基于水体曝气复氧的排水管涵水体、底泥污染原位降解的反应机理

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发布时间: 2025-11-21

概要: 基于水体曝气复氧的排水管涵水体、底泥污染原位降解的反应机理

技术机理核心在于搅拌与复氧的协同效应:搅拌将底泥中蕴藏的污染物“暴露”出来,复氧提供净化污染物的“能量”和“武器”。其协同作用路径与污染物的转化过程如下图所示:

 

1.搅拌的作用:从“封闭体系”到“开放体系”

在静态复氧中,氧气只能作用于底泥表层。而搅拌实现了:

(1)底泥内污染物的全面暴露

将深层底泥中包裹的黑臭物质(如FeS、有机酸、H₂S) 营养盐(如NH₄⁺、PO₄³⁻) 全部释放到水体中,打破了底泥对污染物的“封存”状态。

将整个系统从“水-泥”分层的封闭/半封闭体系,转变为一个均质混合的开放反应体系

(2)反应接触面积的巨幅增加

搅拌将大块的底泥破碎成无数微小的颗粒,使得泥水充分混合。增加了污染物、微生物与氧气的接触面积,使得后续的化学反应和生物反应速率呈指数级提升。

 

2.反应阶段的协同推进

在搅拌创造的均质高效反应环境中,复氧触发的各类反应在全系统内同步、快速地发生。

第一阶段:化学氧化(快速除臭消黑)

搅拌将底泥深处的FeS和H₂S快速释放出来,使其与氧气充分接触。

1)瞬时除臭:H₂S + 2O₂ → SO₄²⁻ + 2H⁺。大量的H₂S被迅速氧化为无臭的硫酸根,恶臭在短时间内急剧下降。

2)快速消黑:4FeS + 3O₂ + 6H₂O → 4FeOOH(黄褐色)+ 4S。黑色的FeS被整体、快速地转化为黄褐色的FeOOH。底泥颜色发生根本性转变

第二阶段:好氧生物降解(核心净化过程)

搅拌将固态和吸附态的有机物变为悬浮态,极大地促进了生物降解。

1)有机物的彻底矿化

原本固定在底泥中的大分子有机物,被搅拌破碎并释放,更易被微生物酶分解。好氧异养菌获得充足的“食物”(有机物)和“氧气”(能量),快速进行代谢:有机物 + O₂ → CO₂ + H₂O + 能量 + 新细胞。底泥从“有机”向“无机”转化。

2)硝化作用的强化

被释放的氨氮(NH₄⁺)与氧气、硝化细菌充分混合,被高效地氧化为硝酸盐(NO₃⁻):NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻。

第三阶段:生态系统的重构与稳定化

在搅拌和复氧的共同作用下,系统发生根本性演变。

1)微生物群落的强制性演替

从厌氧环境转化好氧环境,抑制原有厌氧微生物群落,好氧微生物的繁殖创造了最优条件(氧气、食物、均匀分布)。好氧菌迅速成为优势菌群,生态系统功能从“产污”彻底转向“净污”。

2)底泥的稳定化与氧化层形成

随着有机质被大量消耗,底泥的骨架物质——无机的铁铝氧化物/氢氧化物(如FeOOH) 的相对比例显著增加。

当搅拌停止后,比重较大的无机颗粒会逐渐沉降。由于大部分有机质已被去除,沉降的底泥结构更密实。

持续复氧会在新形成的底泥表面建立一个坚固的黄褐色氧化层。氧化层因其化学稳定性和对磷等污染物的吸附固定能力,进一步降低水体中的磷含量。

 

综上,搅拌打破了物理屏障,使底泥中的污染物充分溶解;复氧打破了化学和生物屏障,提供了净化所需的溶解氧。两者结合,通过 “物理混合 → 化学氧化 → 生物降解” 的连锁反应,以远高于自然进程的速度,将①水体从缺氧黑臭转变好氧清水;②底泥从厌氧、还原、产污的“黑色有机”状态,转变成好氧、氧化、净污的“黄褐色无机”稳定状态

关键词: 基于水体曝气复氧的排水管涵水体、底泥污染原位降解的反应机理

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