專利名稱：在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法
技術領域：
本發明涉及一種有機廢水處理方法，屬于廢水生物處理技術領域。
背景技術：
近幾年來含硫含氮有機廢水污染日趨嚴重。現代工業生產中制藥、發酵、 化工、食品加工、制革廠及采礦等行業排放的廢水都含有高濃度的硫酸鹽及氨 氮的有機廢水。含氮化合物由于其能夠促使藻類等浮游生物大量繁殖，從而引
起水體的富營養化造成水華和赤潮現象；含硫化合物在厭氧條件下被微生物還 原，不僅會引起生物腐蝕，還會產生有毒氣體硫化氫，容易造成水體的PH值 降低，對水體及水生生物產生毒害，嚴重影響周邊的生態環境。因此，尋找一 種行之有效的含硫含氮有機廢水處理工藝早己成為環境工程界普遍關注的問 題。
目前，針對高濃度含硫含氮有機廢水，針對其污染物特點，將其視為含硫 廢水或含氮廢水而采用分別處理的策略，且各自的處理工藝均分兩步進行。對 于含硫廢水的處理是硫酸鹽首先還原為硫化物再氧化為單質硫；含氮廢水中的 氨氮先被氧化為硝酸鹽再反硝化為氮氣；這種處理方式不僅工藝流程復雜且處 理效率不高。硫化物氧化為單質硫工藝不僅負荷過低，而且單質硫黏附于細胞 表面難以分離等問題。限制其實際工程應用。生物脫氮工藝的操作復雜，需要 額外投加有機物如甲醇，無疑大幅增加工藝運行成本。
現有的碳氮硫同步脫除工藝必須以硫化物的生成為前提，大大增加了工藝 的復雜性，限制了工藝的應用。
因此，如何在一個反應器內有效的去除硫酸鹽、氨氮和有機物，且控制 反應過程的終產物為單質硫、氮氣和C02，成為該工藝在實際應用中必須首先 攻克的難題。
發明內容
本發明的目的是提供一種在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法，以解決現有的處理含硫含氮污水方法存在運行成本高、工藝復雜、處 理效率低的問題。
本發明解決上述技術問題采用的技術方案是
在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法包括如下步驟 步驟一、采用僅有一個流化床反應器3的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化 設備來進行處理廢水；所述廢水(待處理廢水)是以硫酸鹽、硝酸鹽和有機物
為主要污染物，硫氮質量比為0. 5-5、 C0D與N質量比為3-8的含硫含氮有機 廢水；
步驟二、培養顆粒污泥首先在流化床反應器3內加入活性污泥；之后，
將待處理廢水引入到流化床反應器3內，以N計的進水容積負荷不超過 2. 0kgN/m3 d，保持流化床反應器3內的溫度為20-35°C、水利停留時間(HRT) 4h-16h、流化床反應器3內的pH為7. 5-10. 0，在每升進水加入lml微量元素 溶液，進行顆粒污泥培養，顆粒污泥形成后，完成顆粒污泥的培養；
步驟三、自養反硝化脫硫微生物的強化強化自養反硝化脫硫微生物使其 成為主要功微生物，理論單質硫產率到65%以上時，完成自養反硝化微生物的 強化過程，進而建立起自養、異養協同作用的工藝環境；
步驟四、完成以上所述步驟后、在同一流化床反應器3內，自養微生物與 異養微生物協同作用，產酸菌將流化床反應器3內的有機物轉化為小分子有機 酸，異養硫酸鹽還原菌首先將硫酸鹽還原為硫化物，自養反硝化微生物以硝酸 鹽作為電子受體氧化硫化物為單質硫；同時異養反硝化微生物以有機酸作為電 子供體反硝化硝酸鹽為氮氣；從而，原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽分別被 轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣通過兩種不同營養類型的微生物的協同作用， 原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽在流化床反應器3內分別被轉化成二氧化 碳、單質硫和氮氣。
本發明的優點在于
本發明方法實現了在一個反應器內有效的去除硫酸鹽、氨氮和有機物，且 控制反應過程的終產物為單質硫、氮氣和C02。具體優點為(1)處理效率高， 硫酸鹽和硝酸鹽的轉化率在98%以上，有機物的去除率也達80%左右；(2)無二次污染，產物為單質硫、氮氣和二氧化碳，出水中不含亞硝酸鹽；(3)占地 面積省，硫酸鹽、硝酸鹽和有機物的去除在一個反應系統中完成。此外，生成 的單質硫在適當處理后還可作為資源回收利用。
圖1是本發明方法中所使用的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化設備的結 構示意圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一參見圖1，本實施方式所述的在一個反應器內碳氮硫同 步脫除的有機廢水處理方法包括如下步驟
步驟一、采用僅有一個流化床反應器3的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化 設備來進行處理廢水；所述廢水(待處理廢水)是以硫酸鹽、硝酸鹽和有機物 為主要污染物，硫氮質量比為0.5-5、 C0D與N質量比為3-8的含硫含氮有機
廢水；
步驟二、培養顆粒污泥首先在流化床反應器3內加入活性污泥；之后， 將待處理廢水引入到流化床反應器3內，以N計的進水容積負荷不超過 2. 0kgN/m3 d，保持流化床反應器3內的溫度為20-35°C、水利停留時間(服T) 4h-16h、流化床反應器3內的pH為7. 5-10. 0，在每升進水加入lml微量元素 溶液，進行顆粒污泥培養，顆粒污泥形成后，完成顆粒污泥的培養；
步驟三、自養反硝化脫硫微生物的強化強化自養反硝化脫硫微生物使其 成為主要功微生物，理論單質硫產率到65%以上時，完成自養反硝化微生物的 強化過程，進而建立起自養、異養協同作用的工藝環境；
步驟四、完成以上所述步驟后、在同一流化床反應器3內，自養微生物與 異養微生物協同作用，產酸菌將流化床反應器3內的有機物轉化為小分子有機 酸，異養硫酸鹽還原菌首先將硫酸鹽還原為硫化物，自養反硝化微生物以硝酸 鹽作為電子受體氧化硫化物為單質硫；同時異養反硝化微生物以有機酸作為電 子供體反硝化硝酸鹽為氮氣；從而，原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽分別被 轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣通過兩種不同營養類型的微生物的協同作用， 原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽在流化床反應器3內分別被轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣。
本實施方式所述的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化設備為本工藝中最主
要的處理單元，流化床反應器3是所述設備的主要構件，流化床反應器3由有 機玻璃制成，內徑8cm，高150cm，總容積為10. 0L，有效容積4. 0L，所述反 應器主要由下部的反應區、中部的沉淀區和頂部的三相分離區構成。進水自下 而上流經反應區，與顆粒污泥接觸發生同步反應，污水中的硫酸鹽、硝酸鹽和 有機物在反應區內微生物的作用下，分別轉化為單質硫、&和C02。出水上流 至沉淀區后，發生固液分離，之后經溢流堰排出，在出水口處設有水封裝置， 以保證反應器內部的厭氧狀態。反應區中產生的氣體上升至三相分離區后排 出。經三相分離器進行氣、液、固的分離后，固相滑回反應區內，氣體經氣路 排出，液相經出水口排出。反應器連接了溫控裝置以控制系統內部的溫度。所 述的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化設備還包括配水箱1、進水泵2、溫控儀 4、回流泵5、水封瓶6、氣體流量計7、出水計量水箱8、水管A和氣管B等 (參見圖1)。
具體實施方式
二本實施方式在步驟一中，所述硫氮質量比為2-2.5, C0D 與N質量比為3-8的含硫含氮有機廢水，其中在硫氮質量比為2. 5， COD與N 質量比為5. 0，硝酸鹽容積負荷為1. 5kgN/m3 d時，去除效果最好硫酸鹽、硝 酸鹽和有機物去除率分別達到98%、 98%和80%。其它步驟與具體實施方式
一相 同。
具體實施方式
三本實施方式在步驟二中，所述每升微量元素液含有 500mg的H3B03、 500mg的ZnCl2、 500mg的(NH4)6Mo7024 4H20、 500mg的 NiCl 6H20、500mg的A1C13 6H20、500mg的CoCl2 6H20、500mg的CuS04 5H20、 lOOOmg的NaSe03 5H20、 1500mg的FeCl3 6H20、 5000 mg的MnCl2 *4H20和5 ml的濃度為37%的HC1溶液。微量元素的投加能夠促進并強化顆粒污泥的形 成，使得顆粒污泥形成時間縮短半個月。其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四本實施方式在步驟三中，自養反硝化微生物的強化措施 為增加流化床反應器3中的溶解氧(DO)，控制溶解氧的含量為0. 5-3. Omg/L。 其它步驟與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五本實施方式在步驟三中，自養反硝化微生物的強化措施 為人工投加硫化物200mg/L-800mg/L。其它步驟與具體實施方式
一相同。 實施例 實施例1:
以合成污水為進水，其組成包括Na2S04、 KN03、 CH3C00Na. 3H20、 NaHC03和 K2HP04，穩定運行的條件為溫度30。C， pH=8，水力停留時間10小時，DO值 0.4 ， C0D/N二5.0 ， S/N=3 ， 容積負荷為 0.46 0.50kgS/m3d 和 0.20 0.25kgN03-N/m3d，硫酸鹽、硝酸鹽和乙酸鹽的去除率均在95%以上，單 質硫生成率在85%以上。
實施例2:
以合成污水為進水，其組成包括Na2S04、 KN03、 CH3C00Na. 3H20、 NaHC03和 K2HP04，穩定運行的條件為溫度25°C， pH=8.5,水力停留時間9小時，S2— 濃度在200mg/L-1200mg/L時，C0D/N=4 ， S/N=l. 8 ， 容積負荷為 0. 46-0. 50kgS/m3d和0. 20-0. 25kgN03-N/m3d，硫酸鹽、硝酸鹽和乙酸鹽的去除 率均在95%以上，單質硫生成率在80%以上。
本發明中所采用的同步去除有機物、硫酸鹽和硝酸鹽的工藝原理如式(1)、 (2)、 (3)和(4)所示。首先有機物在產酸菌的作用下，轉化為小分子有機 酸。硫酸鹽在體系內硫酸鹽還原菌的作用下，還原為硫化物。生成的硫化物在 體系內自養反硝化微生物的作用下，氧化為S。，同時還原硝酸鹽為N2;隨后， 異養反硝化菌利用小分子有機酸作為電子供體，降解有機物，產生N2和C02; 從而，完成了碳、氮、硫的同步脫除。主要化學反應式為<formula>formula see original document page 8</formula>
權利要求
1、在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法，其特征在于所述方法包括如下步驟步驟一、采用僅有一個流化床反應器(3)的有機廢水碳氮硫同步脫除一體化設備來進行處理廢水；所述廢水是以硫酸鹽、硝酸鹽和有機物為主要污染物，硫氮質量比為0.5-5、COD與N質量比為3-8的含硫含氮有機廢水；步驟二、培養顆粒污泥首先在流化床反應器(3)內加入活性污泥；之后，將待處理廢水引入到流化床反應器(3)內，以N計的進水容積負荷不超過2.0kgN/m3·d，保持流化床反應器(3)內的溫度為20-35℃、水利停留時間4h-16h、流化床反應器(3)內的pH為7.5-10.0，在每升進水加入1ml微量元素溶液，進行顆粒污泥培養，顆粒污泥形成后，完成顆粒污泥的培養；步驟三、自養反硝化脫硫微生物的強化強化自養反硝化脫硫微生物使其成為主要功微生物，理論單質硫產率到65％以上時，完成自養反硝化微生物的強化過程，進而建立起自養、異養協同作用的工藝環境；步驟四、完成以上所述步驟后、在同一流化床反應器 id="icf0001" file="A2009100723590002C1.tif" wi="5" he="4" top= "143" left = "144" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>內，自養微生物與異養微生物協同作用，產酸菌將流化床反應器 id="icf0002" file="A2009100723590002C2.tif" wi="5" he="4" top= "152" left = "118" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>內的有機物轉化為小分子有機酸，異養硫酸鹽還原菌首先將硫酸鹽還原為硫化物，自養反硝化微生物以硝酸鹽作為電子受體氧化硫化物為單質硫；同時異養反硝化微生物以有機酸作為電子供體反硝化硝酸鹽為氮氣；從而，原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽分別被轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣通過兩種不同營養類型的微生物的協同作用，原水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽在流化床反應器 id="icf0003" file="A2009100723590002C3.tif" wi="6" he="5" top= "195" left = "131" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>內分別被轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣。
2、 根據權利要求1所述的在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處 理方法，其特征在于在步驟一中，所述硫氮質量比為2-2.5。
3、 根據權利要求1所述的在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處 理方法，其特征在于在步驟二中，所述每升微量元素液含有500mg的H3B03、 500mg的ZnCl2、 500mg的(NH4) 6Mo7024 4H20、 500mg的NiCl 6H20、 500mg的 A1C13 6H20 、 500mg的CoCl2 6H20 、 500mg的CuS04 5H20 、 lOOOmg的NaSe03 5H20、 1500mg的FeCl3 6H20、 5000 mg的MnCl2 4H20和5 ml的濃 度為37%的HCl溶液。
4、 根據權利要求1所述的在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處 理方法，其特征在于在步驟三中，自養反硝化微生物的強化措施為增加流 化床反應器(3)中的溶解氧(D0)，控制溶解氧的含量為0. 5-3. Omg/U
5、 根據權利要求1所述的在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法，其特征在于在步驟三中，自養反硝化微生物的強化措施為人工投加硫化物200mg/L-800mg/L。
全文摘要
在一個反應器內碳氮硫同步脫除的有機廢水處理方法，它涉及一種有機廢水處理方法。本發明解決了現有的處理含硫含氮污水方法存在運行成本高、處理效率低的問題。本發明的主要步驟為(一)培養顆粒污泥；(二)強化自養反硝化脫硫微生物；(三)在同一流化床反應器內，通過自養微生物與異養微生物協同作用，將廢水中的有機物、硫酸鹽和硝酸鹽分別被轉化成二氧化碳、單質硫和氮氣而去除，從而完成碳氮硫的同步脫除。該方法具有處理效率高，硫酸鹽和硝酸鹽的轉化率在98％以上，有機物的去除率也達80％左右；出水不含亞硝酸鹽無二次污染；占地面積省，硫酸鹽、硝酸鹽和有機物的去除在一個反應系統中完成等優點。
文檔編號C02F3/30GK101585651SQ200910072359
公開日2009年11月25日 申請日期2009年6月24日 優先權日2009年6月24日
發明者任南琪, 充 劉, 劉春爽, 莉 張, 畢建培, 王愛杰 申請人:哈爾濱工業大學