Study of immobilization methods for sulfate-reducing sludge characterization through H2S production evaluation  

通過H?S產量評估的硫酸鹽還原污泥固定化方法研究  

來源：Corresponding author: rebeca.ignacia.castro@upc.edu

通訊作者: rebeca.ignacia.castro@upc.edu

 

摘要內容：  

研究評估了瓊脂、PVA（聚乙烯醇）和海藻酸鹽三種載體對硫酸鹽還原污泥的固定化效果，旨在建立適用于安培微傳感器快速檢測H?S的固定化方法。通過動力學實驗（72小時）和長期運行（30天）分析硫酸鹽消耗速率、COD去除率及機械穩定性，篩選最優載體，并在H?S監測平臺中驗證其適用性。  

 

研究目的：  

優化硫酸鹽還原污泥固定化方法，實現高效H?S產率表征，解決生物洗滌工藝中SO?還原階段缺乏原位監測技術的瓶頸問題。  

 

研究思路：  

1. 固定化方法設計：制備瓊脂、PVA、海藻酸鹽載體混合污泥（表1），評估載體與污泥的兼容性。  

 

2. 動力學實驗：在厭氧瓶中測試固定化污泥的硫酸鹽還原速率（圖1，表2）和COD去除效率。  

 

3. 長期穩定性驗證：在平板生物反應器（FPB）中運行30天，監測硫酸鹽和COD去除率（圖2），評估載體機械強度。  

 

4. H?S監測平臺應用：采用Unisense安培H?S微傳感器檢測PVA固定化污泥的H?S產量（圖11），驗證方法的監測可行性。  

 

測量數據及研究意義：  

1. 硫酸鹽消耗速率（表2）：  

   ? PVA和瓊脂的速率最高（5.02 mg/L·h），較對照組（2.84 mg/L·h）提升77%，證明固定化可顯著增強生物活性。  

 

2. COD去除與長期穩定性（圖2）：  

   ? PVA固定化污泥在30天內維持98%硫酸鹽去除率，且無載體降解，說明其機械穩定性優于瓊脂（60%）和海藻酸鹽（96小時解體）。  

 

3. H?S微傳感器響應（圖11）：  

   ? 微傳感器成功檢測0–300 μM范圍的H?S濃度，但高硫酸鹽濃度下信號非線性，揭示需優化底物濃度以匹配傳感器線性范圍。  

 

丹麥Unisense電極數據的詳細研究意義：  

使用Unisense安培H?S微傳感器首次實現固定化污泥的H?S原位監測（圖11）。其意義在于：  

1. 空間分辨率優勢：微傳感器尖端（推測直徑≤50μm）可穿透固定化基質直接測量生物膜界面H?S，克服傳統方法取樣破壞生物膜的局限。  

2. 過程動態解析：72小時連續監測顯示H?S產量隨硫酸鹽濃度增加而上升，但因超出傳感器線性范圍（0–300 μM）導致非線性響應，提示未來需調整底物梯度以匹配檢測限。  

3. 技術驗證價值：成功在PVA固定化體系中獲取H?S濃度信號，證實該方法適用于生物洗滌工藝的硫轉化過程原位表征。  

 

結論：  

1. 載體性能排序：PVA > 瓊脂 > 海藻酸鹽。PVA兼具高機械強度（無氮氣鼓泡降解）和生物活性（硫酸鹽還原速率5.02 mg/L·h），海藻酸鹽因磷酸鹽-鈣離子相互作用導致結構崩解。  

2. 監測可行性：PVA固定化污泥與Unisense微傳感器兼容，可實現H?S原位檢測，為SONOVA工藝優化提供實時數據支持。  

3. 應用限制：需控制硫酸鹽濃度在微傳感器線性范圍內（≤300 μM）以保證H?S信號準確性。