申请日2016.01.12
公开(公告)日2017.10.13
IPC分类号C02F3/30; C02F3/12
摘要
一种在生物废水处理中去除有机碳的方法，包括以下步骤：(a)用单质硫作为电子载体将有机碳氧化为二氧化碳，并将单质硫还原成硫化物;(b)使用自动ORP控制器，通过控制一种或多种回流比以将氧化还原电位(ORP)维持在‑360mv至‑420mv的范围内，从而通过回流的硝酸盐将硫化物氧化成单质硫;(c)将硫化物氧化期间形成的单质硫回流用于氧化有机碳;和(d)将氨氮氧化成硝酸盐，然后部分回流用于硫化物氧化。
权利要求书
1.一种在生物废水处理中去除有机碳的方法，包括以下步骤：
(a)用单质硫作为电子载体将有机碳氧化为二氧化碳，并将所述单质硫还原成硫化物;
(b)通过使用自动ORP控制器来自动控制一种或多种回流比，以将氧化还原电位(ORP)维持在-360mv至-420mv的范围内，从而将所述硫化物氧化成单质硫，
(c)将所述硫化物的氧化期间形成的所述单质硫回流，以用于有机碳的氧化;和
(d)将氨氮氧化成硝酸盐，然后将所述硝酸盐部分回流以进行硫化物的氧化。
2.根据要求1所述的方法，其中所述有机碳的氧化是通过异养硫还原菌进行的。
3.根据要求1所述的方法，其中所述单质硫的氧化是通过自养硫氧化菌进行的。
4.根据要求3所述的方法，还包括通过自养硫氧化菌，利用硝酸盐或氧气将硫化物氧化成单质硫。
5.根据要求3所述的方法，其中所述硫化物的氧化还包括另外两个步骤：(i)通过自养硝化菌将氨氮氧化成硝酸盐;和(ii)通过自养反硝化作用将硝酸盐还原成氮气，同时将硫化物氧化成单质硫。
6.根据要求4所述的方法，还包括通过自养硝化菌利用氧气将氨氮氧化。
7.一种以序批式反应器(SBR)模式运行单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺的方法，包括：
-提供两个单独的SBR，第一个SBR(SBR1)和第二个SBR(SBR2);
-其中SBR1包括四个间歇反应器，并且根据以下步骤操作：
将污水引入SBR1的第一个反应器，
将污水输送到SBR1的第二个反应器，并且以厌氧模式操作所述SBR1的第二个反应器以产生硫化物废水，
将所述硫化物废水输送到SBR1的第三个反应器，并且以缺氧模式操作所述第三个反应器以产生脱氮废水，以及
将所述脱氮废水输送到SBR1的第四个反应器，并使所述脱氮废水沉降并倾析以产生含氨氮出水和污泥;
-SBR2包括3个间歇反应器，并根据以下步骤操作：
用来自SBR1的所述第四个反应器的含氨氮出水填充SBR2的第一个反应器，
将所述含氨氮出水通入SBR2的所述第二个反应器，并以有氧模式操作该第二个反应器，以将氨氮硝化为硝酸盐，从而产生硝酸盐废水，
使硝酸盐废水输送到SBR2的第三个反应器，并使所述废水沉降并倾析以产生出水;和
根据以下步骤回收各个步骤的产物：
将在SBR1的所述第四个反应器中产生的污泥输送到SBR1的所述第一个反应器，
将SBR2的所述第三个反应器的所述出水输送到SBR1的所述第三个反应器和SBR2的所述第一个反应器。
8.根据要求7所述的方法，还包括向输送到SBR1的所述第一个反应器的污泥中加入含硫化合物。
9.根据要求8所述的方法，还包括在厌氧模式下将有机碳氧化成CO2并将单质硫和所加入的所述含硫化合物还原成硫化物。
10.根据要求7所述的方法，还包括在SBR1的所述第三个反应器中，在缺氧模式下硫化物的自养反硝化，其中所述自养反硝化利用硝酸盐使二氧化硫转化成单质硫。
11.一种以序批示反应器(SBR)的模式运行简化的单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺的操作方法，包括：
-提供两个单独的SBR，第一个SBR(SBR1)和第二个SBR(SBR2);
-SBR1包括四个间歇反应器，并根据以下步骤操作：
将污水引入SBR1的第一个反应器，
将所述污水输送到SBR1的第二个反应器，并且以厌氧模式操作SBR1的所述第二个反应器以产生硫化物废水，
将所述硫化物废水输送到SBR1的第三个反应器，并在缺氧模式下操作该第三个反应器以产生脱氮废水，以及
将所述脱氮废水输送到SBR1的第四个反应器，并使所述脱氮废水沉降并倾析以产生含氨氮出水和污泥;
-SBR2包括3个间歇反应器，并根据以下步骤操作：
用来自SBR1的第四个反应器的所述含氨氮出水填充SBR2的第一个反应器，
将含氨氮出水输送到SBR2的第二个反应器，并以有氧模式操作该第二个反应器，以将氨氮硝化为硝酸盐，从而产生硝酸盐废水，
将所述硝酸盐废水输送到SBR2的第三个反应器，并使所述废水沉降并倾析以产生出水;和
根据以下步骤回收各个步骤的产物：
将在SBR1的所述第四个反应器中产生的所述污泥输送到SBR1的所述第一个反应器，
将SBR2的所述第三个反应器的所述出水输送到SBR1的所述第三个反应器和SBR2的所述第一个反应器。
说明书
用于生物废水处理的单质硫内循环-SANI(ISC-SANI)工艺
技术领域
本公开涉及单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺以及使用该工艺处理生物废水的方法。
背景技术
提供大量的污水处理以及所产生的污泥的处理是许多国家面临的挑战。污泥处理成本高达污水处理成本的50%，需要消耗能源并产生温室气体排放。无需污泥处置且不需要大量硫源的工艺在环境和经济上是可行的。
自从1914年Ardern和Lockett发明了活性污泥处理工艺以来，常规的生物去除碳和氮的方法变化很小。几乎一个世纪以来，二级处理中的生物处理过程保持不变，即，通过异养碳氧化使电子从碳流向氧。在20世纪60年代，通过引入自养硝化和异养反硝化工艺的生物除氮(BNR)工艺来修正二级处理工艺。在常规的BNR工艺中，如图4所示，通过一体化的碳氮循环电子从有机碳流向氧气。然而，异养反硝化具有很高的污泥产率，产生大量的污泥废物。因此，BNR工艺需要增加后续处理和处置。取决于污泥龄，污水中约50%-60%的有机碳将转化为CO2，其余40%-50%转化为污水污泥。
在香港，海水用于厕所冲洗。如图5所示，通过利用高盐度污水中的硫酸盐离子，香港科技大学开发了硫酸盐还原、自养反硝化和硝化一体化(SANI)工艺(Lau等人，2006;Lu等人，2009;Wang等人，2009)。在SANI工艺中，在第一个反应器中有机碳被硫酸盐氧化成CO2，而硫酸盐通过硫酸盐还原菌被还原为溶解性硫化物。在第三个反应器中，氨氮被氧通过自养硝化细菌氧化成硝酸盐。然后将硝酸盐回流到第二个反应器中，通过自养反硝化细菌与硫离子发生反应并转化为氮气，而硫离子转化回硫酸根离子。
在以往的研究中，已经提出了如图1所示的利用内部硫循环(ISC)工艺回收单质硫的方法。单质硫在废水处理中用作电子受体和最终产物，因此硫酸盐不参与该过程。然而，ISC工艺没有考虑除氮。利用氧将硫化物氧化时很难控制单质硫作为其主要的产物。这意味着大部分硫被进一步氧化成硫酸盐，然后从体系中除去，因此导致硫损失。
发明内容
本发明的主题涉及生物废水处理中去除有机碳的方法，包括以下步骤：(a)用单质硫作为电子载体将有机碳氧化为二氧化碳，并将单质硫还原成硫化物;(b)通过使用自动ORP控制器控制一种或多种回流比以将氧化还原电位(ORP)维持在-360mv至-420mv的范围内，利用回流的硝酸盐将硫化物氧化成单质硫;(c)将硫化物氧化期间形成的单质硫回流以氧化有机碳;和(d)将氨氮氧化成硝酸盐，然后部分循环硝酸盐以用于氧化硫化物。
在另一个非限制性实施例中，本发明的主题涉及在序批式反应器(SBR)的模式中，进行单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺的方法，包括如下步骤：提供两个独立的SBR，第一个SBR(SBR1)和第二个SBR(SBR2);其中SBR1包括四个间歇式反应器，并且根据以下步骤操作：将污水引入SBR1的第一个反应器，将污水输送到SBR1的第二个反应器，并在厌氧模式下操作SBR1的第二个反应器以产生硫化物废水，将硫化物废水输送到SBR1的第三个反应器并且在缺氧模式下操作第三个反应器以产生脱氮废水，并将脱氮废水输送到SBR1的第四个反应器，并使脱氮废水沉淀和倾析以产生含氨氮出水和污泥;其中SBR2包括3个间歇式反应器，并且根据以下步骤操作：将来自SBR1的第四个反应器的含氨氮出水引入SBR2的第一个反应器，再将含氨氮废水输送到SBR2的第二个反应器，并在有氧模式下操作第二个反应器，从而将氨氮硝化为硝酸盐以产生硝酸盐废水，将硝酸盐废水传送到SBR2的第三个反应器，并使废水沉降并倾析以产生出水，并根据以下步骤回收各个步骤的产物：将在SBR1的第四个反应器中产生的污泥通入SBR1的第一个反应器，并将SBR2的第三个反应器的出水通入SBR1的第三个反应器和SBR2的第一个反应器。
在另一非限制性实施例中，本发明主题涉及以序批式反应器(SBR)的模式操作简化的单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺的方法，包括：提供两个单独的SBR，第一个SBR(SBR1)和第二个SBR(SBR2);SBR1包括四个间歇式反应器，并根据以下步骤操作：将污水引入SBR1的第一个反应器，将污水输送到SBR1的第二个反应器，并以厌氧模式操作SBR1的第二个反应器，以产生硫化物废水，将硫化物废水输送到SBR1的第三个反应器并且以缺氧模式操作第三反应器以产生脱氮废水，并将脱氮废水输送到SBR1的第四个反应器，并使脱氮废水沉降并倾析，以产生含氨氮出水和污泥;SBR2包括3个间歇式反应器，并且根据以下步骤操作：将来自SBR1的第四个反应器的含氨氮出水引入SBR2的第一个反应器，将含氨氮出水通入SBR2的第二个反应器，在有氧模式下运行第二反应器以将氨氮硝化为硝酸盐以产生硝酸盐废水，将硝酸盐废水输送到SBR2的第三个反应器，并使废水沉降并倾析以产生出水，并根据以下步骤循环各个步骤的产物：将在SBR1的第四个反应器中产生的污泥输送到SBR1的第一个反应器，并将SBR2的第三个反应器的出水输送到SBR1的第三个反应器和SBR2的第一个反应器。