CN113880246A

CN113880246A - 一种处理含硫废水的方法及装置

Info

Publication number: CN113880246A
Application number: CN202111269950.0A
Authority: CN
Inventors: 唐斌; 穆廷桢; 施健; 杨茂华; 邢建民
Original assignee: Yabang Green Process And New Materials Research Institute Nanjing Co ltd
Current assignee: Yabang Green Process And New Materials Research Institute Nanjing Co ltd; Institute of Process Engineering of CAS
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-04

Abstract

本发明涉及一种处理含硫废水的方法及装置，所述装置包括料液罐、循环/出水罐、生物反应罐、硫磺沉降罐；所述工艺为：料液罐的含硫废水与循环/出水罐出液混合导入生物氧化罐，由微生物作用氧化成单质硫和硫酸根，生物氧化塔出水导入硫磺沉降罐中，沉降分离硫磺，上清出水进入循环/出水罐中，充分曝气再处理液体，然后部分处理后得液体排出系统，剩余液体进入下一个处理循环，再与废水料液混合进行处理；本工艺通过将好氧曝气与主体微生物氧化单元混合，填料固定的方式减少了微生物的流失，实现对硫污染到单质硫的高效转化及硫资源的回收；因此，本工艺具有高效去除废水中硫污染并回收单质硫的双特征，具有良好的经济效益和应用前景。

Description

一种处理含硫废水的方法及装置

技术领域

本发明属于环境工程领域，具体地涉及一种处理含硫废水的方法及其装置。

背景技术

在工业生产中，往往会产生大量的含硫废水，如石化、纸浆、造纸在粘胶纤维等行业。这些硫污染物主要有硫化物、硫代硫化物、聚硫化物等几类。这些污染物对环境、人体健康、设备管路等有都很大危害。目前，由于处理条件温和、高效、无二次污染等优势，生物法越来越受到人们的青睐，大有替代物理/化学方法的趋势。

生物法是基于具有硫氧化功能的微生物开发的方法。在常温常压下利用具有硫氧化性能的微生物将水中的硫化物、硫代硫化物去除的技术。在限氧条件下，硫氧化细菌将低价硫化合物氧化成单质硫，然后通过重力沉降或离心等方法从硫浆液中分离得到固体硫磺颗粒物。在该过程中，通过控制供氧量使单质硫大量生成，同时降低单质硫到硫酸根的氧化，以最大程度的实现对流资源的回收。在以往的脱硫系统中，往往使用鼓泡塔或气升式生物反应器，在这些反应器中，由于进行生物反应反应的同时，系统在持续曝气，往往会出现单质硫过氧化的现象；此外，由于微生物细胞没有进行固定，随着生物处理的进行，细胞会吸附在单质硫上在硫沉降阶段被带出系统，或者随着出水一起被带出系统，从而不能使系统长期保证足够细胞量，影响了系统的处理性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种处理含硫废水的方法及其装置，本发明提出将曝气和生物反应单元进行分离，通过持续对液体曝气，使液体溶解足量的氧气进入生物反应罐，使系统能稳定处于微耗氧状态，同时，在生物反应罐中加入多孔填料，使微生物生长成生物膜覆盖在填料表面，保证罐内始终能保持足量的微生物，进而确保了系统高效的去除硫污染的能力，为高效去除含硫废水提供新的解决思路。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种处理含硫废水的装置，包括料液罐、循环/出水罐、生物反应罐和硫磺沉降罐，料液罐出液口管路与循环/出水罐出液口管路连接汇合到主管路，主管路连接生物反应罐底部的进液口，生物反应罐上部的出液口连接硫磺沉降罐的进液口，硫磺沉降罐的出液口连接循环/出水罐进液口，硫磺沉降罐的底部设置出料口。

作为本发明的一种改进，所述料液罐还连接水泵，料液罐出液口和生物反应罐进液口连接管路均需设置水泵，通过水泵持续给系统提供废水；所述料液罐储存含硫废水，所述含硫废水为含硫化物或/和硫代硫酸根废水。

作为本发明的一种改进，所述循环/出水罐底部设置曝气装置，持续的向液体中充入气体，所述循环/出水罐上部两侧设有进液口和出水口，底部两侧设有进气口和出液口，所述进气口通入空气或/和氧气。

作为本发明的一种改进，所述生物反应罐内设置附着有微生物的填料层，液体从底部进入，靠近顶部的位置排出，微生物生长成生物膜覆盖在填料表面，保证罐内始终能保持足量的微生物，进而确保了系统高效的去除硫污染的能力。

作为本发明的一种改进，所述填料为多孔填料，所述微生物为具有硫化性能的微生物。

作为本发明的一种改进，所述多孔填料为多孔陶瓷、海绵填料、活性炭中的一种或多种；所述具有硫化性能的微生物为硫碱弧菌（Thioalkalivibrio）、硫杆菌（Thiobacillus）、硫微螺菌（Thiomicrospira）中的一种或多种。

作为本发明的一种改进，所述硫磺沉降罐内部设置中心桶；所述中心桶顶部密封，底部呈喇叭状开口，所述硫磺沉降罐进液口跨壁与中心桶连接，所述硫磺沉降罐上部设有出液口，底部为倒锥形结构，用于沉降硫磺的收集，所述硫磺沉降罐底部设有出料口。

本发明还提供一种处理含硫废水的方法，包括以下步骤：

（1）通过水泵将含硫废水供给至料液罐；

（2）经料液罐出液口排出的含硫废水与循环/出水罐出液口排出的含硫废水汇合到主管路，从生物反应罐底部进液口进入，在附着有微生物的填料层进行微生物处理；

（3）经过微生物处理的废水依次从生物反应罐上部的出液口、硫磺沉降罐的进液口进入硫磺沉降罐内的中心桶内，进行硫磺沉降；

（4）硫磺沉降后废水从硫磺沉降罐上部出液口排出，从循环/出水罐进液口进入，经过曝气处理后，一支从循环/出水罐出水口排除，一支从底部出液口排出进行新的处理循环。

作为本发明的一种改进，所述步骤（1）中含硫废水温度为20~40℃，pH为8~10，盐度[Na⁺]为0.2~2.0 M。

作为本发明的一种改进，所述生物反应罐和硫磺沉降罐进入下级相邻罐体以自流方式或水泵泵流方式。

本发明的有益效果为：

（1）本发明引入废弃物资源回收利用的理念，将废水中含硫物质转化为单质硫回收利用，并使得废水出水污染物得到去除，达到净化的目的。

（2）本发明将曝气单元和生物反应单元分离，并采用填料固定微生物的方式，减少了单质硫的过氧化和微生物的流失，有效地保证了系统的处理废水的效率；降低了对用于调节pH的液碱的需求，显著提高了处理过程的经济性，显示出处理效率高，能耗低，运行成本低，产品附加值高等优势，易于进行产业化推广，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1一种处理含硫废水的装置结构示意图；

图2为本发明实施例2涉及的对照装置A-鼓泡塔式脱硫系统；

图3为本发明实施例2涉及的对照装置B-填料床式脱硫系统；

图4本发明实施例1装置与实施例2和3对照装置处理含S₂O₃ ^2-和S^2-模拟废水含硫物质的去除率对比；

图5本发明实施例1装置与实施例2和3对照装置处理含S₂O₃ ^2-和S^2-模拟废水单质硫生成率对比；

附图标记说明：

其中，1为料液罐，2为出水/循环罐，3为生物反应罐，4为硫磺沉降罐；图中带箭头的实线表示液体流向，带箭头的虚线表示气体流向。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

本实施例提供了一种处理含硫废水的装置，如图1所示，所述的装置包括料液罐1，循环/出水罐2，生物反应生物反应罐3，脱硫沉降罐4；上述循环/出水罐2、生物反应罐3、脱硫沉降罐4罐形成液体循环，料液罐1为系统持续提供待处理的液体。

料液罐1出液口管路与循环/出水罐2出液口管路连接汇合到主管路，主管路连接生物反应罐3底部的进液口，生物反应罐3上部的出液口连接硫磺沉降罐4的进液口，硫磺沉降罐4的出液口连接循环/出水罐进液口，硫磺沉降罐4的底部设置出料口。

料液罐1与生物反应罐3之间的管路分别设置水泵为液体补充和液体循环提供动力；循环/出水罐2内设置曝气装置，持续的对液体进行曝气；生物反应罐3内设置填料层，填装活性炭、陶瓷等多孔类填料，用以吸附固定微生物；硫磺沉降罐4内设中心桶结构，中心桶为上端封闭末端以喇叭口的方式张开，罐底为锥状结构，底部设置出料口，用于沉淀硫磺。

本发明提供得装置操作条件为：温度为20~40℃，pH为8~10，盐度[Na+]为0.2~2.0M。

本发明提供的装置，料液罐1出液口管路与循环/出水罐2出液口管路连接汇合到主管路，然后从生物反应罐3底部进入，料液经微生物处理后，进入硫磺沉降罐4，硫磺沉降罐4出液从循环/出水罐2进液口进入罐内，经曝气处理后，一支从出水口排除，一支从底部出液口排出，进行新的处理循环。

本发明提供的装置，生物反应罐3罐和硫磺沉降罐4进入下级相邻罐体均以自流方式，因此实际布局中，要通过调节各罐体的高度实现液体的自流。料液罐1出液口和生物反应罐3进液口连接管路均需设置水泵，以实现对系统补料和为系统液体循环提供动力。

实施例2：

本实施例采用实施例1提供的装置进行废水处理试验。本实施例使用的微生物为Thioalkalivibrioversutus D301(保藏号：CGMCC8497 )。首先，本实施例对装置进行启动，以硫代硫酸根作为硫源，通过持续的循环培养，使微生物在填料表面形成挂膜，系统达到稳定的处理效果。然后，将料液罐内液体置换为硫化物模拟废水，进行硫化物处理验证。最后，再次切换为硫代硫酸根模拟废水进行性能验证。本实施例采用对照装置A和B进行对比试验，来验证本发明装置在处理含硫废水的优势，对照装置A和B的结构示意图如图2和图3所示。

模拟废水由基础培养基与硫源组成，通过更换硫源而制备成两种类型的含硫废水。所用基础培养基组成为（在1L水中）：Na₂CO₃ 46g、NaHCO₃ 23g、KNO₃ 0.505g、K₂HPO₄·3H₂O 2g、NH₄Cl 0.268g、MgCl₂0.1g、Trace 2mL，pH为自然。生物反应罐3中所使用的填料的材质为多孔陶瓷。料液罐1的有效体积为5L，出水/循环罐2、生物反应罐3、硫磺沉降罐4三个罐体的总有效体积为12 L（分别为5L，4L和3L），出水/循环罐2使用的曝气装置为微孔曝气盘，鼓入的气体为空气。对照装置A和B的生物反应罐2有效容积为9L，其他罐体容积与实施例1对应罐体容积相同。

首先配制基本培养基，然后加入Na₂S₂O₃·5H₂O，并使其浓度达到20g/L，pH为9.7，温度为30℃。将配制好的培养基充满各罐体。然后按10%的比例进行接种。接种完成后，系统开始曝气培养，每日取样测定出水中Na₂S₂O₃·5H₂O的浓度，并在其浓度接近0时，打开料液罐水泵，对系统进行补液，补液速率为6 L/h，曝气量为1.2 L/min。7天以后，发现填料上附着了一层形状稳定的淡黄色物质，而且，出水中Na₂S₂O₃·5H₂O的去除水平达到稳定状态，且性能达到最优。对照装置A和B也与本发明装置同步启动，同等条件下运行，其中对照装置B的生物反应罐2由于曝气的冲击，培养8天后形成填料挂膜，系统开始稳定脱硫运行。

然后，将硫源替换为Na₂S·9H₂O，浓度为20 g/L，补液速率为1.2L/h，其他条件维持不变。

最后，再次将硫源替换为Na₂S₂O₃·5H₂O，浓度为10g/L，补液速率为2L/h，其他条件维持不变。

由图4至图5结果表明，本发明装置S₂O₃ ^2-和S^2-去除率分别达到96.3%和90.1%，均高于对照装置A和B，表现最好，对照装置B由于是填料式生物反应器，保持微生物能力更强，因此效果也比装置A更好。相应地，单质硫生成率方面，本发明装置效果表现最好。由此可见，本发明提出一种处理含硫废水的方法及装置在含硫废水处理上的确更有优势，将有很好的应用前景。

需要说明的是，以上内容仅仅说明了本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种处理含硫废水的装置，其特征在于，包括料液罐、循环/出水罐、生物反应罐和硫磺沉降罐，料液罐出液口管路与循环/出水罐出液口管路连接汇合到主管路，主管路连接生物反应罐底部的进液口，生物反应罐上部的出液口连接硫磺沉降罐的进液口，硫磺沉降罐的出液口连接循环/出水罐进液口，硫磺沉降罐的底部设置出料口。

2.根据权利要1所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述料液罐还连接水泵，所述料液罐储存含硫废水，所述含硫废水为含硫化物或/和硫代硫酸根废水。

3.根据权利要求1所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述循环/出水罐底部设置曝气装置，所述循环/出水罐上部两侧设有进液口和出水口，底部两侧设有进气口和出液口，所述进气口通入空气或/和氧气。

4.根据权利要求1所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述生物反应罐内设置附着有微生物的填料层。

5.根据权利要求4所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述填料为多孔填料，所述微生物为具有硫化性能的微生物。

6.根据权利要求5所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述多孔填料为多孔陶瓷、海绵填料、活性炭中的一种或多种；所述具有硫化性能的微生物为硫碱弧菌、硫杆菌、硫微螺菌中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的一种处理含硫废水的装置，其特征在于，所述硫磺沉降罐内部设置中心桶；所述中心桶顶部密封，底部呈喇叭状开口，所述硫磺沉降罐进液口跨壁与中心桶连接，所述硫磺沉降罐上部设有出液口，底部为倒锥形结构，所述硫磺沉降罐底部设有出料口。

8.一种利用如权利要求1-7任一所述的处理含硫废水的装置进行处理含硫废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过水泵将含硫废水供给至料液罐；

9.根据权利要求8所述的一种处理含硫废水的方法，其特征在于，所述步骤（1）中含硫废水温度为20~40℃，pH为8~10，盐度[Na⁺]为0.2~2.0 M。

10.根据权利要求8所述的一种处理含硫废水的方法，其特征在于，所述生物反应罐和硫磺沉降罐进入下级相邻罐体以自流方式或水泵泵流方式。