申请日2015.04.22
公开(公告)日2015.07.29
IPC分类号B01D53/78; B01D53/50; C02F103/18; C02F3/30; C02F3/34; B01D47/06
摘要
本发明公开了一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的方法与装置。本发明将烟气通过喷淋塔脱硫净化，脱硫废液和污水流入亚硫酸盐还原反应器进行厌氧生物处理，使污水中的有机物被降解，同时亚硫酸盐被还原;再与硝化反应器回流液混合后流入反硝化反应器中，污水中的硝酸盐还原成氮气实现氮素的去除，硫化物被缺氧氧化为硫酸盐或单质硫，实现部分脱硫;再流入硝化反应器中，污水中有机物进一步被降解，同时氨氮被氧化成硝酸盐，通过回流反硝化反应器去除;剩余的硫化物完全氧化为硫酸盐，污水被净化，可直接排出。本发明对污水中的有机物去除率平均为95%，氨氮去除率达90%，总氮去除率达70%以上，硫化物去除率达99.9%。本发明建立了一种可同时高效烟气脱硫、污水脱碳和脱氮的烟气-污水协同处理工艺，同时处理了烟气脱硫废液和污水净化。
权利要求书
1.一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的装置，其特征在于：该装置包括烟气除尘脱硫喷淋塔、混合池、亚硫酸盐还原反应器、反硝化反应器和硝化反应器，所述烟气除尘脱硫喷淋塔、混合池、亚硫酸盐还原反应器、反硝化反应器和硝化反应器通过进水主管路依次连接，所述反硝化反应器与硝化反应器之间设有可将硝化反应器的出水回流至反硝化反应器的回流管路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述烟气除尘脱硫喷淋塔还连接有烟气进气管、排气管和碱液进水管。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述混合池还连接有污水进水管。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述硝化反应器连接有出水管。
5.一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)烟气除尘脱硫：将烟气和碱液通入烟气除尘脱硫喷淋塔，使碱液与烟气充分接触吸收烟气中的SO2和烟尘，实现烟气脱硫净化，净化后的烟气通过排气管排出，脱硫废液从烟气除尘脱硫喷淋塔底部流出至沉淀池，沉淀去除杂质;
2)亚硫酸盐还原反应：使沉淀池中的烟气脱硫废液和污水流入混合池中，混合后流入接种有硫酸盐还原菌的亚硫酸盐还原反应器进行厌氧生物处理，使污水中的有机物被降解成二氧化碳和水，同时亚硫酸盐被还原成负二价硫和溶解态的硫化氢;
3)硝化反应：亚硫酸盐还原反应器的出水经反硝化反应器流入硝化反应器中，在有氧条件下，将污水中有机物进一步还原成二氧化碳和水，同时污水中的氨氮被氧化成硝酸盐;此外，将水中残余的的负二价硫和溶解态硫化氢完全氧化为硫酸盐;
4)反硝化反应：硝化反应器中的出水部分回流到反硝化反应器中，与亚硫酸盐还原反应器的出水混合，在缺氧条件下，将污水中的硝酸盐还原成氮气，实现氮素的去除;同时将污水中的部分负二价硫被氧化成硫酸盐;
5)排水：将硝化反应器的部分出水排出。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的碱液选自pH>8.0的NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液中的一种。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述亚硫酸盐还原反应器中的溶解氧浓度<0.2 mg/L，水利停留时间为3～8h。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述反硝化反应器的水利停留时间为2～4h;所述硝化反应器的水利停留时间为2～4h。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤4)中反硝化反应器中硝化反应器的出水和亚硫酸盐还原反应器的出水的体积比为(1~10)：1。
10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤4)硝化反应器的出水回流至反硝化反应器的流量与硝化反应器进水流量的比值为(0.50~0.91)：1。
说明书
一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的方法与装置
技术领域
本发明属于污染治理领域，涉及一种协同烟气脱硫和污水有机物去除与脱氮处理的新工艺及装置。
背景技术
自从1914年以来，好氧活性污泥法工艺被广泛运用于各种污水处理，例如，城市生活废水，工业废水以及农业污水等等。好氧活性污泥法的原理是将相关的微生物引入污水处理过程中，通过控制条件来实现有机物和氨氮的去除。尽管活性污泥法工艺能够有效的去除污水中的有机物，但是它的主要缺陷在于有机物的生物降解过程中会产生大量的剩余污泥. 据研究表明，处理每立方米的生活污水会产生234g的干污泥。随着环境标准越来越严格，剩余污泥的处理与处置的成本也逐渐增加并且变得具有挑战性。
相比之下，厌氧污水处理能降低污泥产生量。现有的厌氧污水处理通过厌氧产甲烷古菌(MPA) 或者硫酸盐还原菌的作用来实现。虽利用MPA处理污水能实现低污泥产率并且能产生能量，但是MPA主要是嗜中温和高温菌，在水温低于15℃时其活性大打折扣，而且反应时间至少需要24h。因为利用MPA厌氧消化不适合于处理城市生活污水。
另一种解决思路——利用硫酸盐还原菌、硫氧化菌形成硫循环来处理城市污水。在我们之前的研究中已提出可以利用烟气来实现污水中的有机物去除，结果显示是可以有效降低污水有机碳浓度的。但是，当前城市污水处理不仅仅是要求去除有机物，氨氮、硝氮作为导致水体富营养化的污染物质，也必须得到有效去除。而之前的研究，并不能有效去除含氮污染物。据此，我们提出了一种新的污水处理工艺，以烟气脱硫废液为硫源，在实现有机物去除和低污泥产率的同时，实现污水的高效脱氮。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以烟气脱硫废液为硫源来实现高效污水处理的新工艺。旨在利用硫循环过程来实现污水中的有机物和氮的去除。此工艺将烟气脱硫废液与城市生活污水处理相结合，既能高效去除污水中的有机物和脱氮，还能解决剩余污泥产量大的问题。
本发明的目的在于提供一种以烟气脱硫废液净化污水的方法。
本发明的另一目的在于提供一种以烟气脱硫废液净化污水的装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的装置，其特征在于：该装置包括烟气除尘脱硫喷淋塔、混合池、亚硫酸盐还原反应器、反硝化反应器和硝化反应器，所述烟气除尘脱硫喷淋塔、混合池、亚硫酸盐还原反应器、反硝化反应器和硝化反应器通过进水主管路依次连接，所述反硝化反应器与硝化反应器之间设有可将硝化反应器的出水回流至反硝化反应器的回流管路。
进一步的，上述烟气除尘脱硫喷淋塔还连接有烟气进气管、排气管和碱液进水管。
进一步的，上述混合池还连接有污水进水管。
进一步的，上述硝化反应器连接有出水管。
一种协同烟气脱硫和污水有机物降解及脱氮的方法，包括以下步骤：
1)烟气除尘脱硫：将烟气和碱液通入烟气除尘脱硫喷淋塔，使碱液与烟气充分接触吸收烟气中的SO2和烟尘，实现烟气脱硫净化，净化后的烟气通过排气管排出，脱硫废液从烟气除尘脱硫喷淋塔底部流出至沉淀池，沉淀去除杂质;
2)亚硫酸盐还原反应：使沉淀池中的烟气脱硫废液和污水流入混合池中，混合后流入接种有硫酸盐还原菌的亚硫酸盐还原反应器进行厌氧生物处理，使污水中的有机物被降解成二氧化碳和水，同时亚硫酸盐被还原成负二价硫和溶解态的硫化氢;
3)硝化反应：亚硫酸盐还原反应器的出水经反硝化反应器流入硝化反应器中，在有氧条件下，将污水中有机物进一步还原成二氧化碳和水，同时污水中的氨氮被氧化成硝酸盐;此外，将水中残余的的负二价硫和溶解态硫化氢完全氧化为硫酸盐;
4)反硝化反应：硝化反应器中的出水部分回流到反硝化反应器中，与亚硫酸盐还原反应器的出水混合，在缺氧条件下，将污水中的硝酸盐还原成氮气，实现氮素的去除;同时将污水中的部分负二价硫被氧化成硫酸盐;
5)排水：将硝化反应器的部分出水排出。
进一步的，上述碱液选自pH>8.0的NaOH溶液、Na2CO3溶液、NaHCO3溶液中的一种。
进一步的，上述亚硫酸盐还原反应器中的溶解氧浓度<0.2 mg/L，水利停留时间为3～8h。
进一步的，上述反硝化反应器的水利停留时间为2～4h;所述硝化反应器的水利停留时间为2～4h。
进一步的，上述步骤4)中反硝化反应器中硝化反应器的出水和亚硫酸盐还原反应器的出水的体积比为(1~10)：1。
进一步的，上述步骤4)硝化反应器的出水回流至反硝化反应器的流量与硝化反应器进水流量的比值为(0.50~0.91)：1。
本发明的有益效果是：
1)本发明在亚硫酸盐还原、反硝化反应和硝化反应过程中产生的剩余污泥量都很少平均污泥表观产率仅为去除1g COD产生0.05 gVSS，有望成为一种普适性的低污泥产率的高效污水处理工艺。
2)本发明将烟气脱硫废液中亚硫酸盐、污水中有机物为碳源和氮源、硫酸盐还原菌、硝化和反硝化菌结合，从而建立了一种可同时高效脱硫、脱碳和脱氮的污水处理工艺，同时处理了烟气脱硫废液和污水净化。
3)本发明是将硫酸盐还原菌引入内陆的生活污水处理领域，以形成多种低污泥产率(0.05gVSS/gCOD)的污水处理工艺，实现了污水处理方法的改进和创新。本发明将烟气脱硫废液与城市生活污水处理相结合，既能高效去除污水中的有机物和脱氮，还能解决剩余污泥产量大的问题。
4)本发明工艺主要包括三个生物反应器：亚硫酸盐还原反应器，自养反硝化反应器和硝化反应器。污水中的有机物通过硫酸盐还原菌将亚硫酸盐还原的过程而被去除，产生的负二价硫在好氧的硝化反应器中在硝化细菌的作用下被氧化成硫酸盐，同时将污水中的氨氮氧化成硝酸盐，随后在缺氧的自养反硝化反应器中，反硝化细菌以负二价硫作为电子供体将硝酸盐还原成氮气，从而三个生物反应器的联合作用完成了污水和烟气脱硫废液的高效脱碳、脱氮以及脱硫这三个过程。
