申请日2013.11.20
公开(公告)日2014.02.19
IPC分类号C02F3/34; C02F3/28
摘要
本发明提供了一种应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫除氮的方法，其包括：提供一厌氧反应器，其中含有包括脱氮硫杆菌的活性污泥;将含有硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物的待处理污水引入厌氧反应器中，与脱氮硫杆菌相接触，脱氮硫杆菌利用硝酸盐为电子受体，将废水中硫化物氧化为单质硫，同时将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原为氮气而去除;污水在其中的硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物经脱氮硫杆菌脱除后，进一步与膜组件中的分离膜接触，分离膜将绝大部分脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质截留，截留的脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质保留在反应器或返回反应器中，滤过液为处理后的水体。本发明流程简单，耗能较少，可高效脱硫除氮。
权利要求书
1.一种应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫除氮的方法，该方法包括 以下步骤：
提供一厌氧反应器，该厌氧反应器中含有包括脱氮硫杆菌的活性污泥;
将含有硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物的待处理污水引入所述厌氧反应器中， 与厌氧反应器中的脱氮硫杆菌相接触，脱氮硫杆菌利用硝酸盐为电子受体，将废水中 硫化物氧化为单质硫，同时将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原为氮气而去除;
污水在其中的硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物经脱氮硫杆菌脱除后，进一步与 一膜组件中的分离膜接触，分离膜将绝大部分脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质截 留，截留的脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质保留在反应器或返回反应器中，滤过液 为处理后的水体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用厌氧反应器内污泥与硫单质的密度 差以及氮气的分选作用，使单质硫沉积在厌氧反应器底部，在达到一定的浓度后可以 回收。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：
设置气体内循环通路，利用脱氮硫杆菌反应产生的氮气作为厌氧气体来源，以循 环方式从厌氧反应器顶部空间由曝气设备抽出，或由射流器吸出，气体或气液混合流 经由膜组件下方的膜曝气清洗分配器对膜组件进行有效擦洗，而后气体由循环管道从 膜组件返回厌氧反应器，或直接进入厌氧反应器，多余的气体直接排放或储存到特定 的气体容器中作为备用气体，气体储罐中的压力达到一定限值时压力阀打开排放气 体。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，在气体内循环通路上设置吸收塔，对内 循环气体中的硫化氢和/或氨气，以降低硫化氢和/或氨气对反应器内厌氧生物的抑制 作用。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，反应器内设有搅拌装置，控制搅拌速率 低于60rpm。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分离膜为微滤膜或超滤膜，其膜类 型为中空纤维膜或平板膜。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜组件设置在厌氧反应器外。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述膜组件浸没于厌氧反应器中。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，利用温度、ORP、pH传感器监控厌氧反 应器反应环境变化，优选地，控制反应器内温度28～30℃、ORP小于-200mV、 pH6.5～7.5，水力停留时间1～1.5h;
更优选地，反应器内活性污泥为厌氧颗粒污泥，初始投加量为10～15g/L。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，利用跨膜压差计/探头监测膜组件的跨 膜压力差;优选控制跨膜压差应不低于-30kPa。
说明书
应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫除氮的方法
技术领域
本发明是关于一种污水处理技术，具体是指一种应用厌氧膜生物反应器对污水进 行处理以脱硫除氮的方法。
背景技术
近几年来含硫含氮的有机废水污染日趋严重。现代工业生产中制药、发酵、化工、 食品加工、制革厂及采矿等行业排放的废水都含有高浓度的硫酸盐及氨氮的有机废 水。含氮化合物(如氨氮)能够加速藻类等水生生物大量繁殖，引发水体富营养化， 造成水华、赤潮等现象。含硫化合物(如硫酸盐)在厌氧条件下能够被微生物还原为 硫化物，不仅引起生物腐蚀，还会产生有毒有害的硫化氢气体，对于有机污染物以及 氮、硫等营养盐的高效去除手段也逐渐成为污水处理领域中的研发热点。
目前，国内外对于高浓度含硫含氮有机废水的处理，多采用复杂的工艺系统进行 分别脱氮和脱硫。
传统的有机废水脱氮工艺主要是利用微生物的硝化、反硝化作用，通常采用三级 活性污泥系统，含碳有机物的氧化和含氮有机物的氨化、氨氮的硝化及硝酸盐的反硝 化分别在三个构筑物内进行，并维持各自独立的污泥回流系统。如图1所示，其为现 有技术中常规的硝化-反硝化脱氮系统的结构示意图。该系统包括：
a)曝气池：
待处理原废水首先进入曝气池，在好氧条件下，通过异养型BOD氧化菌作用氧 化有机物(BOD);
b)硝化池(生物硝化反应器)：
曝气池处理的废水经沉淀池沉淀污泥后，进入硝化池，在好氧条件下通过亚硝酸 盐菌和硝酸盐菌的作用，将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮;
c)反硝化反应器(生物反硝化反应器)：
硝化池处理的废水经沉淀污泥后，进入反硝化反应器，在缺氧条件下由于兼性脱 氮菌(反硝化菌)的作用，将废水亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气。
上述生物脱氮工艺中，由于不同的菌群对环境要求不同(溶解氧、碱度)及相互 对基质的竞争，为稳定脱氮功能，异养型BOD氧化菌、亚硝酸盐菌和硝酸盐菌、反 硝化菌的作用需要分别在不同的反应池中进行，这种处理方式工艺流程长，操作控制 复杂，系统占地面积大，能耗高，并需要额外投加有机物如甲醇，无疑大幅增加工艺 运行成本，且处理效率不高。
传统的有机废水脱硫工艺主要采用先经硫酸盐还原生成硫化物、之后去除硫化物 以达到脱硫目的的工艺。其中：
硫酸盐还原主要是在厌氧条件下，在硫酸盐还原细菌(SRB)的作用下，将废水中 的硫酸根还原为硫化物;反应过程如下所示：
硫化物的去除可以通过以下三种方式：
一是产生硫化物沉淀;化学沉淀法一般常用Fe2+作为沉淀剂，使S2-与Fe2+形成 FeS沉淀。反应方程式如下：
S2-+Fe2+→FeS↓;
二是直接将H2S吹脱;吹脱法需将反应体系调到酸性条件，然后直接用空气或惰 性气体将大部分以H2S形式存在的硫化物吹脱出去。反应方程式如下：
S2-+2H+→H2S↑;
三是在硫氧化菌(Sulphur-oxidising Bacteria)的作用下，将硫化物氧化为单质硫而 去除。在硫细菌作用下，硫化物转换为硫离子而去除，通常采用的硫细菌包括无色硫 细菌和光合硫细菌等。反应可表示如下：
上述脱硫工艺，在去除硫化物的方法中，化学沉淀法方法操作简单，但是能耗高， 沉淀剂费用较大，而且产生的化学污泥需进一步处理;吹脱法过程简单，但动力消耗 大，运行费用高，吹脱后的尾气含有大量的H2S，如不加处理，会造成大气的二次污 染;生物脱硫法是近些年发展起来的一项新技术，与物化法相比，不产生化学污泥、 可回收单质硫、去除效率高、能耗低，然而，硫化物氧化为单质硫工艺不仅负荷过低， 而且单质硫黏附于细胞表面难以分离等问题，限制其实际工程应用。
针对传统污水处理分别脱氮、脱硫工艺存在的问题，业界已有研究者提出了同步 脱氮除硫工艺。这些工艺一般采用UASB、固定床或流化床反应器，微生物为颗粒污 泥或者生物膜的形式。例如：
图2示意了通常采用UASB反应器及其改进工艺实现污水的同步脱氮除磷的一 般反应流程，图中：101、进水箱;102、进水泵;103、循环泵;104、UASB反应器; 105、出水箱;106、气体排放装置。污水进入UASB反应器，反应器内投加有脱氮 硫杆菌，在脱氮硫杆菌的作用下实现氮硫的同步去除。
CN200710072195.0公开了一种同步去除废水中有机物、硫化物和硝酸盐的方法 及反应器，该现有技术是采用硫自养反硝化菌和异养反硝化菌生物膜对废水进行处理 的方法。反应器是固定床生物膜反应器，填料为火山岩或活性炭，筒体内腔的中下部 形成了反应区，筒体内腔的上部形成了沉淀区,集气室内腔的中上部形成了气体收集 区，集气室内腔的底部与溢水堰之间形成了储水区。
CN200910072359.9公开了一种在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理 方法，在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法,它涉及一种有机废水处 理方法，其主要步骤为：(一)培养颗粒污泥;(二)强化自养反硝化脱硫微生物;(三) 在同一流化床反应器内，通过自养微生物与异养微生物协同作用，将废水中的有机物、 硫酸盐和硝酸盐分别被转化成二氧化碳、单质硫和氮气而去除，从而完成碳氮硫的同 步脱除。
然而，上述污水处理同步脱氮除硫工艺中，普遍存在污泥驯化周期长、微生物浓 度受限、易发生污泥流失等问题。同时，填料的使用除了会显著增加投资成本，还会 导致布水不均，填料局部微生物浓度过高而引起填料堵塞等问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种应用膜生物反应器实现污水中氮硫污染的同步 去除的方法，以改善或克服现有技术存在的一项或多项缺陷，特别是解决传统氮、硫 去除需单独处理而导致的工艺流程复杂、处理成本高、处理效率低等问题，以及解决 目前同步脱氮除硫反应器中污泥浓度低，驯化时间长、总氮总硫去除负荷低、系统耐 冲击性差等问题。
为达上述目的，本发明提供了一种应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫 除氮的方法，该方法包括：
提供一厌氧反应器，该厌氧反应器中含有包括脱氮硫杆菌的活性污泥;
将含有硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物的待处理污水引入所述厌氧反应器中， 与厌氧反应器中的脱氮硫杆菌相接触，脱氮硫杆菌利用硝酸盐为电子受体，将废水中 硫化物氧化为单质硫，同时将硝酸盐和/或亚硝酸盐还原为氮气而去除;
污水在其中的硝酸盐和/或亚硝酸盐以及硫化物经脱氮硫杆菌脱除后，进一步与 一膜组件中的分离膜接触，分离膜将绝大部分脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质截 留，截留的脱氮硫杆菌以及其他悬浮颗粒物质保留在反应器或返回反应器中，滤过液 为处理后的水体。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，利用厌氧反应器内污泥与硫单质 的密度差以及氮气的分选作用，使单质硫沉积在厌氧反应器底部，在达到一定的浓度 后可以回收。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法还包括：设置气体内循环通路，利用 脱氮硫杆菌反应产生的氮气作为厌氧气体来源，以循环方式从厌氧反应器顶部空间由 曝气设备抽出，或由射流器吸出，气体或气液混合流经由膜组件下方的膜曝气清洗分 配器对膜组件进行有效擦洗，而后气体由循环管道从膜组件返回厌氧反应器，或直接 进入厌氧反应器，多余的气体直接排放或储存到特定的气体容器中作为备用气体，气 体储罐中的压力达到一定限值时压力阀打开排放气体。进一步地，可以在气体内循环 通路上设置吸收塔，对内循环气体中的硫化氢和/或氨气，以降低硫化氢和/或氨气对 反应器内厌氧生物的抑制作用。
本发明的技术方案主要是首次提出应用膜生物反应器，实现污水中氮硫污染的同 步去除，解决了传统氮、硫去除需单独处理而导致的工艺流程复杂、处理成本高、处 理效率低等问题，以及目前同步脱氮除硫反应器中污泥浓度低，驯化时间长、总氮总 硫去除负荷低、系统耐冲击性差等问题。
根据本发明的具体实施方案，本发明的反应器内可设有搅拌装置，以对污泥与待 处理污水进行适当搅拌混合。由于需要利用污泥与硫单质的密度差以及氮气的分选作 用使单质硫沉积在反应器底部，本发明中优选控制搅拌速率低于60rpm。
根据本发明的具体实施方案，本发明中所用分离膜可以为微滤膜或是超滤膜，其 膜类型可以为中空纤维膜或是平板膜。
根据本发明的具体实施方案，本发明中，所述膜组件可以设置在厌氧反应器外， 也可以浸没于厌氧反应器中(工作时反应器内的污水浸没膜组件)。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，是利用温度、ORP、pH传感器 监控厌氧反应器反应环境变化，优选地，控制反应器内温度28～30℃、ORP小于 ～200mV、pH6.5～7.5，水力停留时间1～1.5h。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，反应器内活性污泥为厌氧颗粒污 泥，初始投加量为5～15g/L，优选为10～15g/L。运行后，稳定工作时，反应器内的 脱氮硫杆菌污泥浓度可提高到20～40g/L，显著增加了系统的稳定性和耐冲击性。
根据本发明的具体实施方案，本发明的方法中，可利用跨膜压差计/探头监测膜 组件的跨膜压力差。优选地，本发明中控制跨膜压差应不低于-30kPa。跨膜压差绝对 值过大，可采用在线化学清洗以及离线清洗的方式使之恢复。
本发明的技术效果：
1、与传统氮硫分别去除的工艺相比，本发明具有流程简单，耗能较少等优点。 经测算，本发明的占地面积和能源消耗水平将显著减少50%以上，运行成本可节约 80%以上。
2、系统的脱氮硫杆菌污泥浓度可由5～15g/L提高到20～40g/L，显著增加了系统 的稳定性和耐冲击性。
3、本发明的系统启动时间将由3个月以上缩短至1个月以下，硝酸盐氮去除率 将从80%提高到90%以上，硫化物去除率由90%提高到98%以上，总氮负荷可由 0.5～0.8kg/m3·day提高到>=2.0kg/m3·day，总硫负荷可达>=5.0kg/m3·day。
