申请日2015.01.20
公开(公告)日2015.05.06
IPC分类号C02F3/28; B01D53/78; C01B17/05; B01D53/52; B01D53/96
摘要
本发明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，属于污水生物处理技术领域。本发明旨在提供一种高效、稳定、抗硫化氢毒性冲击的厌氧反应器，本发明的高效厌氧反应器包括内循环厌氧反应器，还包括导气管、回流气管、集气罐、络合铁氧化塔和水封罐，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S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完成废水厌氧处理过程。本发明适用于含高浓度硫酸盐的化工废水处理。
权利要求书
1.一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，包括内循环厌氧反应器(6)，其特征在于： 还包括导气管(11)、回流气管(13)、集气罐(14)、络合铁氧化塔(16)和水封罐(17); 所述的内循环厌氧反应器(6)包括固定台(1)、内循环射流器(4)、进水管(5)、二相分离 器(7)、三相分离器(8)、出水管(9)和出水堰(10);所述的内循环射流器(4)通过固定 台(1)固定在内循环厌氧反应器(6)的底部;所述的二相分离器(7)设置在内循环厌氧反 应器(6)的中上部;所述的三相分离器(8)设置在二相分离器(7)的上方;所述的出水堰 (10)设置在三相分离器(8)的上方并与出水管(9)连接;所述的进水管(5)与内循环射 流器(4)的上部连接;所述的水封罐(17)通过导气管(11)与内循环厌氧反应器(6)上 的三相分离器(8)连接，所述的导气管(11)的一端深入水封罐(17)的底部，水封罐(17) 的出气管位于其顶部并与络合铁氧化塔(16)下部开设的进气口连接，所述的络合铁氧化塔 (16)的底部设有硫磺排放管(15);所述的回流气管(13)一端设有布气口(3)，所述的布 气口(3)位于内循环射流器(4)中，回流气管(13)的另一端通过三通阀分成两根管道后 分别与络合铁氧化塔(16)和集气罐(14)连接。
2.根据权利要求1所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 内循环射流器(4)包括电机(401)、射流口(403)、高速桨叶(404)、扩散口(405)、导流 管(406)和稳流口(407)，所述的电机(401)与高速桨叶(404)通过转动轴连接，所述的 转动轴上还设有射流挡板(402)，所述的射流挡板(402)、射流口(403)和稳流口(407) 均为喇叭口状结构，射流挡板(402)和射流口(403)的喇叭口朝下，稳流口(407)的喇叭 口朝上;所述的稳流口(407)与导流管(406)、扩散口(405)依次连接，所述的高速桨叶 (404)位于扩散口(405)内部。
3.根据权利要求2所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 水封罐(17)为圆柱状结构，其上还设有补水管、排污管、溢流管、水位自动调节装置和加 热装置，水封罐(17)的内壁做防腐处理。
4.根据权利要求1所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 集气罐(14)为圆柱状结构，其上还设有安全阀、排污阀，集气罐(14)与三通阀之间设有 压力控制阀。
5.根据权利要求2所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 布气口(3)为倒置锥形漏斗形，位于高速桨叶(404)的上方，距离高速桨叶(404)的高度 为20-30cm，漏斗锥形角度为45-75°，锥底直径为导流管(406)直径的1/2-3/4。
6.根据权利要求4所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 络合铁氧化塔(16)为圆柱塔式结构，高径比大于5:1，分为反应区、硫单质收集区和排气区， 反应区中设有氧化剂;络合铁氧化塔(16)的进气管口位于其底部并设有气体分布器。
7.根据权利要求6所述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其特征在于：所述的 络合铁氧化塔(16)的反应区占总容积的3/5，硫单质收集区、排气区各占总容积的1/5。
8.一种高浓度硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：使用权利要求1中所述的一种耐高 浓度硫酸盐的高效厌氧反应器进行处理，其步骤为：
A、待处理废水通过进水管(5)与稳流口(407)收集的内循环水一起进入导流管(406)， 并在扩散口(405)内与布气口(3)出来的回流气混合，在高速桨叶(404)的作用下经射流 口(403)喷射入内循环厌氧反应器(6)的底部，在射流的作用下，内循环厌氧反应器(6) 底部设置的污泥被搅动，形成以内循环射流器(4)轴线为中心上下循环的流化态搅动并充分 反应的流化床层;
B、待处理废水在步骤A的流化床层中反应产生含H2S的混合气体，与废水形成气-水混 合废水进入二相分离器(7)中实现污泥和气-水的初步分离;
C、步骤B中经二相分离器(7)初步分离后的污泥和气-水进入三相分离器(8)中实现 污泥、废水、混合气体的同步分离，分离后的混合气体经导气管(11)进入水封罐(17)中， 分离后的废水经过出水堰(10)从出水管(9)排出;
D、步骤C中的混合气体经水封罐(17)中的水处理后进入络合铁氧化塔(16)中，混 合气体中的H2S气体与络合氧化铁中的Fe3+发生氧化还原反应产生硫磺单质沉降于塔底，去 除H2S后的气体一部分进入集气罐(14)以备资源化利用，另一部分经回流气管(13)进入 导流管(406)中，回流气流量为产气总量的50-100%。
9.根据权利要求8所述的一种高浓度硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：所述的络合 铁氧化塔(16)中的络合铁氧化剂再生过程为：将络合铁氧化塔(16)中待再生的氧化剂取 出，然后采用空气曝气的方式将待再生氧化剂中的Fe2+氧化成Fe3+，再生结束后的氧化剂待 用。
10.根据权利要求8所述的一种高浓度硫酸盐废水的处理方法，其特征在于：当集气罐 (14)与三通阀之间的压力控制阀的压力>4KPa时，控制阀打开，集气罐(14)开始集气， 所述的集气罐(14)内的压力为4-10KPa。
说明书
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
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，更具体地说，涉及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。
背景技术
随着工农业的飞速发展，工业废水排放量也迅速增加，导致自然水体的承载负荷也日益 加重，某些工业生产过程中大量使用了不同形式的硫酸盐、亚硫酸盐以及硫代硫酸盐等，导 致高硫酸盐有机废水的种类和水量也随之大幅增加，由原来的几种废水发展成包括味精废水、 酵母废水、糖蜜废水、柠檬酸废水、麦迪霉素废水等十几种废水。这些废水中含有大量的有 机物和高浓度的硫酸盐，未经处理排入水体不仅会产生具有恶臭味和腐蚀性的H2S气体，而 且直接危害人体健康和生态平衡。
对于高浓度的有机废水，一般采用厌氧处理方法。但由于高浓度硫酸盐的存在，使得厌 氧处理复杂化，其主要受两方面因素的影响：一是硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MPB) 竞争基质(乙酸、H2);二是硫酸盐还原作用的产物硫化物浓度很高时会引起产甲烷菌活性的 降低。因此，厌氧反应器中硫酸盐的浓度往往是限制厌氧处理的一个重要因素。
目前的研究表明，含高浓度硫酸盐有机废水的厌氧生物处理过程中遇到的最大困难就是 如何消除硫酸盐还原过程对产甲烷菌的抑制作用。控制硫酸盐对厌氧过程的影响的研究方式 主要有以下几种：(l)稀释，该方法大多用含硫酸盐较少的废水与高浓度硫酸盐废水混合来 实现，厌氧出水回流也常用作稀释手段;(2)从消化液中吹脱H2S，采用装有气体循环净化 装置的厌氧反应器，用一种加鳌合剂的高价铁溶液洗涤产生的沼气，将净化后的沼气回流入 反应器来吹脱H2S;(3)投加抑制剂，因为硫酸盐对厌氧消化的影响主要由硫酸盐还原菌的 生长和代谢活动引起，所以人们想到寻找某种能抑制硫酸盐还原菌生长和代谢的化学药剂， 目前研究较多的是钥酸盐;(4)控制pH值，在厌氧消化中起抑制作用的硫化物主要是未电 离的H2S，而消化液的pH值是影响硫化物离解程度的重要因素，当pH升高时，未电离的 H2S浓度较低，其毒性也相应降低，一般认为，pH值在7.5-8.0范围内较为适宜，国内外有 大量研究认为可以通过pH值的控制来减少H2S对MPB的毒害作用;(5)投加金属盐类物质 以化学沉淀法去除硫化物，通过向反应器中投加金属盐类物质，使其与溶解性硫化物形成硫 化物沉淀，从而降低反应器中硫化物的浓度，这是高浓度硫酸盐有机废水处理中最简便的方 法;(6)硫化物的生物氧化，利用微生物将水中的硫化物氧化为单质硫是近年来才发展起来 的一项新工艺。
经检索，中国专利申请公开号CN 102260014 A，申请日为2011年5月24日的专利申请 文件公开了一种高硫酸盐有机废水的处理方法，该发明包括如下步骤：A、降温结晶、固液 分离;B、芬顿氧化;C、耐硫酸盐生物处理。将高浓度硫酸盐有机废水降温结晶，形成固、 液两相后进行固液分离，固相硫酸盐水合晶体可进行资源化利用，水相重复降温结晶直至无 晶体析出;将降温结晶预处理后的硫酸盐废水进行芬顿氧化;将芬顿处理后的硫酸盐废水与 低浓度生活污水按一定比例混合后进入耐硫酸盐SBR活性污泥系统中进行生物处理。该发明 的优点在于采取多个方法联合的形式，具有经济、高效和灵活等优点，但是由于硫酸盐在水 中的溶解度很大，所以经结晶处理后的废水中硫酸盐浓度仍然很高，其对SBR活性污泥中微 生物的抑制作用无法消除。中国专利申请公开号CN 102351381 A，申请日为2011年8月16 日的专利申请文件公开了一种硫酸盐废水的处理装置及方法处理方法包括以下步骤：一级厌 氧处理：将要处理的废水通过添加乙醇通过厌氧膨胀床进行一级厌氧，硫酸盐还原反应以及 甲烷发酵基本是在一级厌氧反应器中完成的;二级厌氧处理：硫化物吹脱、厌氧污泥沉淀和 二级厌氧进一步处理在组合式沉淀器中完成，二级厌氧对硫酸盐还原量很小，但可以去除 30%～70%的有机物，并且COD去除率随一级厌氧降低而升高，保证了整套系统的有机物去 除效率在较高水平，但是该发明存在工艺复杂，COD去除效率较低，需要额外投加乙醇，无 法回收S单质，甲烷产率低等不足之处。
以上虽提出了多种解决含硫酸盐有机废水的厌氧处理方法，但由于可操作性差、实施调 控难度大、产生二次问题、影响MPB的活性等原因，难以较好的解决含高浓度硫酸盐有机废 水的厌氧处理。
发明内容
1.要解决的问题
针对现有技术中处理高浓度硫酸盐废水存在可操作性差、硫酸盐还原过程对产甲烷菌的 抑制作用强、厌氧系统的处理效率低等问题，本发明提供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。本发明利用厌氧过程产生的厌氧气吹脱去除液相中的H2S气体， 从而大幅减少其在液相中的浓度，减轻其对厌氧微生物的毒害作用，使该厌氧反应系统可以 承受较高浓度的硫酸盐，本发明的高效厌氧反应器可应用于含高浓度硫酸盐的有机化工废水 处理。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，包括内循环厌氧反应器，还包括导气管、回流 气管、集气罐、络合铁氧化塔和水封罐;所述的内循环厌氧反应器包括固定台、内循环射流 器、进水管、二相分离器、三相分离器、出水管和出水堰;所述的内循环射流器通过固定台 固定在内循环厌氧反应器的底部;所述的二相分离器设置在内循环厌氧反应器的中上部;所 述的三相分离器设置在二相分离器的上方;所述的出水堰设置在三相分离器的上方并与出水 管连接;所述的进水管与内循环射流器的上部连接;所述的水封罐通过导气管与内循环厌氧 反应器上的三相分离器连接，所述的导气管的一端深入水封罐的底部，水封罐的出气管位于 其顶部并与络合铁氧化塔下部开设的进气口连接，所述的络合铁氧化塔的底部设有硫磺排放 管;所述的回流气管一端设有布气口，所述的布气口位于内循环射流器中，回流气管的另一 端通过三通阀分成两根管道后分别与络合铁氧化塔和集气罐连接。
优选地，所述的内循环射流器包括电机、射流口、高速桨叶、扩散口、导流管和稳流口， 所述的电机与高速桨叶通过转动轴连接，所述的转动轴上还设有射流挡板，所述的射流挡板、 射流口和稳流口均为喇叭口状结构，射流挡板和射流口的喇叭口朝下，稳流口的喇叭口朝上; 所述的稳流口与导流管、扩散口依次连接，所述的高速桨叶位于扩散口内部。
优选地，所述的水封罐为圆柱状结构，其上还设有补水管、排污管、溢流管、水位自动 调节装置和加热装置，水封罐的内壁做防腐处理。
优选地，所述的集气罐为圆柱状结构，其上还设有安全阀、排污阀，集气罐与三通阀之 间设有压力控制阀。
优选地，所述的布气口为倒置锥形漏斗形，位于高速桨叶的上方，距离高速桨叶的高度 为20-30cm，漏斗锥形角度为45-75°，锥底直径为导流管直径的1/2-3/4。
优选地，所述的络合铁氧化塔为圆柱塔式结构，高径比大于5:1，分为反应区、硫单质收 集区和排气区，反应区中设有氧化剂;络合铁氧化塔的进气管口位于其底部并设有气体分布 器。
优选地，所述的络合铁氧化塔的反应区占总容积的3/5，硫单质收集区、排气区各占总容 积的1/5。
一种高浓度硫酸盐废水的处理方法，使用上述的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器 进行处理，其步骤为：
A、待处理废水通过进水管与稳流口收集的内循环水一起进入导流管，并在扩散口内与 布气口出来的回流气混合，在高速桨叶的作用下经射流口喷射入内循环厌氧反应器的底部， 在射流的作用下，内循环厌氧反应器底部设置的污泥被搅动，形成以内循环射流器轴线为中 心上下循环的流化态搅动并充分反应的流化床层;
B、待处理废水在步骤A的流化床层中反应产生含H2S的混合气体，与废水形成气-水混 合废水进入二相分离器中实现污泥和气-水的初步分离;
C、步骤B中经二相分离器初步分离后的污泥和气-水进入三相分离器中实现污泥、废水、 混合气体的同步分离，分离后的混合气体经导气管进入水封罐中，分离后的废水经过出水堰 从出水管排出;
D、步骤C中的混合气体经水封罐中的水处理后进入络合铁氧化塔中，混合气体中的H2S 气体与络合氧化铁中的Fe3+发生氧化还原反应产生硫磺单质沉降于塔底，去除H2S后的气体 一部分进入集气罐以备资源化利用，另一部分经回流气管进入导流管中，回流气流量为产气 总量的50-100%。
优选地，所述的络合铁氧化塔中的络合铁氧化剂再生过程为：将络合铁氧化塔中待再生 的氧化剂取出，然后采用空气曝气的方式将待再生氧化剂中的Fe2+氧化成Fe3+，再生结束后 的氧化剂待用。
优选地，当集气罐与三通阀之间的压力控制阀的压力>4KPa时，控制阀打开，集气罐开 始集气，所述的集气罐内的压力为4-10KPa。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供了一种耐高浓度硫酸盐的厌氧处理工艺，解决了高浓度硫酸盐对厌氧处 理系统不利影响的难题，具有处理负荷高、能有效抵抗较高H2S浓度的毒害作用、耐高浓度 硫酸盐等优点，本发明适用于含高浓度硫酸盐、S2+的有机废水;
(2)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，所述H2S去除系统中水封罐、集 气罐是保障络合铁氧化塔安全、正常运行的配套装置;
(3)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其络合铁氧化塔是该厌氧反应器 处理H2S的核心装置，络合铁主要成分为EDTA、Fe3+，通过一定比例充分溶解配置而成， 整个厌氧处理系统产生的H2S主要在该塔中去除，络合铁氧化塔的高径比、内部构造比例设 定有利于H2S与络合铁的传质反应，能更好的实现单质硫的分离;与申请公开号CN 102260014 A中的芬顿氧化法相比，本发明处理高浓度硫酸盐废水的方法具有氧化功能适度的优点，能 将S2-还原成S单质，而不是更高价态，提高了S单质的回收效率，与现有技术相比，络合铁 法具有药剂能重复利用，不产废渣、成本低廉等优点;
(4)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其布气口的锥形角度、布置位置 设定有利于气体的顺利导出以及均匀的分散，能有效促进液相中的H2S向气相中转移，大幅 降低了反应器中H2S的浓度，减轻其对厌氧微生物的毒害作用;
(5)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其水封罐中的水面高度不能低于 操作压力的1.5倍，在此条件下，可以有效控制和保持整个厌氧系统的气路压力，保证气路 的通畅，水封罐上设有水位自动调节系统和加热器或增加保温设施，在遇冰冻寒冷天气下可 以防止其冰冻，此外水封罐内壁经过防腐处理，使用寿命长;
(6)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，其集气罐与三通阀之间设置的压 力控制阀是通过压力调节排气量的一种有效方式，当厌氧反应器中产生的气量过多时，随着 系统内压力的增大，集气罐的压力控制阀会自动开启接受多余的气体并贮存以备资源化利用;
(7)本发明的一种耐高浓度硫酸盐的高效厌氧反应器，络合铁氧化塔的进气管口配有类 似于多孔石的气体分布器，利于气体的分散与传质，提高了H2S气体与络合铁的反应效率， 在络合铁氧化塔中反应得到的单质硫通过硫磺排放管排出，操作方便，可以回收资源化再利 用;
(8)本发明的内循环射流器具有布水、内循环、水力搅拌的作用，可使厌氧污泥与废水 充分混合，减少局部混合不均导致H2S累积毒性;
(9)本发明采用单级流化床即可实现高的COD处理效率，并能采用大循环量沼气来吹 脱反应器中H2S气体，同时可实现S单质和甲烷气的资源化回收。
