CN101234831A - 废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种废水脱氮与沼气脱硫的耦联工艺，其特点是：废水或经过预处理的废水进入厌氧消化单元，厌氧消化单元将废水中有机物转化成沼气，有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，有机氮转化成氨态氮。沉淀后的厌氧消化单元出水进入消化液好氧处理单元，消化液好氧处理单元将残余有机物降解，并将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。脱氮脱硫单元采用塔式反应器，沉淀后的好氧处理单元出水从塔式反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从塔式反应器底部进入反应器。塔式反应器将硝态氮或亚硝态氮转化成氮气，并将硫化氢转化成单质硫或硫酸盐。本发明的优点表现在：废水中的氮与沼气中的硫同时脱除；厌氧消化液脱氮不需要外加碳源；沼气脱硫不需提供另外的催化剂和氧化剂；产生很少生物污泥；运行费用低。

Description

废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺
技术领域
本发明属于环境工程废水处理领域，适用于畜禽养殖、发酵、化工等废水的脱氮以及沼气脱硫，也适宜于城市污水脱氮和污泥消化气的脱硫。
背景技术
对于高浓度有机废水，一般采用厌氧消化工艺进行前处理，去除绝大部分有机污染物，减轻后续好氧处理的负荷，同时回收能源-沼气，然后再进行好氧后处理。一般地，高浓度有机废水都含有相当数量的有机硫或无机硫，在厌氧消化过程中被转化成硫化氢，而随沼气排除，因此，沼气中含有一定数量的硫化氢。由于硫化氢具有腐蚀性，在沼气利用前，需要进行脱硫处理。同时，许多高浓度有机废水也是高氮废水，如养殖场废水，发酵废水以及化工废水等。在厌氧消化过程中，绝大部分有机物(碳)被降解，但是氮基本没有去除。结果，厌氧消化液成为一种高氮低碳废水。如果再对这种高氮低碳的厌氧消化消化液进行好氧后处理，效果都比较差，特别是对氮的去除效果差，不能满足排放标准。厌氧消化液好氧后处理效果差的关键是由于其高氮低碳特性，不能满足反硝化作用所需的碳源，因此反硝化作用弱，硝化作用消耗的碱度不能得到回补，致使处理系统“酸化”，微生物性能恶化。加碱或添加外源有机物质是人们通常采用的改进方法，但是加碱或添加外源有机物质大大增加了处理设施、运行费用和操作强度，在工程上难以实施。基于此，对于这类高氮高浓度有机废水，一些研究者放弃厌氧前处理，直接进行好氧处理。尽管直接好氧处理能取得较好的有机污染物和NH4 +-N(氨态氮)去除效果，但是由于这类废水的污染物浓度很高，采用好氧工艺直接处理时，一般需要对废水进行稀释或采用较长的水力停留时间(HRT)，两者都会加大反应器容积和供氧能耗。而对原废水进行稀释，还会增加因稀释水所致的成本。
目前，沼气中硫化氢脱除方法主要有物理化学法(包括干法脱硫、湿法脱硫)和生物法。物理化学法中，干法脱硫是采用粉状或颗粒脱硫剂(如：铁系、锌系、铜系、钙系化合物、复合金属氧化物以及碱性固体、分子筛、活性炭类等)来脱除硫化氢。而湿法脱硫主要采用液体吸附剂(如：砷基化合物、铁螯合物、三氯化铁、萘醌、蒽醌二磺酸盐、双核酞菁钴磺酸、碱性溶液等)来去除硫化氢。物理化学法脱硫过程基本上是以吸附剂或者脱硫剂吸附硫化氢或与硫化氢反应生成硫化物，再以氧气为电子受体将硫化氢(硫化物)氧化成单质硫，使吸附剂或者脱硫剂再生。由于物理化学脱硫方法存在能耗高、处理费用昂贵，污泥处置等缺点，近年来生物脱硫受到了高度重视，研究较多的是光合细菌和无色硫细菌脱硫。光合细菌在硫的转化过程中需要大量的辐射能，同时生成硫的微颗粒后，使废水变得混浊，透光率将大大降低，从而影响脱硫效率，因此，光合细菌脱硫受到很大限制。无色硫细菌在代谢过程中可将代谢产物硫颗粒释放到细胞外，在好氧且氧的浓度为生化反应限速因素或者硫化物负荷较高的状态下，可以达到脱硫目的，与光合细菌脱硫相比，无色硫细菌脱硫更具优势，研究得比较深入，并且在工程上已经应用。无色硫细菌脱硫与物理化学脱硫在本质上是相同的，需要提供氧作为电子受体，因此需要消耗能量供应氧气(空气)，并且氧气(空气)不易控制，氧气残留在沼气中容易引起爆炸危险。
发明内容
厌氧消化液好氧后处理效果差的实质问题是反硝化过程缺乏电子供体，对于沼气中硫化氢去除过程来说，不管是物化脱硫还是生物脱硫，最终都需要提供电子受体。也就是说，厌氧消化液后处理脱氮过程，有电子受体而缺乏电子供体，沼气脱硫过程则是有电子供体而缺乏电子受体，两者正好互补。基于此，本发明将废水脱氮与沼气脱硫两个过程耦联起来，形成以废水中硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，沼气中硫化氢为电子供体的同时脱氮脱硫新工艺。
本发明的新颖性表现在以下几方面：
(1)实现废水脱氮与沼气脱硫，可谓一举两得；
(2)厌养氧消化液脱氮不需要外加碳源；
(3)沼气脱硫不需提供另外的催化剂和氧化剂；
(4)产生很少生物污泥；
(5)运行费用低。
附图说明
图1是本发明设计的废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺流程图
具体实施方式
本发明的废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺，主要工艺单元包括厌氧消化单元、消化液好氧处理单元，脱氮脱硫单元。根据不同有机废水各自特点，在本工艺之外视具体情况增加预处理单元(调节池、固液分离、集水池等)以及污泥脱水单元等。厌氧消化单元包括厌氧消化反应器、沼气输送系统等。厌氧消化反应器根据废水特性可采用厌氧接触反应器(AC)、厌氧滤池(AF)、上流式厌氧污泥床(UASB)等。消化液好氧后处理单元可采用活性法、接触氧化法，序批式活性污泥法，氧化沟等。本发明的实施步骤如下：
(1)废水或经过预处理的废水进入厌氧消化单元1，厌氧消化单元1中厌氧微生物将废水中有机物转化成沼气，有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，有机氮转化成氨态氮，产生的沼气由沼气管引出。
(3)沉淀后的厌氧消化单元1的出水进入消化液好氧处理单元2，消化液好氧处理单元2的异氧微生物将残余有机物降解。并控制溶解氧、污泥龄等条件使消化液好氧处理单元2具有良好的硝化功能，将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。
(4)脱氮脱硫单元3采用塔式反应器，塔式反应器3中培养驯化同时脱氮脱硫微生物，脱氮脱硫微生物附着在填料上或悬浮于反应液中，将硝态氮或亚硝态氮转化成氮气，并将硫化氢转化成单质硫或硫酸盐。
(5)沉淀后的消化液好氧处理单元2出水从塔式反应器3顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元1产生的沼气从塔式反应器2底部进入反应器。脱硫处理后的沼气进入沼气利用单元或经过贮气柜4后进入沼气利用单元用作燃气。脱氮处理后的出水进入消化液好氧处理单元2或者直接排放。

Claims (5)

1. 一种废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺，主要工艺单元包括厌氧消化单元、消化液好氧处理单元，脱氮脱硫单元，其特征在于：废水经过厌氧消化后，厌氧消化液进入好氧处理单元进行好氧处理，厌氧消化单元产生的沼气与好氧处理单元出水进入脱氮脱硫单元以去除废水中的氮以及沼气中的硫。
2. 根据权利要求1所述的废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺，其中厌氧消化单元将废水中有机物转化成沼气，有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，有机氮转化成氨态氮。
3. 根据权利要求1所述的废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺，其中消化液好氧处理单元将残余有机物降解，并将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。
4. 根据权利要求1所述的废水脱氮与沼气脱硫耦联工艺，其中脱氮脱硫单元为一塔式反应器，好氧处理单元出水从塔式反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从塔式反应器底部进入反应器。
5. 根据权利要求4所述的塔式反应器，其特征在于塔式反应器中培养驯化同时脱氮脱硫微生物，脱氮脱硫微生物附着在填料上或悬浮于反应液中，将硝态氮或亚硝态氮转化成氮气，并将硫化氢转化成单质硫或硫酸盐。
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