西安建筑科技大学等研究团队在《Science of the Total Environment》发表重要研究成果， 首次提出并验证了利用空气纳米气泡注入技术控制重力污水管道中硫化物生成的新方法。该技术通过可持续供氧，有效抑制了硫化物的产生，为解决重力管道腐蚀与恶臭问题提供了高效、经济的创新方案。
技术核心：空气纳米气泡注入系统与实验设计
针对传统空气或氧气注入法因氧溶解度低而不适用于重力污水管道的问题，本研究创新性地提出了空气纳米气泡注入方法 。研究构建了四套实验室规模的模拟重力污水管道反应器（RC、ER1、ER2、ER3），分别作为对照组、传统空气注入组以及两个不同时长的ANB注入组（30分钟和60分钟）。ANB由一台**NANO-LF1500纳米气泡发生器（中国行恒科技）** 产生，工作压力为0.4 MPa,实验装置示意图:
抑硫效能显著：远超传统曝气
长期运行结果表明，ANB注入对硫化物生成表现出显著的抑制效果 。在运行的第二阶段，ER3反应器（每日ANB注入60分钟）的总硫化物平均浓度相比对照组降低了45.36% ，抑制效率是传统空气注入（ER1，抑制率12.08%）的**3.75倍,**硫化物浓度变化:
方差分析（ANOVA）证实了不同处理组间硫化物浓度的差异具有统计学显著性:
微生物群落响应：抑制SRB，促进SOB
通过对污水管道生物膜的微生物群落进行高通量测序分析，研究发现ANB注入显著改变了生物膜的微生物组成。
- 硫酸盐还原菌（SRB）丰度下降 ：在ER3反应器中，SRB的总相对丰度相比对照组降低了40.57%。
- 硫氧化细菌（SOB）丰度上升 ：硫氧化细菌（如Sulfuricurvum 和Sulfurospirillum）的相对丰度显著增加:
- 群落多样性改变：ANB注入增加了生物膜的微生物多样性（Shannon指数升高），并改变了优势菌群的构成:
这些变化表明，ANB注入的抑硫机制是双重的：既通过抑制SRB活性来减少硫化物的生成，又通过促进SOB的生长来氧化已生成的溶解性硫化物。
作用机理：持续供氧与生物膜结构改变
ANB注入的卓越效果源于其独特的物理化学性质：
- 卓越的氧传质与持续供氧能力 ：批次实验显示，ANB注入能在10分钟内将溶解氧（DO）浓度提升至8.92 mg/L ，是传统空气注入最高值的5.04倍:
DO浓度超过0.5 mg/L的时间可持续70-80分钟，远长于空气注入的10-15分钟。
- 氧化还原电位（ORP）提升：DO浓度的提高带动了污水ORP的上升，最高达到-58.2 mV（空气注入为-121.8 mV），创造了不利于SRB生长的微环境:
- 改变生物膜形态结构 ：扫描电镜（SEM）观察发现，ANB处理后的生物膜表面呈现多孔结构 （详见原文 Fig. 5(e)），推测纳米气泡易被生物膜空间结构捕获，增强了氧分子向生物膜内部的渗透，从而从物理结构上改变了微生物的生存环境,传统生物膜形态:
经济性分析与工程应用潜力
成本效益分析显示，ANB注入技术具有显著的经济优势 。计算得出，去除每公斤硫化物的特定成本消耗，ANB注入为1.7美元/kg-S，仅为传统空气注入（24.8美元/kg-S）的6.85%。这种低成本归因于ANB的高气体利用率和可持续供氧能力。
尽管ANB注入的总体抑硫效率（45.36%）低于某些化学投加方法，但其无需投加化学药剂，避免了给下游污水处理厂带来额外负担，是一种环境友好的"无化学药剂"策略。研究指出，若使用纯氧而非空气制备纳米气泡，抑硫效率有望进一步提高。
结论
本研究首次量化并评估了ANB注入技术在重力污水管道中控制硫化物的有效性。主要结论包括：
- ANB注入对硫化物产生的平均抑制率达到45.36% ，效率是传统空气注入的3.75倍。
- 该技术通过提供持续、高浓度的溶解氧，改变生物膜微环境与结构，从而抑制SRB活性并促进SOB生长，实现硫化物产生与氧化的双重控制。
- ANB注入的运行成本极低，具备显著的经济和环境效益，为管理重力污水管道的腐蚀与恶臭问题提供了一种极具前景的新方法。
文献来源 : Science of the Total Environment808 (2022) 152203.
源文献链接 : https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.152203
基金支持: 国家自然科学基金（No. 52000146, 51778523）等。
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