1. 课题来源与背景： 1.1 课题来源 本项目主要开展排水系统有害气体产生排放的机理研究，建立相应的数学模型用于整体性预测、评估，和开发一个通用性的控制方法用于解决局部性有害气体危害。本项目在2012年广东省科技攻关重点专项--社会发展项目计划类别立项。 1.2 课题背景 城市排水系统的有害气体污染（如H2S、NH3和CH4等）问题严重，已造成一系列恶臭、腐蚀、爆炸事故，严重威胁城市居民的身体健康和财产安全。因此，开展排水系统有害气体产生排放的机理研究，建立相应的数学模型用于整体性预测、评估，并开发一个通用性的控制方法用于解决局部性有害气体危害，是目前市政排水管网管理与维护中的迫切需求，也是保证居民健康、人身和财产安全的要求。

    2. 研究目的与意义： 本研究将开发一套可应用城市排水系统的有害气体产生排放预测和控制技术，用于对城市排水管网中的H2S、NH3和CH4等有害气体进行全面和系统的评估、预测与控制技术或设备。应用该技术，可以解决目前困扰我国城市排水系统管理部门的有害气体污染问题，为保障居民身体健康和安全提供科学依据。

    3. 主要论点与论据： 1）机理实验研究，主要通过实验室小试和中试实验，针对S、N、C各种物质在下水道环境中的生物化学转化过程，探寻各种H2S、NH3、CH4等气体的产生条件与控制因子。 2）数学模拟研究，主要是将所有的反应机理转化为数学模型，并建立了污水-生物膜-管道大气三相耦合的数学模型，模拟有害气体在排水管道中的产生于排放情况。（计算机软著，登记号2015SR266413；授权专利ZL 201610136984.5） 3）多种控制技术，研发了能够适应下水道潮湿环境的吸附剂，以原位吸附/吸收多种有害气体，能达到减轻管网局部污染的效果；研发一种可直达“靶心”限制生物膜底层SRB活动的低成本可再生铁基材料，实现了单次投加40天、再生使用200天内无H2S产生的长效控硫效果；研究了投加硝酸盐在下水道控硫的长效控制效果；揭示投加硝酸盐控硫技术的失效现象与原因，阐释硝酸盐对生物膜内部SRB活动的负面反馈机制；解释铁盐控制下水道H2S的生化机制与应用局限性、提出最优化实施策略。（授权专利ZL 201510201525.6; Water Practice and Technology 2013, 8(1): 33; Water Res. 2016, 100, 421-428; Water Res. 2019,157: 621-629; Water Res. 2019, 164: 114914） 4）该技术于2013年应用于香港国际机场的排水管道系统（管长700 m，管径0.7 m，日排水量1.8万m3/d，出水口H2S气体浓度最大能达200 ppm）和2015年应用于香港净化海港计划跨海深遂排污管网系统（世界最深、亚洲最长深层排水系统，总长47km，日排水能力180万吨），成功地实现了H2S污染的溯源追踪、产排预测和控制策略优化。（Water Res. 2019, 154: 94-103; Environ. Int. 2019, 131, 105011）。

   4. 创见与创新 ：本项目开发的关键技术，是城市排水管道中H2S、NH3和CH4等有害气体的产生、排放过程模拟和定量化预测。在该技术中，通过机理研究建立数学模型。这一数学模型是一个机理模型，以尽量真实、科学地反应排水管道中的各种污染物转化过程为重点，模拟了城市排水管道中13种物质在污水中、生物膜中、气体中的各种物理、化学和生物作用下的物质转化和浓度变化。 这模型的特点是： （1）具备污水-生物膜-气体三相耦合的数学模拟功能； （2）在水相中，建立了1维动态下水道污水相水质转化数学模型，整合了水力模式、迁移与分散模式、复氧模式和微生物反应模式，可以预测污水水相中各种污染物的输送、扩散和生物化学反应； （3）在固相生物膜中，开发了一个2维动态、可模拟生物膜厚度和密度动态变化、可反映微生物竞争的下水道多菌种生物膜模型，该生物膜模型全面考虑了粘附、剥落、扩散和生物膜中的各种生物化学反应过程，可以模拟硫化氢产生过程、甲烷产生过程和有机氨水解过程； （4）气相部分，建立了排水管道有害气体释放模型，可以计算硫化氢、氨气和甲烷在不同水动力、管道结构条件的释放速率与强度，评估管道中有害气体的累积浓度和危害。 经过香港国际机场的现场实验，这一模型的预测准确性已经得到验证。这个包括污水、生物膜、管道气体三个界面的排水管道有害气体产排预测技术是国内首创，目前未有发现类似技术出现。因为在国内尚无类似技术出现，本项目研发的技术已经在香港地区得到应用，实现了技术服务的出口创汇。 据此可以认为，本技术在创新性和先进性方面达到了国内首创、国内一流的程度。

    5. 社会经济效益，存在的问题： 5.1 社会经济效益： 本项目作为一项环境保护技术，旨在减轻和控制排水管道中有害气态污染物对环境的污染和管道的破坏。通过本项目的技术研究，形成的有害气体控制技术若得到实施，可以切实地减少环境污染和管道腐蚀，减少人民健康风险和国家资产损失，形成较高的社会效益。同时，技术通过技术服务，也可以获得一定的经济效益。如本课题执行期间，通过香港科大研究开发有限公司，承接了香港国际机场排水系统恶臭气体控制的咨询项目，主要负责其中的恶臭气体产排预测、控制技术方案优化等工作，实现了从应用基础研究到技术服务的转化，显著降低了排水管网的安全风险，提升了周边区域的环境质量。 5.2： 存在的问题 无。