CN108751406A - 一种基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法及装置，属于环境保护技术领域。本发明所述方法为：废水由封闭式反应槽的进水区进入，根据需要在封闭式反应槽内投加金属离子，位于封闭式反应槽内部的驱动轴带动固定在驱动轴上的盘片转动，盘片上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室通过压力感应阀门的控制进入封闭式反应槽中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区流出，污泥由封闭式反应槽底部的排泥槽排出；废水的通入量使盘片的盘面30%~70%浸入水中，70%~30%暴露在合成气氛围中。本发明处理含硫酸盐废水具有成本低、传质效率高、出水COD低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法及装置，属于环境保护技术领域。
背景技术
在自然界和人类生产生活过程中，有大量的含硫酸盐废水产生与排放，对水环境造成了不利影响。含硫酸盐废水主要有以下来源：（1）由于生产过程中还原性硫化矿被空气或微生物所氧化，产生以高酸度、高硫酸盐及高重金属浓度为特征的酸性矿山废水；（2）在造纸、制糖、印染、制药、制革等化工生产过程中产生以硫酸盐和耗氧有机物浓度高为特征的工业废水；（3）烟气洗涤与脱硫过程的淋洗水，主成分为亚硫酸根和硫酸根的烟气脱硫废水。
含硫酸盐废水排入管道或环境后，会产生以下危害：（1）废水中的硫酸盐可与金属离子结合，形成稳定的硫酸盐化合物沉淀，引起设备和管道的结垢阻塞；（2）在厌氧或缺氧条件下，会在硫酸盐还原菌和硫氧化菌等微生物的共同作用下，形成具有腐蚀性的酸性物质，对设备及混凝土类构筑物形成腐蚀，导致设备和混凝土类构筑物的性能下降，甚至导致设备及构筑物的失效。
目前含硫酸盐废水的处理方法主要包括了化学沉淀、离子交换、及膜分离处理等。化学法主要是石灰石/石膏法，其副产物石膏中因含有重金属或含有色度导致纯度下降，丧失资源化利用的价值，其堆放过程不仅占用土地，而且还可能因污染物质淋洗溶、渗漏而污染地下水；离子交换和膜法处理低浓度硫酸盐废水尚可，但对高浓度硫酸盐废水则存在易结垢阻塞、膜保养清洗频繁等问题，导致处理成本居高不下。
相比以上所述处理方法，利用硫酸盐还原菌的生化法处理因其运行成本低、处理效率高等优点成为一种具有良好前景的处理技术。但传统硫酸盐还原菌处理方法，采用有机物作为碳源，造成生化处理出水中COD较高，不能够达标排放，需要进行二次处理才能达标，另一方面会导致运行和维护成本的增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，具体包括以下步骤：废水由封闭式反应槽3的进水区8进入，根据需要在封闭式反应槽3内投加金属离子，位于封闭式反应槽3的内部的驱动轴6带动固定在驱动轴6上的盘片5转动，盘片5上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室1通过压力感应阀门2的控制进入封闭式反应槽3中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区9流出，污泥由封闭式反应槽3底部的排泥槽7排出；废水的通入量使盘片5的盘面30%~70%浸入水中，70%~30%暴露在合成气氛围中。
优选的，所述合成气作为硫酸盐还原菌的碳源和电子供体，其中碳源为CO2或CO，电子供体为CO或H2，所述合成气的成分有以下几种选择：①以纯CO作为唯一碳源和电子供体；②以氢气作为电子供体，CO2或CO作为碳源，氢气的体积比≤80%；③二氧化碳作为碳源，CO或H2作为电子供体，二氧化碳的体积比≤50%；④三种气体同时存在，其中氢气的体积比≤80%，二氧化碳的体积比≤50%，一氧化碳的体积比＜100%。
优选的，本发明所述金属离子为Fe2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+中一种或多种按任意比例混合，金属离子投加浓度为0.05 mmol/L~0.3 mol/L。
优选的，本发明封闭式反应槽3中温度为5~92℃，pH为1~11，压力为50KPa~200KPa。
优选的，本发明所述硫酸盐还原菌为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、脱硫单胞菌属(Desulfomonus)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、脱硫菌属(Desulfobacter)、脱硫球菌属(Desulfococcus)中一种或多种的组合。
优选的，本发明驱动轴6的转速为1/4~10转/分钟。
本发明的另一目的在于提供所述方法所用的装置，该装置包括合成气气室1、压力感应阀门2、封闭式反应槽3、密封盖4、盘片5、驱动轴6、排泥槽7、进水区8、出水区9，合成气气室1包括集气室、导气管，压力感应阀门2设置在合成气气室1的导气管上；导气管连接合成气气室1的集气室和封闭式反应槽3，集气室中的合成气通过导气管进入封闭式反应槽3中，由压力感应阀门2控制封闭式反应槽中合成气的及时补充；驱动轴6固定在封闭式反应槽3的两侧，位于封闭式反应槽3的中间位置，盘片5固定在驱动轴6上；封闭式反应槽3的两侧设有进水区8和出水区9，底部设有排泥槽7，保证装置运行过程中固液分离效果；封闭式反应槽3为密封设计，封闭式反应槽3通过密封盖4密封，保证厌氧缺氧环境。
优选的，本发明所述生物转盘盘片5的材料为活性炭纤维、玻璃钢、塑料、木材或橡胶。
本发明所述方法可以用于处理对象包括造纸、制糖、印染、制药、制革废水及烟气脱硫洗涤水、酸性矿山废水等含硫酸根、亚硫酸根废水。
本发明的有益效果：
（1）本发明提出通过生物转盘的形式，提高合成气与硫酸盐还原菌的接触面积与传质效率；同时采用封闭式反应槽对传统生物转盘进行了改进，可更好地用于废水的厌氧缺氧生物处理；并通过无毒金属离子的投加实现对代谢产物毒性抑制的解除，确保硫酸盐还原菌对废水中硫酸根的高效低耗处理。控制阀门采用压力感应阀门，保证封闭式反应槽中合成气的及时补充，避免了装置的不正常运行。
（2）本发明采用合成气作为硫酸盐还原菌的碳源，取代传统采用外加有机物作为微生物的碳源与电子供体。保证了硫酸盐还原菌对含硫酸盐废水的高效处理，避免了在传统有机物碳源投加所导致的出水COD过高的二次污染问题，同时添加了金属离子以及时去除硫化物，解决了硫化物的毒性抑制问题，也避免了对生化出水的二次处理，极大地节约了运行及维护成本。
综上所述，本发明所述方法具有成本低、传质效率高、出水COD低的优势，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本发明所述装置的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图。
图中：1-合成气气室；2-压力感应阀门；3-封闭式反应槽；4-密封盖；5-盘片；6-驱动轴；7-排泥槽；8-进水区；9-出水区。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
本发明实施例1~3所述方法所用的装置包括合成气气室1、压力感应阀门2、封闭式反应槽3、密封盖4、盘片5、驱动轴6、排泥槽7、进水区8、出水区9，合成气气室1包括集气室、导气管，压力感应阀门2设置在合成气气室1的导气管上；导气管连接合成气气室1的集气室和封闭式反应槽3，集气室中的合成气通过导气管进入封闭式反应槽3中，由压力感应阀门2控制封闭式反应槽中合成气的及时补充；驱动轴6固定在封闭式反应槽3的两侧，位于封闭式反应槽3的中间位置，盘片5固定在驱动轴6上；封闭式反应槽3的两侧设有进水区8和出水区9，底部设有排泥槽7，保证装置运行过程中固液分离效果；封闭式反应槽3为密封设计，封闭式反应槽3通过密封盖4密封，保证厌氧缺氧环境，其中，生物转盘盘片5的材料为活性炭纤维。如图1~2所示。
实施例1
本实施例以酸性矿山废水（AMD）为处理对象，具体包括以下步骤：废水由封闭式反应槽3的进水区8进入，由于AMD中金属离子浓度高，所以不需要外加的金属离子，位于封闭式反应槽3的内部的驱动轴6带动固定在驱动轴6上的盘片5转动，盘片5上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室1通过压力感应阀门2的控制进入封闭式反应槽3中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区9流出，污泥由封闭式反应槽3底部的排泥槽7排出；废水的通入量使盘片5的盘面30%浸入水中，70%暴露在合成气氛围中。其中，封闭式反应槽3中温度为5~25℃，pH为1~5，压力为50KPa~120KPa；转盘上挂膜微生物为脱硫弧菌属（Desulfovibrio），驱动轴6的转速为3转/分钟。
本实施例所述合成气作为硫酸盐还原菌的碳源和电子供体，以纯CO作为唯一碳源和电子供体。硫酸根去除率为80%，出水COD＜100mg/L。
实施例2
本实施例以制革废水和酸性矿山废水为处理对象，具体包括以下步骤：废水由封闭式反应槽3的进水区8进入，不需要投加金属离子，位于封闭式反应槽3的内部的驱动轴6带动固定在驱动轴6上的盘片5转动，盘片5上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室1通过压力感应阀门2的控制进入封闭式反应槽3中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区9流出，污泥由封闭式反应槽3底部的排泥槽7排出；废水的通入量使盘片5的盘面70%浸入水中， 30%暴露在合成气氛围中。其中，封闭式反应槽3中温度为10~40℃，pH为6~11，压力为80KPa~140KPa，驱动轴6的转速为10转/分钟；转盘上挂膜微生物为脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、脱硫单胞菌属(Desulfomonus)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)组成的混合菌群。
本实施例所述合成气作为硫酸盐还原菌的碳源和电子供体，合成气比例为H220%，CO2 50%，CO 30%。硫酸根去除率为80%，COD去除率为95%。
实施例3
本实施例以烟气脱硫洗涤水为处理对象，具体包括以下步骤：废水由封闭式反应槽3的进水区8进入，同时在封闭式反应槽3内投加Fe2+、Cu2+和Ca2+，位于封闭式反应槽3的内部的驱动轴6带动固定在驱动轴6上的盘片5转动，盘片5上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室1通过压力感应阀门2的控制进入封闭式反应槽3中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区9流出，污泥由封闭式反应槽3底部的排泥槽7排出；废水的通入量使盘片5的盘面50%浸入水中，50%暴露在合成气氛围中。其中，封闭式反应槽3中温度为35~92℃，pH为4~7，压力为110KPa~200KPa；驱动轴6的转速为1/4转/分钟；转盘上挂膜的微生物为脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、脱硫单胞菌属(Desulfomonus)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、脱硫菌属(Desulfobacter)、脱硫球菌属(Desulfococcus)组成的混合菌群。
本实施例所述合成气作为硫酸盐还原菌的碳源和电子供体，其中以氢气作为电子供体，CO2作为碳源，氢气的体积比80%，CO2 20%。硫酸根去除率为80%，出水COD＜100mg/L。
Claims (8)
1.一种基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：废水由封闭式反应槽（3）的进水区（8）进入，根据需要在封闭式反应槽（3）内投加金属离子，位于封闭式反应槽（3）的内部的驱动轴（6）带动固定在驱动轴（6）上的盘片（5）转动，盘片（5）上负载有硫酸盐还原菌；同时合成气由合成气气室（1）通过压力感应阀门（2）的控制进入封闭式反应槽（3）中，形成合成气氛围，处理后的水由出水区（9）流出，污泥由封闭式反应槽（3）底部的排泥槽（7）排出；废水的通入量使盘片（5）的盘面30%~70%浸入水中，70%~30%暴露在合成气氛围中。
2.根据权利要求1所述的基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：所述合成气作为硫酸盐还原菌的碳源和电子供体，其中碳源为CO2或CO，电子供体为CO或H2，所述合成气的成分有以下几种选择：①以纯CO作为唯一碳源和电子供体；②以氢气作为电子供体，CO2或CO作为碳源，氢气的体积比≤80%；③二氧化碳作为碳源，CO或H2作为电子供体，二氧化碳的体积比≤50%；④三种气体同时存在，其中氢气的体积比≤80%，二氧化碳的体积比≤50%，一氧化碳的体积比＜100%。
3.根据权利要求1所述的基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：所述金属离子为Fe2+、Cu2+、Ca2+、Zn2+、Mn2+中一种或多种按任意比例混合，金属离子投加浓度为0.05 mmol/L~0.3 mol/L。
4.根据权利要求1所述的基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：封闭式反应槽（3）中温度为5~92℃，pH为1~11，压力为50KPa~200KPa。
5.根据权利要求1所述的基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：所述硫酸盐还原菌为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、脱硫肠状菌属(Desulfotomaculum)、脱硫单胞菌属(Desulfomonus)、脱硫叶菌属(Desulfobulbus)、脱硫菌属(Desulfobacter)、脱硫球菌属(Desulfococcus)中一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的基于合成气气氛下含硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：驱动轴（6）的转速为1/4~10转/分钟。
7.权利要求1~6任意一项所述方法所用的装置，其特征在于：包括合成气气室（1）、压力感应阀门（2）、封闭式反应槽（3）、密封盖（4）、盘片（5）、驱动轴（6）、排泥槽（7）、进水区（8）、出水区（9），合成气气室（1）包括集气室、导气管，压力感应阀门（2）设置在合成气气室（1）的导气管上；导气管连接合成气气室（1）的集气室和封闭式反应槽（3）；驱动轴（6）固定在封闭式反应槽（3）的两侧，位于封闭式反应槽（3）的中间位置，盘片（5）固定在驱动轴（6）上；封闭式反应槽（3）的两侧设有进水区（8）和出水区（9），底部设有排泥槽（7）；封闭式反应槽（3）为密封设计，封闭式反应槽（3）通过密封盖（4）密封。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于：生物转盘盘片（5）的材料为活性炭纤维、玻璃钢、塑料、木材或橡胶。
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