申请日2011.08.16
公开(公告)日2012.02.15
IPC分类号C02F9/14; C02F3/34; C02F3/28
摘要
本发明属于废水处理技术领域，具体为一种硫酸盐废水的处理方法及装置。处理方法包括以下步骤：一级厌氧处理：将要处理的废水通过添加乙醇通过厌氧膨胀床进行一级厌氧。硫酸盐还原反应以及甲烷发酵基本是在一级厌氧反应器中完成的。二级厌氧处理：硫化物吹脱、厌氧污泥沉淀和二级厌氧进一步处理在组合式沉淀器中完成。二级厌氧对硫酸盐还原量很小，但可以去除30%~70%的有机物，并且COD去除率随一级厌氧降低而升高，保证了整套系统的有机物去除效率在较高水平。本发明处理装置包括厌氧膨胀床反应器、组合式沉淀器、进水泵、回流泵等。本发明不仅对高浓度硫酸盐废水的处理效果好，而且可提高有机物去除和甲烷发酵效率。
权利要求书
1.一种硫酸盐废水处理的装置，其特征在于包括：厌氧膨胀床反应器(1)，组合式沉淀器(2)，进水泵(5)，回流泵(6)，碱液吸收瓶，气泵(8)，流量计(9)，集气囊(10)，加热保温系统;其中，厌氧膨胀床反应器(1)为柱形体，底部为锥体，其底部通过管道与进水泵(5)相连;厌氧膨胀床反应器(1)侧边设有取样口，上部为气液分离部分，气体通过连接管道进入碱液吸收瓶收集，液体部分通过连接管道进入组合式沉淀器(2);厌氧膨胀床反应器(1)外周设有加热保温系统;组合式沉淀器(2)也为柱形体，底部为锥体，其底部通过管道与回流泵(6)相连;组合式沉淀器(2)的顶部设有连接另一碱液吸收瓶的气体输出管道接口，以及与厌氧膨胀床反应器(1)连接的进水管道的进水口，上端侧面设有出水口，组合式沉淀器(2)的中间是中心降流室(3)，该中心降流室(3)内侧的上流室中设置有悬浮填料层(4)，其余为沉淀区;组合式沉淀器(2)采用夹套式水浴加热;中心降流室(3)中下部设有鼓气装置，由输气管连接流量计(9)和集气囊(10);组合式沉淀器(2)壁与中心降流室(3)的间隔处有软性填料，组合式沉淀器(2)外围也设有加热保温系统;连接厌氧膨胀床反应器(1)和组合式沉淀器(2)的碱液吸收瓶吸收到的气体通过气泵(8)被收集到集气囊(10)中。
2.一种利用如权利要求1所述装置进行硫酸盐废水处理的方法，其特征在于具体步骤为：
首先，对厌氧膨胀床反应器(1)及组合式沉淀器2进行接种污泥驯化，驯化期间采用小流量低浓度的硫酸盐废水作为进水，其中进水为添加蔗糖和乙醇的硫酸盐废水，并调整乙醇/SO42-在一定范围内;驯化过程中保持反应器温度和回流率在一定范围内，采取连续进水的方式对硫酸盐还原菌、产酸菌和产甲烷菌各种微生物进行驯化，当反应器达到一定的流量及进水要求，污泥浓度相对稳定时，驯化结束;
然后，进行正常废水处理，开始调大硫酸盐废水进水量，并提高硫酸盐废水浓度，废水经进水泵(5)进入厌氧膨胀床反应器(1)，在硫酸盐还原菌、产酸菌和产甲烷菌各种微生物的作用下进行一级厌氧，经过一级反应，大部分物质被降解，其产气经由碱液吸收瓶集中到集气囊(10)中，其出水流入组合式沉淀器(2)的中心降流室(3)，进行吹脱，沉淀，吹脱气体为厌氧产生的沼气，并经过碱液吸收瓶对沼气进行纯化收集;经沉淀后的泥水通过回流泵(6)回流到厌氧膨胀床反应器(1)，以稀释原水底物浓度并保持生物量和上升流速;沉淀后的清液经过悬浮填料层污泥再次被降解，然后出水。
3.根据权利要求2所述的硫酸盐废水处理的方法，其特征在于厌氧膨胀床反应器(1)接种的污泥采用处理硫酸盐废水的颗粒污泥，接种后污泥的TSS为30~37 g·L-1，VSS为28~34g·L-1;驯化期间的进水通过添加蔗糖和乙醇控制COD/SO42-，调整COD/SO42-为7：1~15:1，乙醇/SO42-为1:1~3:1，COD浓度为1500 ~3000mg·L-1，SO42-浓度为150~300mg·L-1，调整pH为6.5~7.5，HRT为0.5~1.5d，反应器温度为30~40℃;经过一段时间的驯化，在厌氧膨胀床反应器的底部形成一个高浓度、高活性的污泥层，大部分的有机物在这里形成CH4和CO2;COD去除率达到88%以上，硫酸盐的去除率达到10%以上，驯化过程结束。
4.根据权利要求3所述的硫酸盐废水处理的方法，其特征在于在进行正常废水处理时，进水流量调整为18~25 L·d-1，进水COD/SO42-仍保持不变，进水COD浓度为5500~6200 mg·L-1，SO42-浓度为500~650 mg·L-1，乙醇/SO42-为2：1~3：1，反应器中的水温在30~40℃，pH值在6.5~7.5的范围内波动。
5.根据权利要求2、3或4所述的硫酸盐废水处理的方法，其特征在于其中组合式沉淀器(2)采用5~10倍的回流率，由回流泵(6)控制。
说明书
一种硫酸盐废水的处理装置及方法
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种硫酸盐废水的处理装置及方法。
背景技术
近几年，硫酸盐废水的污染日趋严重，很多生产领域涌现出大量的含高浓度硫酸盐的工业废水，如化工、制药、制革、造纸、发酵、食品加工和采矿等，并且硫酸盐废水有污染面积大，潜伏周期长，难以治理的特点。在众所周知的淮河流域水污染问题中，富含硫酸盐的味精废水是第二大污染源。另外我国很多城市的地下水已经受到了不同程度的硫酸盐污染。因此寻求行之有效的硫酸盐废水处理工艺已成为环境工程界普遍关注的问题。
酸性矿山废水的污染是一个全球性问题。自40年代以来，国外对酸性矿山废水的成因和防治进行了大量的研究。从70年代开始，我国也积极采用各种方法对矿山酸性废水进行治理。目前国内外采用的方法主要以石灰石或石灰作中和剂的中和法和湿地法进行处理。但中和法产生的巨量固体废弃物硫酸钙难以处置，引起严重的二次污染。湿地法处理酸性矿山废水，具有投资少，运行费用低，易于管理等优点;但是，湿地法占地面积大，处理受环境影响很大，并且对硫的处理也不彻底，残余H2S从土壤中逸出进入大气，污染环境，而且湿地法还需要一定的自然条件，因此，湿地法在应用上受到了一定限制。微生物法处理含硫酸盐酸性矿山废水具有成本低，适用性强，无二次污染，并可回收单质硫等优点，目前受到国内外环境工作者的广泛关注。
对于富含硫酸盐的有机废水主要采用破坏性的生物技术，也就是利用微生物的作用将有机物转化分解。由于富含硫酸盐的有机废水有机物浓度较高，一般采用厌氧生物处理技术处理，现行厌氧生物处理工艺有：升流式厌氧污泥床、厌氧滤池、厌氧流化床等单相厌氧工艺和两相厌氧工艺及一些在两相厌氧基础上发展起来的联合工艺。
就生物处理技术而言，现有的技术主要针对富含高浓度硫酸盐的有机废水，其重点是将此类废水视为高浓度有机废水，而对其进行厌氧消化产甲烷处理。
国内外多采用两相厌氧工艺使菌种代谢分离以避免底物竞争性抑制[1,2]，结果表明在酸相中降低pH和COD/SO42-[3,4]，使用高温(55℃)[5,6]，及利用H2/CO2、含H2气体(煤气)或H2的前体(甲醇、乙醇、乳酸等)作为电子供体[7~8]可提高SRB对底物的竞争优势，促进SO42-还原，减少SO42-对甲烷相的影响。由于酸相中产气很少，控制H2S的毒性抑制还需用惰性气体(N2等)或少量空气吹脱降低硫化物浓度[9,10]。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种对硫酸盐和有机物去除效率高的处理高浓度硫酸盐废水的装置及方法。
本发明提供的处理高浓度硫酸盐废水的装置，采用两级厌氧与循环气提吹脱工艺，装置包括：厌氧膨胀床反应器1，组合式沉淀器2， 进水泵5，回流泵6，碱液吸收瓶，气泵8，流量计9，集气囊10，加热保温系统。其中，厌氧膨胀床反应器1为柱形体，底部为锥体，其底部通过管道与进水泵5相连;厌氧膨胀床反应器1侧边设有取样口，上部为气液分离部分，气体通过连接管道进入碱液吸收瓶收集，液体部分通过连接管道进入组合式沉淀器2;厌氧膨胀床反应器1外周设有加热保温系统;组合式沉淀器2也为柱形体，底部为锥体，其底部通过管道与回流泵6相连;组合式沉淀器2的顶部设有连接另一碱液吸收瓶的气体输出管道接口，以及与厌氧膨胀床反应器1连接的进水管道的进水口，上端侧面设有出水口，组合式沉淀器2的中间是中心降流室3，该中心降流室3内侧的上流室中设置有悬浮填料层4，其余为沉淀区;组合式沉淀器2采用夹套式水浴加热;中心降流室3内下部设有鼓气装置，由输气管连接流量计9和集气囊10;组合式沉淀器2壁与中心降流室3的间隔处有软性填料，组合式沉淀器2外围也设有加热保温系统;连接厌氧膨胀床反应器1和组合式沉淀器2的碱液吸收瓶收集的气体通过气泵8被收集到集气囊10中。
本装置中，厌氧膨胀床反应器1是硫酸盐废水的一级厌氧处理装置，通过出水的大比例外循环以降低进水中高浓度硫酸盐和有机物对厌氧污泥的影响，并采用气提吹脱的方法去除循环水中的硫化氢，降低循环水中的硫含量，减少其毒性作用。
本装置中，组合式沉淀器2是硫酸盐废水的第二级厌氧反应区，它代替了三相分离器的固液分离作用，并在沉淀器的中心降流室内采用惰性气体(如脱硫后的沼气或氮气等)对循环水进行气提吹脱并且提供了良好的泥水分离条件，在组合沉淀器中加入悬浮填料层(不堵塞)形成第二级厌氧反应区，不仅可以有效拦截少量难以沉淀的污泥，而且可以加强反应器的处理效果，提高出水质量。
集气囊10的作用是对沼气的收集，并连接气体流量计对中心降流室进行吹脱。
本发明装置进行硫酸盐废水处理的步骤如下：
首先，对厌氧膨胀床反应器1及组合式沉淀器2进行接种污泥驯化，驯化期间采用小流量低浓度的硫酸盐废水作为进水，其中进水为添加蔗糖和乙醇的硫酸盐废水，并调整乙醇/SO42-在一定范围内。驯化过程中保持反应器温度和回流率在一定范围内，采取连续进水的方式对硫酸盐还原菌(SRB)、产酸菌(AB)和产甲烷菌MPB等各种微生物进行驯化，当反应器达到一定的流量及进水要求，污泥浓度相对稳定时，驯化结束。开始进行正常进水(进行废水处理)。
然后，进行正常废水处理，开始调大硫酸盐废水进水量，并提高硫酸盐废水浓度，废水经进水泵5进入厌氧膨胀床反应器1，在硫酸盐还原菌(SRB)、产酸菌(AB)和产甲烷菌MPB等各种微生物的作用下进行一级厌氧，经过一级反应，大部分物质被降解，其产气经由碱液吸收瓶集中到集气囊10中，其出水(泥水混合物)流入组合式沉淀器2的中心降流室3，进行吹脱，沉淀，吹脱气体为厌氧产生的沼气，并经过碱液吸收瓶对沼气进行纯化收集;经沉淀后的泥水通过回流泵6回流到厌氧膨胀床反应器1，以稀释原水底物浓度并保持生物量和上升流速;沉淀后的清液经过悬浮填料层(二级厌氧)污泥再次被降解，然后出水。
本发明中，厌氧膨胀床反应器1接种的污泥采用处理硫酸盐废水的颗粒污泥，接种后污泥的TSS为30~37 g·L-1，VSS为28~34g·L-1。驯化期间的进水通过添加蔗糖和乙醇控制COD/SO42-，一般调整为7：1~15:1，乙醇/SO42-为1:1~3:1，COD浓度为1500 ~3000mg·L-1，SO42-浓度为150~300mg·L-1，pH调整为6.5~7.5，HRT为0.5~1.5d，设定反应器温度为30~40℃;经过一段时间的驯化，在厌氧膨胀床反应器的底部形成一个高浓度、高活性的污泥层，大部分的有机物在这里形成CH4和CO2;反应器的COD去除率达到88%以上，硫酸盐的去除率达到10%以上，驯化过程结束。
本发明中，进行正常废水处理时，进水流量调整为18~25 L·d-1，进水COD/SO42-仍保持不变，进水COD浓度为5500~6200 mg·L-1，SO42-浓度为500~650 mg·L-1，乙醇/SO42-为2：1~3：1，反应器中的水温在30~40℃，pH值在6.5~7.5的范围内波动。
本发明中，其中组合式沉淀器2采用5~10倍的回流率，由回流泵6控制，反应器的温度控制在30~40℃。
乙醇的添加有利于提高有机物去除和甲烷发酵效率，调节乙醇/SO42-为1：1~3：1，采取沼气对硫化物进行吹脱，可减小对各种菌间的毒性抑制作用，厌氧膨胀床反应器一级厌氧的COD去除率为78%~80%，系统的COD去除率为90%~95%;系统的硫酸盐还原率83%~89%，一级厌氧的硫酸盐还原率为82%~88%，乙醇对改善硫酸盐还原的作用十分明显。
本发明的有益效果：
针对含硫酸盐有机废水厌氧生物处理过程中出现的不利因素(各菌种间的竞争性抑制作用和SO42-还原产生H2S的毒性抑制作用)，根据硫酸盐还原菌(SRB)、产酸菌(AB)和产甲烷菌(MPB)的生态位特征，采用两级厌氧与循环气提吹脱工艺，通过添加乙醇控制乙醇/SO42-，当二者比值及回流率在一定范围内情况下，系统的硫酸盐还原率可达到83%~89%，一级厌氧的硫酸盐还原率提升至82%~88%，乙醇对改善硫酸盐还原的作用十分明显，系统的COD去除率可以达到90%~95%，最终硫酸盐废水得到了有效地处理。