BG61602B1 - Метод за пречистване на отпадъчна вода, съдържаща сулфид - Google Patents

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до метод за пречистване на отпадъчна вода, съдържаща сулфид, състоящ се в окисляване на сулфида до елементарна сярна в реактор със сулфид-окисляващи бактерии в присъствието на кислород и отделяне на отпадъчната вода най-малко на част от сярата образувана по време на окисляването.

Предшестващо състояние на техниката

Такъв метод е описан например във WO 91/16269. Съгласно този метод се използва минимално съотношение между сулфида и биомасата.

Във WO 92/10270 е изложен цикличен процес за отделянето на серни съединения от газовия изтичащ поток, където воден разтвор периодично контактува с газовия изтичащ поток и е подложен на въздействието на сяроокисляващите бактерии. Образуваната елементарна сяра чрез бактериално окисляване се отделя от водния разтвор по такъв начин, че 0.1 до 50 g елементарна сяра на литър остава в рециклирания воден разтвор.

Всички известни методи за бактериално обработване на отпадъчна вода се срещат с проблема за задържане на бактериите вътре в реактора. Този проблем обикновено се решава, като се използва носител за бактериите. Предлагат се главно два вида носители: (1) подвижни носители като пемза; обаче, недостатък на подвижните носители е това, че трябва да се поддържа интензивна турбулентност или флуидизиране, за да се запази смесването им с обработваната отпадъчна вода, и по-нататък, част от подвижния носител ще се смеси с образуваната сяра, което е вредно за качеството на сярата; (2) неподвижни носители като структури от синтетичен материал; имат недостатъка, че са фиксирани и се задръстват бързо. Още повече, както конвенционалните подвижни носители, така и конвенционалните неподвижни носители значително увеличават разходите при работа на пречиствателната инсталация.

Техническа същност на изобретението

Открито е, че проблемите, свързани с използването на носител, могат да бъдат реше5 ни, като се осигурява метод, при който част от образуваната отделена елементарна сяра от обработваната отпадъчна вода се рециклира в реактора по такъв начин, че там се поддържа концентрация на елементарната сяра най-мал10 ко 1 g/1.

За предпочитане, количеството отделена елементарна сяра се рециклира към реактор със свободен достъп на въздух по такъв начин, че да се осигурява концентрация на сярата най15 малко 2 g/Ι, в частност най-малко 3 g/Ι, и още по-специално най-малко 4 g/Ι. Открито е, че получената сяра чрез микробиално окисляване сс утаява по-бързо при тези високи серни концентрации, така, че по-ефективното отделяне 20 на сярата от течния изтичащ поток може да бъде постигнато чрез използването на същия тип утаител.

По-нататък е показано, че при високи концентрации на сярата сяроокисляващите бак25 терии могат да бъдат прикрепени към образуваната сяра по такъв начин, че да се получи ефективна система биомаса-носител, която прави използването на отделен носител излишно.

В метода съгласно изобретението серните агрегати за предпочитане се използват като носител за сулфидокисляващата бактерия.Под серни агрегати се разбират серни частици с диаметър, значително по-голям от тези 35 с размер около 1 цт, срещащи се в серни золи.

Предпочитаните серни агрегати имат диаметър най-малко 50 цт. Тези серни агрегати се образуват, когато сярната концентрация е достатъчно висока; алтернативно, серните агре40 гати могат да бъдат добавени като такива в началото на отделянето на биологичния сулфид.

Преимуществено реакторът, който се използва, е снабден с вътрешен утаител, така че да се отдели биомасата и най-малко част от 45 сярата на течния изтичащ поток в реактора. Пример на реактор с вътрешен утаител е така нареченият реактор с въздушен байпас, както е показано на фиг.1. Реакторът, показан на фиг.1, е разделен вертикално на две камери 50 (1 и 2), в които има съответно възходящ и низходящ поток. Отпадъчната вода се подава по линия 3, а пречистената вода се извежда по линия 4. Въздух се подава през 5 и създава вертикалния поток в реактора. Създава се възможност сярата да се утаи в утаителя 6 и да се върне обратно на дъното на реактора през отворите. Бистрата вода може да бъде изтеглена през преливника 7 и линията 4. Всеки излишък от утайката и/или сяра може да бъде отделен през линия 8. Използваният въздух се изпуска навън през отвор 9.

Друг пример на реактор в който биомасата и (част от) сярата в реактора са разделени, е реакторът с флуидизиран слой. В такива реактори утаителят е интегриран в аеробния реактор.

Реакторът, в който се осъществява окисляването на сулфида до сяра, е преимуществено реактор, в който се поддържа вертикална циркулация посредством газов поток, съдържащ кислород. Реакторът с въздушен байпас, както е описан на фиг.1, може също да бъде използван за тази цел. Реактор, в който вертикалната циркулация може да бъде поддържана посредством газов поток, съдържащ кислород, е известен например от ЕР-24758.

До голяма степен е възможно обаче отделянето на сярата и по желание биомасата да се осъществи във вторичен утаител при низходящия поток на реактора и да се рециклира отделеният материал изцяло или частично към реактора. Подобно разположение може да бъде комбинирано с “реактор с фиксиран филм”, в който бактерията нараства както върху фиксирания носител, така и върху серните агрегати.

По-нататък е открито предимството да се използва увеличено количество утайка в анаеробния реактор, в частност обем на сулфида в реактора повече от 100 mg/l.h, и по-специално повече от 200 mg/l.h. Обаче, съдържанието на сулфида не трябва да бъде високо, за предпочитане не по-високо от 1000 mg/l.h, за да се избегне нежелателно концентриране на серния разтвор и нежелателно висока концентрация на сулфида в изтичащия поток. Концентрацията на сулфида в изтичащия поток за предпочитане трябва да бъде по-малко от 50 mg/Ι, още по за предпочитане по-малко от 20 mg/l.

Желаната сулфидна концентрация може да бъде регулирана чрез разреждане на входящия поток с изцяло или частично пречистена отпадъчна вода. Променящите се концентрации при подаване могат да бъдат регулирани чрез адаптиране на рециклиращия по ток.

Бактериите, които могат да бъдат използвани в съответствие с настоящото изобретение принадлежат към групата на безцветните серни бактери, включваща Thiobacillus, Thiomirospira, Sulfolobus и Thermotrix.

Желателно е в много случаи да се контролира окисляването на сулфида до сяра по такъв начин, че от една страна, в изтичащия поток да остава колкото е възможно по-малко сяра, и от друга страна, по-нататъшното окисляване до силно окислени серни съединения да е по същество намалено. Окисляването може да бъде контролирано чрез регулиране на подавания кислород или чрез регулиране на количеството на бактериите в реактора. Когато подаваният кислород се използва за контролиране на реакцията, за предпочитане е в реактора да се подава 0.5 - 1.5 mol кислород на mol сулфид. Когато количеството на бактериалната маса се използва за контролиране на реакцията, съотношението на сулфида към бактериалната маса е за предпочитане да бъде наймалко 10 mg S² на mg азот в бактериалната маса, за предпочитане най-малко 20 mg, и още по за предпочитане най-малко 30 mgS²'/mgN.h. Концентрацията на кислород може да варира в широк обхват, за предпочитане да бъде в обхвата от 0.01 - 9.0 mg О₂ на литър от материала, присъстващ в реактора. По-специално концентрацията на кислород може да е в обхвата 0.01 - 1.0 mg/l. Преимуществено въздухът се използва, като кислород, съдържащ газ.

Открито е, че висока концентрация от натриеви йони и други моновалентни катиони, такива като други йони на алкални метали, имат обратен ефект върху тенденцията за утаяване на елементарната сяра и следователно върху нейната полезност като носител. Следователно предположенията са направени така, че концентрацията на моновалентни катиони да е по-ниска, например 0.25 mol/1 по време на окисляването на сулфида до сяра. Двувалентни и поливалентни катиони такива като магнезий, беше открито, че влияят по-малко при флокулацията на сяра, така че такива метални йони могат с предимство да присъстват в процеса. По-нататък присъствието на двувалентни или поливалентни метални йони изглежда противодейства на обратния ефект на моновалентни йони и като резултат, по-ниския лимит за моновалентни катиони, споменат по-горе, може да бъде по-висок ако обработваната отпадъчна вода съдържа напр. магнезиеви йони, за предпочитане в концентрация от 1 до 100 mg/l.

За предпочитане е pH в реактора да не надвишава 9.5 по време на процеса съгласно изобретението. По-ниската стойност на pH не е от значение; то може да бъде под 5, тъй като е известно, че сулфидокисляващите бактерии нарастват при ниско pH - 0.5. В практиката за предпочитане е pH да бъде в обхвата 7.5 - 9.0.

Когато се пречиства отпадъчната вода, съдържаща висока концентрация на сулфид, окисляването може също да се осъществи в два етапа, където контролираните условия са приложени в първия етап, както е описано по-горе и остатъчни количества на сулфид и сяра се окисляват по-нататък, заедно с евентуално присъстващата органична материя в последваща обработка.

Методът съгласно изобретението може да бъде използван за пречистване на отпадъчна вода или други водни потоци, съдържащи сулфид или други серни съединения, способни да се окисляват до елементарна сяра, такива като меркаптани, тиофеноли, диалкил сулфиди, дисулфиди, полисулфиди, въглероден дисулфид и др.

Настоящият метод може също да бъде използван като част от обработката на отпадъчни потоци, съдържащи окислени серни съединения, такива като сулфат, сулфит, тиосулфат сулфонови киселини, сулфоксиди и др. След това окислените съединения могат първо да бъдат редуцирани анаеробно, за предпочитане биологично, до сулфид, който последователно се превръща в сяра, съгласно метода, описан по-горе. В частност, сяро-, и сулфатредуциращите бактерии (SRB),такива като видове от рода на Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfomonas, Thermodesulfobacterium, Desulfobulbus, Desulfobacter, Desulfococcus, Desulfonema, Desulfosarcina, Desulfobacterium и Desulforomas могат да бъдат използвани за анаеробния етап, т.е. редукция на серни съединения до сулфид.

Примери за изпълнение на изобретението

Пример 1. В смесителен реактор с капацитет 8 1, сулфидсъдържащата вода (сулфидно захранване: 0.5 g/h; сулфидно количество: 12 kg/m³.fleH) се обработва със сулфи докисляващи бактерии в присъствието на кислород (2-4 mg/1) при pH 8 с време на престой 10 h. Получава се сулфат с добив няколко процента, докато останалата (>95%) част от продукта е елементарна сяра.

Концентрацията на елементарна сяра варира от 700 mg/1 до 6 g/Ι. Беше открити, че увеличената сярна концентрация предизвиква силно нарастване на скоростта на утаяване на сярата. Фигура 2 показва профила на утаяване на пробата, взета от реактора, като функция на сярната концентрация.

Пример 2.В реактор с въздушен байпас (вертикален реактор с подаване на въздух отдолу и вътрешен утаител на върха, както е описано на фиг. 1) с капацитет 2 I, сулфидсъдържаща вода (сулфидна концентрация 500 mg/1; сулфидно количество 12 kg/m³.aeH) се обработва със сулфидокисляващи бактерии при pH 8 с време на престой 1 h. Концентрацията на елементарна сяра се задържа между 2 и 4 g/Ι. Благодарение на вътрешния утаител повече от 95 % от сярата остават в реактора. Фигура 3 показва утаяващия профил на проба, взета от този реактор (горната линия) в сравнение с подобна проба, взета от смесителния реактор (по-ниската линия). Той показва по-ефективно отделяне на сярата в реактора с въздушен байпас, което позволява този реактор да работи без допълнителен носител.

Пример 3. В реактора с въздушен байпас, както е показан на фиг.1, с капацитет 10 т³, сулфидсъдържащият поток (сулфидна концентрация 300 mg/1; сулфидно количество 2.5 kg/m³.aeH) се обработва със сулфидокисляващи бактерии при pH 8.5 с време на престой 3 1/3 h. Концентрацията на елементарна сяра се задържа над 3 g/Ι, благодарение на действието на вътрешния утаител. Кислородната концентрация в целия реактор се задържа между 0.01 и 0.5 mg/1, променяйки се с промяната на сулфидното количество на подаваната вода. Чрез контролиране на подаването на въздуха за окисляване сс постига ефективност на отделянето на сулфида, по-висока от 99%, докато от 90 до 100% от отделения сулфид се превръща в елементарна сяра.

Claims (11)

1. Патентни претенции

   1. Метод за пречистване на отпадъчна вода, съдържаща сулфид, състоящ се в окис4 ляване на сулфида до елементарна сяра, в реактор със сулфидокисляващи бактерии в присъствието на кислород и отделяне от отпадъчната вода най-малко на част от сярата, образувана по време на окислението, характери- 5 зиращ се с това, че част от елементарната сяра от отпадъчната вода се рециклира в реактора по такъв начин, че се поддържа концентрация на елементарната сяра най-малко 1 g/l.
2. 2. Метод съгласно претенция 1, характеризиращ се с това, че серните агрегати се използват като носител за сулфидокисляващите бактерии.
3. 3. Метод съгласно претенции 1 или 2, характеризиращ се с това, че сярата се отделя от средата на реактора, като е използван вътрешен утаител в реактора.
4. 4. Метод съгласно претенция 3, характеризиращ се с това, че окисляването се осъществява в реактор, където вертикалната циркулация се поддържа посредством кислородсъдържащ газов поток.
5. 5. Метод съгласно претенция 1 или 2, характеризиращ се с това, че сярата се отделя от течния поток, като се използва външен утаител извън реактора.
6. 6. Метод съгласно претенция 1 или 5, характеризиращ се с това, че бактериите са прикрепени към фиксиран филм.
7. 7. Метод съгласно всяка от предшества- 30 щите претенции, характеризиращ се с това, че в реактора се поддържа концентрация на елементарна сяра най-малко 2 g/l.
8. 8. Метод съгласно всяка от предшестващите претенции, характеризиращ се с това, че в реактора се поддържа концентрация на елементарна сяра най-малко 3 g/l.
9. 9. Метод съгласно всяка от предшестващите претенции, характеризиращ се с това,
10. 10 че сулфидното обемно натоварване е повече от 200 mg/l.h.

    10. Метод съгласно всяка от предшестващите претенции, характеризиращ се с това, че най-малко част от присъстващите катиони

    15 в реактора са двувалентни или поливалентни метални йони.
11. 11. Метод за пречистване на отпадъчна вода, съдържаща окислени серни съединения, такива като сулфат или сулфид, чрез обработ-

    20 ване на отпадъчната вода със сулфатредуциращи бактерии и последователно обработване на получената сулфидсъдържаща вода със сулфидокисляващи бактерии в присъствието на кислород, до елементарна сяра, характеризи25 ращ се с това, че сулфидсъдържащата вода се пречиства, като се използва методът съгласно всяка една от предшестващите претенции.