CN111689659B - 一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，包括水解酸化反应段，硫化氢吹脱段和产甲烷反应段和罐体，所述水解酸化反应段设置于所述罐体下段，其包括用于使得高浓度硫酸盐废水均匀散布的底部布水管和用于为硫酸盐还原菌提供生长环境的第一填料层，所述硫化氢吹脱段设置于所述罐体中段，其包括吹脱管路和集气部，所述产甲烷反应段设置于所述罐体上段，其包括为产甲烷菌提供生长环境的第二填料层和沿所述罐体圆周设置的出水堰；本发明将本发明将厌氧反应分为水解酸化反应段和产甲烷反应段，并且在两段之间加设硫化氢吹脱段，减弱了硫化氢会对产甲烷菌造成抑制作用，保证了产甲烷菌的活性，提高了对高浓度硫酸盐废水的处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置。
背景技术
高浓度硫酸盐废水主要来自两类工业生产废水：一是含硫酸盐的采矿废水；二是发酵、制药及轻工业排放的废水。这些废水中含的硫酸盐浓度超过1000mg/L，甚至达到5000mg/L，若不能有效去除，一方面影响废水的生化处理效果，另一方面随废水排放的硫酸盐对环境造成较大影响，特别是会造成土地盐碱化。
申请号为CN201510027825.7的发明专利公开了一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器及其处理废水的方法，该发明是一种液体内循环与气体外循环联合脱硫射流厌氧反应器，其处理废水过程包括高效厌氧反应系统、H2S去除系统和回流气管路系统，经分离后的H2S被络合铁氧化成硫单质资源再利用，除去H2S的气体经回流气管进入反应器后可促进H2S的去除，处理完的废水经过出水堰排出反应器，可通过对甲烷气体的循环利用实现对硫化氢的吹脱体提高厌氧反应的效率，同时实现单质硫和甲烷气体的资源化回收；但是该发明实施过程中采用空气曝气，容易将空气引入反应器中，对厌氧反应的效果产生影响，且该发明的处理设施占地面积大且工艺流程较为复杂。
发明内容
本发明的目的是解决上述技术难题，提供一种工艺流程简单且处理效果高的一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置。
本发明采用的技术方案如下：
一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，包括用于还原高浓度硫酸盐废水中硫酸根的水解酸化反应段，用于降低硫化氢浓度的硫化氢吹脱段和用于去除废水中有机物的产甲烷反应段和用于容置所述水解酸化反应段、硫化氢吹脱段和产甲烷反应段的罐体，所述水解酸化反应段设置于所述罐体的下段，其包括用于使得高浓度硫酸盐废水均匀散布的底部布水管和用于为硫酸盐还原菌提供生长环境的第一填料层，所述硫化氢吹脱段设置于所述罐体的中段，其包括吹脱管路和集气部，所述产甲烷反应段设置于所述罐体的上段，其包括为产甲烷菌提供生长环境的第二填料层和沿所述罐体圆周设置的出水堰。
现有技术中，高浓度硫酸盐废水的处理方法包括物理化学法、厌氧生化法或物化与厌氧生化相结合的方法。其中物理化学法的药剂用量大且运行费用高；厌氧生化法，在水解酸化阶段，随着高浓度硫酸盐废水中硫酸盐被不断还原为硫化氢，硫化氢产生并积累到一定程度后会抑制厌氧反应器中产甲烷菌的活性，降低高浓度硫酸盐废水中有机物的降解效率，从而影响厌氧反应器的效率；综上所述，实际生产中大多采用厌氧生化法与物化法相结合的工艺，主要包括厌氧+吹脱、厌氧+加药沉淀等。
本发明采用厌氧+吹脱的工艺对高浓度硫酸盐废水进行处理。经研究发现，现有技术中厌氧+吹脱工艺的采用的处理设施一般采用分段式处理，即每个处理步骤都需设置与其对应的处理系统，同时涉及众多的管路及设备，工艺流程较为复杂，整个处理系统占地也较大。
综上所述，本发明提出一种一体化立式处理装置，将厌氧处理和吹脱处理装置合为一体，并且为了得到更好的厌氧处理效果，采用惰性气体对产生的硫化氢气体进行吹脱，所述的立体化从下至上共分为三个部分包括水解酸化反应段，硫化氢吹脱段和产甲烷反应段，仅需将高浓度硫酸盐废水泵入处理装置内即可得到去除硫酸根且去除大部分有机物的产物。此外，本发明装置外连接有对吹脱出来的氮气和硫化氢混合气体的吹脱气体处理装置，经过所述的吹脱气体处理装置处理后混合气体中的硫化氢被除去，净化的氮气继续循环利用。
优选地，所述罐体为碳钢Q235或不锈钢304材料制成的密闭反应罐。
优选地，所述第一填料层为组合生物填料，所述的第一填料层设置填料支架，所述第一填料层悬挂于所述填料支架上，所述第一填料层的厚度为2~3m，所述第一填料层包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
优选地，所述吹脱管路由碳钢管、不锈钢管或UPVC管制成，所述吹脱管路上设有直径为1~2mm的曝气孔。
优选地，所述硫化氢吹脱段的吹脱气体为氮气，所述吹脱气体的气量与处理废水水量之比为6:1~5:1，所述的吹脱气体由鼓风机吹动经由进气管道进入所述吹脱管路。
优选地，所述的集气部包括上层气体收集罩组和下层气体收集罩组，所述上层气体收集罩组和下层气体收集罩组间相互搭接的长度大于等于300mm，所述上层气体收集罩组和下层气体收集罩组分别包括多个气体收集罩，所述气体收集罩的罩体斜度大于等于55°，所述气体收集罩的顶端设有导气管。
优选地，所述第二填料层为组合生物填料，所述的第二填料层设置填料支架，所述第二填料层悬挂于所述填料支架上，所述第二填料层的厚度为2~3m，所述第二填料层包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
优选地，所述产甲烷反应段通过设置于所述罐体顶部的出气管与甲烷水封罐相连接，底部布水管通过设置于所述罐体底部的进水管道与进水泵相连接，所述硫化氢吹脱段通过导气管与吹脱气体处理装置相连。
优选地，所述吹脱气体处理装置包括硫化氢水封罐和对收集的气体进行喷淋洗涤的碱液洗涤塔。
本发明产生的有益效果包括：
（1）本发明一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，将所述的处理装置从下至上分为水解酸化反应段，硫化氢吹脱段和产甲烷反应段，本发明将厌氧反应分为水解酸化反应段和产甲烷反应段，并且在两段之间加设硫化氢吹脱段，利用惰性气体对所述水解酸化反应段产生的硫化氢进行吹脱，减少游离的硫化氢浓度，减弱了硫化氢会对产甲烷菌造成抑制作用，保证了产甲烷菌的活性，提高了对高浓度硫酸盐废水的处理效果；
（2）本发明采用一体化立式结构设计，将水解酸化反应段，硫化氢吹脱段和产甲烷反应段设置于同一罐体内，减少了设备的占地面积，简化了高浓度硫酸盐废水处理工艺；
（3）本发明通过吹脱气体处理装置对吹脱出来的气体，即硫化氢跟氮气的混合气体进行处理，去除了硫化氢后的氮气可继续进行吹脱，吹脱过程中只需补充少量流失的氮气，减少了能耗，节约了生产成本。
附图说明
图1为一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置的示意图；
图2为吹脱气体处理装置的示意图；
其中，1为水解酸化反应段，11为底部布水管，12为第一填料层，2为硫化氢吹脱段，21为吹脱管路，211为曝气孔，22为集气部，221为气体收集罩，222为导气管，3为产甲烷反应段，31为第二填料层，32为出水堰，33为出气管，4为罐体，5为鼓风机，6为进气管道，7为甲烷水封罐，8进水管道，9为进水泵，10为吹脱气体处理装置，101为硫化氢水封罐，102为碱液洗涤塔，1021为碱液储池、1022为洗涤填料、1023为喷淋管、1024为顶部除沫器，1025为碱液洗涤泵，13为氮气储气罐，14为氮气发生器。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行进一步地详细说明。
如图1所示，一种一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，包括用于还原高浓度硫酸盐废水中硫酸根的水解酸化反应段1，用于降低硫化氢浓度的硫化氢吹脱段2和用于去除废水中有机物的产甲烷反应段3和用于容置所述水解酸化反应段1、硫化氢吹脱段2和产甲烷反应段3的罐体4，所述水解酸化反应段1设置于所述罐体4的下段，其包括用于使得高浓度硫酸盐废水均匀散布的底部布水管11和用于为硫酸盐还原菌提供生长环境的第一填料层12，所述硫化氢吹脱段2设置于所述罐体4的中段，其包括吹脱管路21和集气部22，所述产甲烷反应段3设置于所述罐体4的上段，其包括为产甲烷菌提供生长环境的第二填料层31和沿所述罐体4圆周设置的出水堰32。
所述罐体4为碳钢Q235或不锈钢304材料制成的密闭反应罐。
所述第一填料层12为组合生物填料，所述的第一填料层12设置填料支架，所述第一填料层12悬挂于所述填料支架上，所述第一填料层12的厚度为2~3m，所述第一填料层12包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
所述吹脱管路21由碳钢管、不锈钢管或UPVC管制成，所述吹脱管路上设有直径为1~2mm的曝气孔211。
所述硫化氢吹脱段2的吹脱气体为氮气，所述吹脱气体的气量与处理废水水量之比为6:1~5:1，所述的吹脱气体由鼓风机5吹动经由进气管道6进入所述吹脱管路21。
所述的集气部22包括上层气体收集罩组和下层气体收集罩组，所述上层气体收集罩组和下层气体收集罩组间相互搭接的长度大于等于300mm，所述上层气体收集罩组和下层气体收集罩组分别包括多个气体收集罩221，所述气体收集罩221的罩体斜度大于等于55°，所述气体收集罩的顶端设有导气管222。
所述第二填料层31为组合生物填料，所述的第二填料层31设置填料支架，所述第二填料层31悬挂于所述填料支架上，所述第二填料层31的厚度为2~3m，所述第二填料层31包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
所述产甲烷反应段3通过设置于所述罐体4顶部的出气管33与甲烷水封罐7相连接，底部布水管11通过设置于所述罐体4底部的进水管道8与进水泵9相连接，所述硫化氢吹脱段2通过导气管222与吹脱气体处理装置10相连。
所述吹脱气体处理装置包括硫化氢水封罐101和对收集的气体进行喷淋洗涤的碱液洗涤塔102。
图2为吹脱气体处理装置的示意图，如图2所示，吹脱气体处理装置10包括硫化氢水封罐101和碱液洗涤塔102，所述硫化氢水封罐101的作用是确保气体收集罩221中保持一定的压力，易于气体的收集；所述的碱液洗涤塔102内设置有碱液储池1021、洗涤填料1022、喷淋管1023、顶部除沫器1024和碱液洗涤泵1025。
如图1和图2所示，采用所述一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置处理高浓度硫酸盐废水流程如下：
（1）水解酸化反应段：待处理的高浓度硫酸盐废水经进水泵9抽入流经进水管道8，进入设置于水解酸化反应段1的底部布水管11，将所述高浓度硫酸盐废水均匀的分布在水解酸化反应段1的截面，废水以一定的速度缓慢上升，到达第一填料层12，附着生长在第一填料层12中的硫酸盐还原菌（SRB）将水中的硫酸根还原为硫化氢气体。
（2）硫化氢吹脱段：反应产生的硫化氢气体溶解在废水中，若不能将其从废水中脱除，则将严重影响后续产甲烷菌的活性，从而影响厌氧效果，所以采用惰性气体对其进行吹脱。本发明实施例中惰性气体为氮气。废水继续缓慢上升进入硫化氢吹脱段2，在硫化氢吹脱段2中设置有吹脱管路21，由氮气发生器14产生的氮气进入氮气储气罐13被鼓风机5鼓动，经过进气管道6最终由曝气孔211喷出对废水和硫化氢的混合物进行吹脱，吹脱出来的硫化氢跟氮气的混合气体被设置在硫化氢吹脱段2顶部的集气部22收集，所述的混合气体进过设置于气体收集罩221顶部的导气管222进入吹脱气体处理装置10进行后续处理。
氮气和硫化氢的混合气体由导气管222进入硫化氢水封罐101，所述硫化氢水封罐101的作用是确保气体收集罩中保持一定的压力，易于气体的收集。所述的混合气体经过管道进入碱液洗涤塔102，碱液洗涤泵1025将碱液从洗涤塔102底部的碱液储池1021中抽出，由喷淋管1023喷出，此时碱液均匀地从上喷淋而下，而混合气体从下往上，两者在洗涤填料1022中充分的接触，混合气体中的硫化氢被碱液吸收去除。剩余的氮气再经碱液洗涤塔102顶部设置的顶部除沫器1024去除水分。除去水分后得到纯化的氮气通过管道到达鼓风机5处，经鼓风机5加压再次返回进气管道6中进行吹脱处理，以此循环往复。碱液洗涤塔102内的碱液需要定期更换，保证碱液的pH值不低于12。同时气体在吹脱-收集-洗涤-吹脱不断循环过程中有一定的泄露，为保证一定的气水比，故需要补充氮气。所以废水处理过程中氮气发生器14需一直运行，以待需要补充氮气时自动将氮气补充进入吹脱管路。
所述的集气部22包括上层气体收集罩组和下层气体收集罩组，所述上层气体收集罩组和下层气体收集罩组间相互搭接的长度大于300mm，这样保证吹脱出来的硫化氢跟随氮气被气体收集罩221全面收集的同时可以使废水可以越过集气部继续上升；所述气体收集罩221的罩体斜度大于等于55°，确保废水中的活性污泥能够沿着气体收集罩顺畅滑下，而不会聚集在气体收集罩表面。
（3）产甲烷反应段：废水在硫化氢吹脱段2中进行吹脱处理，其中绝大部分游离的硫化氢被吹脱出来，废水中的硫化氢浓度降低到不足以抑制产甲烷菌的程度，接着废水进行缓慢往上升，越过集气部22到达产甲烷反应段3。产甲烷反应段中设置有第二填料层31，产甲烷菌附着生长在所述第二填料层31，利用产甲烷菌在产生甲烷是需要消耗有机物的特性，对到达到达第二填料层31的废水进行厌氧分解去除有机物处理。产生的甲烷在装置罐体4顶部聚集，通过设置于罐体4顶部的出气管33进入到甲烷水封罐7，进行然后再经后续的焚烧或回收处理工序。处理后的废水经过去除有机物后，由出水堰32排出继续进行后续处理工艺。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，其特征在于：包括用于还原高浓度硫酸盐废水中硫酸根的水解酸化反应段（1），用于降低硫化氢浓度的硫化氢吹脱段（2）和用于去除废水中有机物的产甲烷反应段（3）和用于容置所述水解酸化反应段（1）、硫化氢吹脱段（2）和产甲烷反应段（3）的罐体（4），所述水解酸化反应段（1）设置于所述罐体（4）的下段，其包括用于使得高浓度硫酸盐废水均匀散布的底部布水管（11）和用于为硫酸盐还原菌提供生长环境的第一填料层（12），所述硫化氢吹脱段（2）设置于所述罐体（4）的中段，其包括吹脱管路（21）和集气部（22），所述产甲烷反应段（3）设置于所述罐体（4）的上段，其包括为产甲烷菌提供生长环境的第二填料层（31）和沿所述罐体（4）圆周设置的出水堰（32）；
所述硫化氢吹脱段（2）的吹脱气体为氮气，所述吹脱气体的气量与处理废水水量之比为6:1~5:1，所述的吹脱气体由鼓风机（5）吹动经由进气管道（6）进入所述吹脱管路（21）；
所述产甲烷反应段（3）通过设置于所述罐体（4）顶部的出气管（33）与甲烷水封罐（7）相连接，底部布水管（11）通过设置于所述罐体（4）底部的进水管道（8）与进水泵（9）相连接，所述硫化氢吹脱段（2）通过导气管（222）与吹脱气体处理装置（10）相连；
所述吹脱气体处理装置包括硫化氢水封罐（101）和对收集的气体进行喷淋洗涤的碱液洗涤塔（102）。
2.根据权利要求1所述的一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，其特征在于：所述罐体（4）为碳钢Q235或不锈钢304材料制成的密闭反应罐。
3.根据权利要求1所述的一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，其特征在于：所述第一填料层（12）为组合生物填料，所述的第一填料层（12）设置填料支架，所述第一填料层（12）悬挂于所述填料支架上，所述第一填料层（12）的厚度为2~3m，所述第一填料层（12）包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
4.根据权利要求1所述的一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，其特征在于：所述吹脱管路（21）由碳钢管、不锈钢管或UPVC管制成，所述吹脱管路上设有直径为1~2mm的曝气孔（211）。
5.根据权利要求1所述的一体化立式高浓度硫酸盐废水处理装置，其特征在于：所述第二填料层（31）为组合生物填料，所述的第二填料层（31）设置填料支架，所述第二填料层（31）悬挂于所述填料支架上，所述第二填料层（31）的厚度为2~3m，所述第二填料层（31）包括多个填料模块，所述填料模块间间距为150~200mm。
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