，不过国外虽采用专门的通气设备，但对控制措施仍有大量的研究。这些方法措施总体上可以分为三类：

(1)提高管道内污水环境的氧化还原电位，控制硫化物和甲烷的产生。

(2)提高污水环境的pH值，抑制产甲烷菌和硫酸盐还原菌的活性。

(3)投加金属盐，控制硫化氢和甲烷。

这些措施虽然对硫化氢的控制确实有效，但是却存在着不同程度的缺陷。例如:提高氧化还原电位的措施:注氧和加入硝酸氮，虽都能控制硫化氢，但是一定程度上也增加了脂肪酸的消耗，对下游的脱氮除鳞产生不利影响；提高 pH所加的碱石灰，设备复杂，且当连续加入时，成本非常高；铁盐投加也一样，对管道内硫化氢控制非常有效，但是连续加入装置复杂并且会导致有害气体控制成本增加。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种排水管网硫化氢气体除气装置及方法，以解决现有技术中的排水管道内的硫化氢去除装置无法在较低成本下高效除去排水管道内的硫化氢气体的问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种排水管网硫化氢气体除气装置，包括支撑足、安装在支撑足上的侧板、安装于侧板上的横杆和安装于横杆上的叶轮；

所述的叶轮由铁碳填料制成。

本发明还保护一种排水管网硫化氢气体除气方法，该方法使用如上所述的排水管网硫化氢气体除气装置；

所述的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网检查井中水体内。

本发明还具有如下技术特征：

具体的，所述的侧板上还固定有至少两个吊耳，所述的吊耳上钩挂有吊件。

具体的，所述的侧板为至少一块。

具体的，所述的侧板上安装有至少一组轴承，所述的横杆穿过安装于轴承内圈。

具体的，每个所述的横杆上安装至少一个叶轮；

所述的叶轮包括轮座、叶片和轮座孔，所述的轮座孔为轮座上的透孔，所述的叶片至少为均匀固接于轮座上的三个。

具体的，所述的轮座和叶片由可释放铁离子的普通铁碳填料高温烘烧后经压模一体成型。

具体的，所述的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网污水支管交汇处的跌水井或沉泥井的水体内。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法与通用的投加铁盐、硝酸氮相比：每天都有生活污水的排放，所投加的药剂量大，成本高；本设备利用铁碳的电化学腐蚀往污水中释放铁离子，成本远低于投加药剂法；

(Ⅱ)本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法与传统方法及设备相比，管网中污水是不断流动的且存在大量的微生物对氧的需求量大，而本设备有效的加速了检查井内空气到污水中的传质；

(Ⅲ)本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法利用污水检查井内中较短的接触时间，形成相对较低浓度的铁离子。因为与Fe(OH)₂相比， FeS的溶解度更低，所以低浓度下，能有效的去除污水中的硫化氢。

(Ⅳ)本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法创新地通过本发明装置的应用对地下管网内水体中的水体进行复氧，进而对水体中溶解的硫化氢进行去除，从源头上除去了排水管道内的硫化氢气体，保证工作人员的人身安全和去除管道***的安全隐患。

(Ⅴ)本发明的排水管网硫化氢气体除气装置结构简单，用吊件进行下放和吊上过程，进而控制设备在排水管网内的位置，实现工作人员无需下井的目的，极大降低了排水管道内硫化氢气体去除设备的应用成本。

附图说明

图1是本发明的整体结构轴侧示意图；

图2是本发明的在流槽内的放置状态示意图；

图3是本发明的叶轮结构轴侧示意图；

图4是本发明的装置在检查井中的安装状态(沿水流方向剖面)示意图；

图5是本发明的装置在检查井中的安装状态(截水流方向剖面)示意图；

图6是本发明在不同接触时间时对硫化氢去除效率测定结果；

图7是本发明在不同铁盐投加量时对硫化氢去除效率测定结果；

图中各个标号的含义为：1-支撑足，2-侧板，3-横杆，4-叶轮，5-吊耳， 6-吊件，7-轴承，8-检查井，41-轮座，42-叶片，43-轮座孔。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例：

本实施例给出一种排水管网硫化氢气体除气装置，如图1至图5所示，包括支撑足1、安装在支撑足上的侧板2、安装于侧板2上的横杆3和安装于横杆3上的叶轮4；

所述的叶轮4由铁碳填料制成。

本实施例还给出一种排水管网硫化氢气体除气方法，该方法使用如上所述的排水管网硫化氢气体除气装置；

所述的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网检查井8中水体内。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置的一种具体方案，本实施例的侧板2上还固定有两个吊耳5，所述的吊耳5上钩挂有吊件6。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置的一种优选方案，本实施例的侧板2为两块。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置的一种优选方案，本实施例的侧板2上安装八组轴承7，所述的横杆3穿过安装于轴承7内圈。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置的一种优选方案，本实施例的每个所述的横杆3上安装八个叶轮4；所述的叶轮4包括轮座41、叶片42和轮座孔43，所述的轮座孔43为轮座41上的透孔，所述的叶片42为均匀固接于轮座41上的四个。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置的一种优选方案，本实施例的轮座41和叶片42由可释放铁离子的普通铁碳填料高温烘烧后经压模一体成型。

作为本实施例的排水管网硫化氢气体除气方法的一种优选方案，本实施例的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网污水支管交汇处的跌水井或沉泥井的水体内。

本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法设计结构简单可行的去除装置放置于排水管道内的水内，利用叶轮4对水体的流动的扰动，进一步对水体进行复氧，并且同时利用污水处理工艺中的普通铁碳填料释放铁离子的高效性进行排水管网内的硫化氢气体去除。

本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法虽然也用到了污水处理工艺中的普通铁碳填料，但在装置及所利用的去除方式和原理上截然不同。在污水处理厂处理工艺中，污水与铁碳填料的接触时间较长，铁离子浓度大，形成了较多的Fe(OH)₃、Fe(OH)₂胶体，利用胶体的絮凝作用，达到降低废水的COD的目的；然而在本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法中是利用污水检查井内中较短的接触时间，形成相对较低浓度的铁离子。因为与Fe(OH)₂相比，FeS的溶解度更低，所以低浓度下，能有效的去除污水中的硫化氢。

本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法改变传统的持续投加铁盐的措施，检查井内的污水在流经本发明的排水管网硫化氢气体除气装置时带动叶轮4翻滚，有增加污水的复氧作用，加速铁碳填料电化学反应的阴极反应：O₂+2H₂O+4e→4OH^-，向污水中释放更多的铁离子，并增加了污水的碱度，从而达到控制硫化氢的目的。

如附图4所示，Ⅰ区为检查井上游管道，Ⅱ区为检查井内，Ⅲ区为下游管道内。本设备放置于Ⅱ区，污水从Ⅰ区流入本发明的排水管网硫化氢气体除气装置，水流带动叶轮4的翻滚，增加检查井内空气向污水中的传质效率，填料也会与污水发生电化学反应：

阳极：2Fe→2Fe²⁺+4e^-

阴极：O₂+2H₂O+4e→4OH^-

本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法通过以下步骤进行：

步骤一：根据水内初始硫化氢浓度和排水管网水量的大小设计安装合适数量的叶轮4，将将本发明的排水管网硫化氢气体除气装置组装完成。

步骤二：将本发明的排水管网硫化氢气体除气装置通过吊件6放置入排水管网检查井8中的水体内，最好是放入污水支管交汇处的跌水井或沉泥井的水体内，并调整装置整体角度。

步骤三：定期检修整个装置并更换叶轮4，使排水管网内水体中溶解的硫化氢持续除去并保持在较低水平。

性能测试模拟实验

(1)实验例：

①硫化氢去除效率测定

向8个1.5L烧杯中加入800mL生活污水，加入100g的填料，设定点填料接触时间分别为0.5min，1min，1.5min，2min，2.5min，3min，3.5min，4min。编号为a、b、c、d、e、f、g、h。密封保存8h后测量硫化氢的含量。

实验结果如附图6所示，对于800ml生活污水，在填料为100g时，反应时间为7min时，硫化氢基本上不会产生。

②本发明装置个数和填料用量测算

设定排水管网管径0.3m，充满度0.5，检查井直径0.8m，污水流速0.6m/s，反应接触时间1s，经计算可得在一定硫化氢控制效果的基础上本发明的装置个数和每个装置中填料重量和反应时间对应关系，具体如表1所示：

表1基于反应时间的本发明装置个数和填料用量

(2)对比例：

向8个1.5L烧杯里分别加入800mL污水，投加浓度为100mg/L的浓铁盐量为40、80、120、160、200、240、280、320ml使得污水中的铁盐浓度梯度为5mg/L、10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L、35mg/L、40mg/L，编号1，2，3，4，5，6，7，8号。密封保存8h后测量硫化氢含量。

实验结果如附图7所示，有实验结果可以得出，800mL污水中投加的铁盐浓度为35～40mg/L时基本不会有硫化氢产出。

空白对照组：往1.5L烧杯里加入800ml污水，不做任何处理，密封保存 8h后实测量硫化氢含量为14.3ppm。

(3)同去除效率下成本测算

通过实验例和对比例的数据可以看出，对生活污水的去除效果在以下四个投加工况上较为相似，本次成本测算实验即以表2中四种工况计算：

表2最终气体浓度相近的实验例和对比例

以下从表中四个工况点计算同控制效率下硫化氢去除成本：

市售1t三氯化铁价格在2800元左右。1t填料的价格在600元左右，连续使用寿命约为30d。

处理效果按相对于空白组的气体减少百分比计算，如:投加铁盐80ml，气体浓度9.5，处理效果计为：(14.3-9.5)/14.3＝33.56％。具体计算结果如表3 所示：

表3基于相似工况和处理效果的成本测算

性能测试实验结果分析：从4个工况点成本对比来看，投加填料的成本比投加铁盐成本低30％～50％，并且还需要指出的是排水管网中铁盐投加方式与维护工作量远高于该设备的维护与填料更换。

从上述实验结果可以看出本发明的排水管网硫化氢气体除气装置及方法，在给定相同的去除效果时，使用成本大大降低，设备或用料投加工作难度和工作量也相对较低。

并且，本性能测试实验不考虑本发明装置的在水体内使用时对水体的复氧增加，然而本发明的装置在实际使用过程中毫无疑问是可以在硫化氢除气过程中增加水体内的复氧的。如此，本发明的装置的应用，可以加速铁碳填料电化学反应的阴极反应，向污水中释放更多的铁离子，并增加了污水的碱度，进一步提升水体内硫化氢的去除效率。即，本发明的装置实际使用过程中的效费比可以进一步的高于表3中所示出的结果。

Claims (8)

1.一种排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，包括支撑足(1)、安装在支撑足上的侧板(2)、安装于侧板(2)上的横杆(3)和安装于横杆(3)上的叶轮(4)；

所述的叶轮(4)由铁碳填料制成。

2.如权利要求1所述的的排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，所述的侧板(2)上还固定有至少两个吊耳(5)，所述的吊耳(5)上钩挂有吊件(6)。

3.如权利要求1所述的排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，所述的侧板(2)为至少一块。

4.如权利要求3所述的排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，所述的侧板(2)上安装有至少一组轴承(7)，所述的横杆(3)穿过安装于轴承(7)内圈。

5.如权利要求4所述的的排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，每个所述的横杆(3)上安装至少一个叶轮(4)；

所述的叶轮(4)包括轮座(41)、叶片(42)和轮座孔(43)，所述的轮座孔(43)为轮座(41)上的透孔，所述的叶片(42)至少为均匀固接于轮座(41)上的三个。

6.如权利要求5所述的的排水管网硫化氢气体除气装置，其特征在于，所述的轮座(41)和叶片(42)由可释放铁离子的普通铁碳填料高温烘烧后经压模一体成型。

7.一种排水管网硫化氢气体除气方法，其特征在于，该方法使用如权利要求1-6任一权利要求1所述的排水管网硫化氢气体除气装置；

所述的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网检查井(8)中水体内。

8.如权利要求7所述的排水管网硫化氢气体除气方法，其特征在于，所述的排水管网硫化氢气体除气装置放置于排水管网污水支管交汇处的跌水井或沉泥井的水体内。