CN102276118A - 废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，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，厌氧消化液经沉淀后的出水进入生物砂滤单元，将残余有机物降解，并将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮，脱氮脱硫单元采用填料鼓泡塔反应器，生物砂滤单元出水从顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从填料鼓泡塔反应器底部进入反应器，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。采用本发明将废水中的氮与沼气中的硫同时脱除；厌养氧消化液氮转化不需要人工供氧；厌养氧消化液脱氮不需要外加碳源；沼气脱硫不需加氧，也不需要脱硫剂。

Description

废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法
技术领域
本发明涉及气体分离净化技术，具体是一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，适用于畜禽养殖废弃物、高浓度工业有机废水、城市污水厂剩余污泥、作物秸秆以及有机垃圾等厌氧消化处理沼气工程产生的沼气的脱硫净化处理，也适宜于垃圾填埋气或者天然气的脱硫。
背景技术
沼气发酵原料如畜禽养殖废弃物、高浓度工业有机废水、城市污水厂剩余污泥、作物秸秆以及有机垃圾等都是生物质类物质，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，沼气中都含有一定数量的硫化氢。硫化氢不仅对燃烧动力设备和金属管道具有很强的腐蚀作用，并且还会引发润滑油的变质从而加速发动机的磨损；沼气在经过燃烧后，硫化氢会转化为硫的氧化物（SOx）并释放到空气中，造成大气污染；硫化氢还具有极强的急性毒性，硫化氢含量达0.6mg/L时可使人在0.5~1h内致死，含量在1.2~2.8mg/L时可使人立即致死。因此，为了达到安全利用和环境保护的目标，必须在使用前对沼气进行人工脱硫处理。
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，污泥处置难等缺点，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)供应量不易控制，氧气残留在沼气中容易引起爆炸危险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有沼气中硫化氢脱除方法存在的上述问题，提供一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，本发明将废水脱氮与沼气脱硫两个过程链接起来，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。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：废水经过厌氧消化单元厌氧消化后，厌氧消化液进入生物砂滤单元进行氮的转化，厌氧消化单元产生的沼气与生物砂滤单元的出水进入脱氮脱硫单元同时去除废水中的氮以及沼气中的硫。
所述废水或经过预处理的废水进入厌氧消化单元，厌氧消化单元中的厌氧微生物将废水中有机物转化成沼气，将有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，将有机氮转化成氨态氮，产生的沼气由沼气管引出。
所述厌氧消化单元的出水经沉淀后进入生物砂滤单元，生物砂滤单元中的异养微生物将残余有机物降解，自氧微生物将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。
所述脱氮脱硫单元采用填料鼓泡塔反应器，填料鼓泡塔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。
所述生物砂滤单元的出水从填料鼓泡塔反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从填料鼓泡塔反应器底部进入反应器，脱硫处理后的沼气进入沼气利用单元或经过贮气柜后进入沼气利用单元用作燃气，脱氮处理后的出水直接排放。
所述厌氧消化单元中的厌氧微生物为水解细菌、产酸细菌或产甲烷菌等。
所述生物砂滤单元中的异养微生物为产碱杆菌或芽胞杆菌等。
所述生物砂滤单元中的自氧微生物为硝化细菌或亚硝化细菌等。
所述脱氮脱硫微生物为脱氮硫杆菌或假单胞菌等。
采用本发明的优点在于：
一、生物砂滤单元处理厌氧消化液，将消化液中氨态氮转化为硝态氮或亚硝态氮，要将氮彻底脱出还需要进行反硝化，硝态氮或亚硝态氮的反硝化需要易降解有机物作为电子供体，由于厌氧消化过程已经将绝大部分易降解有机物去除，因此，硝态氮或亚硝态氮的反硝化过程的实质问题是有电子供体而缺乏电子供体。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，因而本发明将废水脱氮与沼气脱硫两个过程链接起来，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。
二、本发明中，厌氧消化单元的出水经沉淀后进入生物砂滤单元，生物砂滤单元中的异养微生物将残余有机物降解，自氧微生物将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮，采用生物砂滤单元，具有自然供氧实现氨态氮硝化的技术效果。
三、本发明实现废水脱氮与沼气脱硫， 厌养氧消化液氮转化不需要人工供氧，且厌养氧消化液脱氮不需要外加碳源，沼气脱硫不需加氧，也不需要脱硫剂， 产生的生物污泥较少，运行费用低。
四、本发明中，所述脱氮脱硫单元采用填料鼓泡塔反应器，填料鼓泡塔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，具有同时脱氮脱硫技术效果。
五、本发明中，所述生物砂滤单元的出水从填料鼓泡塔反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从填料鼓泡塔反应器底部进入反应器，脱硫处理后的沼气进入沼气利用单元或经过贮气柜后进入沼气利用单元用作燃气，脱氮处理后的出水直接排放，具有无氧生物脱硫的技术效果。
六、本发明中，所述生物砂滤单元中的自氧微生物为硝化细菌或亚硝化细菌等，具有不需强制供氧而将氨态氮转化为硝态氮或亚硝态氮技术效果。
七、本发明中，所述脱氮脱硫微生物为脱氮硫杆菌或假单胞菌等，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。
附图说明
图1为本发明废水中氮与沼气中硫同时脱出的工艺流程图
图中标记为：1、厌氧消化单元，2、生物砂滤单元，3、脱氮脱硫单元，4、贮气柜。
具体实施方式
一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，废水经过厌氧消化单元厌氧消化后，厌氧消化液进入生物砂滤单元进行氮的转化，厌氧消化单元产生的沼气与生物砂滤单元的出水进入脱氮脱硫单元同时去除废水中的氮以及沼气中的硫。
本发明的优选实施方式为，所述废水或经过预处理的废水进入厌氧消化单元，厌氧消化单元中的厌氧微生物将废水中有机物转化成沼气，将有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，将有机氮转化成氨态氮，产生的沼气由沼气管引出。
本发明中，所述厌氧消化单元的出水经沉淀后进入生物砂滤单元，生物砂滤单元中的异养微生物将残余有机物降解，自氧微生物将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。
本发明中，所述脱氮脱硫单元采用填料鼓泡塔反应器，填料鼓泡塔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。
本发明中，所述生物砂滤单元的出水从填料鼓泡塔反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从填料鼓泡塔反应器底部进入反应器，脱硫处理后的沼气进入沼气利用单元或经过贮气柜后进入沼气利用单元用作燃气，脱氮处理后的出水直接排放。
进一步地，所述厌氧消化单元中的厌氧微生物为水解细菌、产酸细菌或产甲烷菌等。所述生物砂滤单元中的异养微生物为产碱杆菌或芽胞杆菌等。所述生物砂滤单元中的自氧微生物为硝化细菌或亚硝化细菌等。所述脱氮脱硫微生物为脱氮硫杆菌或假单胞菌等。
本发明的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，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。消化液后处理单元采用生物砂滤单元，如生物砂滤池。

Claims (9)

1.一种废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：废水经过厌氧消化单元厌氧消化后，厌氧消化液进入生物砂滤单元进行氮的转化，厌氧消化单元产生的沼气与生物砂滤单元的出水进入脱氮脱硫单元同时去除废水中的氮以及沼气中的硫。
2.根据权利要求1所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述废水或经过预处理的废水进入厌氧消化单元，厌氧消化单元中的厌氧微生物将废水中有机物转化成沼气，将有机硫、硫酸盐转化成硫化氢，将有机氮转化成氨态氮，产生的沼气由沼气管引出。
3.根据权利要求1或2所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述厌氧消化单元的出水经沉淀后进入生物砂滤单元，生物砂滤单元中的异养微生物将残余有机物降解，自氧微生物将氨态氮转化成硝态氮或亚硝态氮。
4.根据权利要求3所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述脱氮脱硫单元采用填料鼓泡塔反应器，填料鼓泡塔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。
5.根据权利要求4所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述生物砂滤单元的出水从填料鼓泡塔反应器顶部喷淋进入反应器，厌氧消化单元产生的沼气从填料鼓泡塔反应器底部进入反应器，脱硫处理后的沼气进入沼气利用单元或经过贮气柜后进入沼气利用单元用作燃气，脱氮处理后的出水直接排放。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述厌氧消化单元中的厌氧微生物为水解细菌、产酸细菌或产甲烷菌。
7.根据权利要求6所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述生物砂滤单元中的异养微生物为产碱杆菌或芽胞杆菌。
8.根据权利要求7所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述生物砂滤单元中的自氧微生物为硝化细菌或亚硝化细菌。
9.根据权利要求8所述的废水中氮与沼气中硫同时脱出的方法，其特征在于：所述脱氮脱硫微生物为脱氮硫杆菌或假单胞菌。
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