厌氧反应器在污水处理中的作用

厌氧反应器在污水处理中的作用

由于铁腐蚀析氢速率对其运用于厌氧消化过程至关重要，所以，目前有关铁腐蚀析氢速率的研究呈上升趋势，主要是通过测定厌氧系统内氢分压的变化来确定产氢速率.有研究用零级反应模型分别估算了5种形态铁的产氢速率，并用实验数据予以佐证;模型中将铁腐蚀析出的氢分成进入铁晶格中和溶入气相与液相中两份，产H2计算方法以式(4)为依据.由于铁晶格中的氢多以氢原子形态存在，不直接参与污泥厌氧消化，所以，仅以Rapp来模拟铁腐蚀析氢速率.分析结果表明，对于粒径(d)在22~168μm的铁屑，其析氢速率在0.2~3.03 mmol·kg-1·d-1范围，实际H2产量在2.38~3.62 mL·d-1之间.也有人通过实验测定d=0.5~2.0 mm铁屑在水中腐蚀析氢的速率为5.8×10-2 mg·kg-1·h-1，即，若要在1 h内产生1 kg H2需要投加1.7×108 kg的铁屑.在厌氧消化系统中，因酸化微生物存在，生成的有机弱酸会加速铁腐蚀析氢，所以，铁量实际需求应少于计算结果.

式中，Rcorr为校正后的析氢速率(mmol·kg-1·d-1);Rapp为H2溶入液相和气相中的速率(mmol·kg-1·d-1);ks为西弗茨速率常数(mmol·kg-1·d-1·kPa-0.5);PH2为平均氢分压(kPa).

虽然理论上每mol的Fe可以生成1~1.33 mol的H2，但在实际厌氧消化系统中，铁腐蚀析氢速率受水质和铁的特征影响很大，如，水的pH、氧化还原电位(ORP)、碱度、溶解氧(DO)和铁的比表面积等.有人分别测定了纳米铁(nZVI)、微米铁(mZVI)和颗粒铁(granular ZVI)粒径、比表面积(BET)与腐蚀速率之间的关系，发现金属颗粒粒径越小、金属比表面积越大，析氢腐蚀越迅速.有人也分析了铁表面氧化产物对铁腐蚀析氢速率的影响，发现其作用主要表现在两个方面：①铁的氧化产物(如Fe3O4)可以促进电子转移，进而提高铁腐蚀析氢速率;②铁的氧化产物在细胞表面过度积累会造成细胞结构破坏，导致微生物活性下降、处理效果变差.可见，铁表面适量氧化产物对铁腐蚀析氢是有利的，但其量要保持在适度范围之内，否则会影响系统微生物活性，甚至导致运行失败.