CN101219844A

CN101219844A - 一种生物处理酸性矿山废水的工艺

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Publication number: CN101219844A
Application number: CNA2008100544876A
Authority: CN
Inventors: 李亚新; 苏冰琴; 宋秀兰
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2008-01-23
Filing date: 2008-01-23
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2028-01-23
Also published as: CN101219844B

Abstract

一种含硫酸盐酸性废水生物处理并回收单质硫的工艺，属于环境保护和废水处理技术领域，其特征在于是一种利用污水厂污泥酸性发酵产物为硫酸盐还原菌的碳源处理酸性硫酸盐废水并回收单质硫的工艺：厌氧生物反应器中硫酸盐还原菌SRB将硫酸盐SO₄ ^2－生物还原为硫化氢H₂S或S^2－－好氧生物膜反应器中无色硫细菌CSB将H₂S或S^2－生物氧化为单质硫-慢砂滤池过滤、刮砂；采用萃取设备充分溶解砂滤料中的单质硫S－固液分离设备将萃取剂CS₂与砂滤料、生物膜相分离-蒸馏设备蒸馏萃取后溶液-干燥设备烘干，回收单质硫S。既处理了含硫酸盐酸性矿山废水，又回收了单质硫，还使污水处理厂污泥达到资源化和无害化。

Description

一种生物处理酸性矿山废水的工艺

一、技术领域

本发明一种生物处理酸性矿山废水的工艺，属于环境保护和废水处理技术领域。具体来讲，是一种生物处理含硫酸盐的酸性矿山废水并回收单质硫工艺的技术方案。

二.背景技术

采矿工业部门排出的废水中含有高浓度的硫酸盐，其SO₄ ^2-含量多在2000～3000mgSO₄ ^2-/L，也有的高于3000mg SO₄ ^2-/L，甚至达到5000～6000mg SO₄ ^2-/L。该废水多呈酸性，pH最低至2.5～3.0，且含有Fe、Mn、Ni、Zn、Cu、Al、Mg、Cd、Pb等多种重金属。这种含硫酸盐酸性矿山废水如不经处理直接排入水体会使受纳水体酸化，降低pH，危害水生生物，并产生潜在腐蚀性。含硫酸盐酸性废水还会破坏土壤结构，减少农作物产量。目前处理这类废水主要采用中和、化学沉淀和电渗析法，但这些方法很不经济，还产生二次污染。中和法是处理酸性废水比较成熟的方法，主要采用石灰石或石灰，也有采用碱性废液来中和酸性废水。该法的缺点是处理成本高、处理后废渣量大、含水率高、易造成二次污染。湿地法也可用来处理酸性矿山废水，但湿地法占地面积大，处理程度受环境影响很大，而且残余硫化氢从土壤中逸出会污染大气。生物法处理酸性矿山废水是利用自然界硫循环原理，在厌氧条件下利用硫酸盐还原菌SRB使废水中的SO₄ ^2-还原为H₂S或S^2-，SO₄ ^2-还原为H₂S或S^2-的过程中会释放出碱度，使pH值提高，再用生物法或化学方法将还原产物H₂S或S^2-氧化为单质硫。SO₄ ^2-还原产生的H₂S或S^2-与废水中的重金属离子生成金属硫化物沉淀，在废水pH值提高的同时，也大大降低了废水中重金属离子的浓度。生物法处理酸性矿山废水处理效果好，无二次污染，且可以回收单质硫。生物法处理酸性矿山废水与上述的几种方法相比具有明显的效果和优势，但是，仍然存在选择技术可行、经济合理的硫酸盐还原菌碳源的难题，生物处理最终产物的处置也有待于向经济合理化的方向发展。

三、发明内容

本发明一种生物处理酸性矿山废水的工艺，其目的在于解决上述现有处理技术存在的问题，从而公开一种利用污水厂污泥酸性发酵产物为硫酸盐还原菌碳源的生物处理含硫酸盐酸性矿山废水并回收单质硫工艺的技术方案。

本发明一种生物处理酸性矿山废水的工艺，其特征在于是一种利用污水厂污泥酸性发酵产物为硫酸盐还原菌的碳源生物处理酸性硫酸盐废水并回收单质硫的工艺，其工艺流程为：酸性矿山废水1和污水厂污泥产酸发酵上清液2首先进入硫酸盐生物还原反应器3中，利用硫酸盐还原菌SRB将SO₄ ^2-生物还原为H₂S或S^2-，反应器3的部分出水10进行回流，接着反应器3的处理出水进入H₂S或S^2-生物氧化反应器4，利用无色硫细菌CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S，然后含单质硫S的出水流经慢砂滤池5进行过滤、刮砂、截留单质硫S，并排放生物处理出水11，再采用萃取设备6充分溶解砂滤料中的单质硫S，由固液分离设备7将萃取剂与砂滤料、生物膜相分离，由蒸馏设备8蒸馏萃取剂、析出单质硫S，最后经干燥设备9烘干，回收单质硫12，其具体的步骤和条件如下：

I利用硫酸盐还原菌SRB将硫酸盐生物还原为H₂S或S^2-

①硫酸盐生物还原工艺在厌氧生物反应器3中完成；

②反应器3中优势菌群为硫酸盐还原菌SRB，SRB将硫酸盐生物还原为H₂S或S^2-；

③以污水厂污泥酸性发酵产物为碳源，废水中污泥酸性发酵液2的投加量按照混合液中COD/SO₄ ^2-比值来控制，COD/SO₄ ^2-的控制范围为0.9～1.5；

④硫酸盐负荷为1.0～7.0kgSO₄ ^2-/m³·d，温度为20～35℃，进水pH值为3.5～6.5，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB上升流速v_up为3.0～6.0m/h，回流比为80∶1～200∶1，水力停留时间HRT为0.2～0.85d，升流式厌氧滤池AF回流比为20∶1～60∶1，HRT为0.25～1.25d，厌氧折流板反应器ABR，HRT为0.2～1.0d，厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.02～0.3d；

II利用无色硫细菌CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S

①H₂S或S^2-生物氧化工艺在好氧生物膜反应器4中进行；

②反应器4中优势菌群为无色硫细菌CSB，CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S；

③进水pH值6.5～8.0，温度15～25℃的条件下，控制硫化物负荷和溶解氧DO浓度，使H₂S或S^2-生物氧化产物为单质硫，溶解氧DO浓度随着硫化物负荷的升高而提高；

④不同类型填料的CSB好氧生物反应器中硫化物负荷与溶解氧浓度需由试验确定；

III采用慢砂滤池5截留单质硫S

①过滤：采用慢砂滤池5对CSB生物氧化H₂S的出水进行过滤，将水中单质硫和脱落的生物膜截留在滤床表面，达到固液分离，慢砂滤池滤速0.1～0.3m/h，砂滤层粒径0.5～1.2mm，厚度25cm，承托层砂粒由下至上粒径5.0～10.0mm、2.5～5.0mm、1.2～2.5mm，每层高度3cm，单质硫和脱落的生物膜截留于慢砂滤表层5～6cm的砂层中；

②刮砂：刮取砂滤料表层5～6cm厚度的含硫砂层；

V回收单质硫S

①萃取：以二硫化碳CS₂作为萃取剂，采用萃取设备6将所刮取的砂滤料与萃取剂CS₂溶液充分接触，使CS₂充分溶解单质硫颗粒；

②分离：采用固液分离设备7，利用重力沉淀分离、离心分离或过滤分离操作将溶解单质硫后的萃取剂CS₂与砂滤料和脱落的生物膜相分离，获得萃取剂CS₂溶液；

③蒸馏：温度为48～55℃，采用蒸馏设备8蒸馏析出单质硫，萃取剂CS₂进行重复利用；

④干燥：温度为165～175℃，采用干燥设备9将所析出的单质硫干燥1～2小时，回收单质硫。

本发明一种生物处理酸性矿山废水的工艺的优点及用途：

1)本发明基于自然界的硫循环原理，利用硫酸盐还原菌SRB还原SO₄ ^2-，生物处理有机物浓度低的含硫酸盐酸性矿山废水。

2)酸性矿山废水SO₄ ^2-浓度高，有机物含量低，生物处理酸性矿山废水的关键是选择技术可行，经济合理的碳源物质。污水处理厂污泥是污水处理厂的固体废弃物，其产酸发酵产物可作为生物处理酸性矿山废水的廉价碳源。

3)本发明在处理酸性矿山废水的同时，可回收单质硫，又解决了污水处理厂污泥处置的问题，使污水处理厂污泥资源化和无害化，达到以废治废、变废为宝的目标，降低了废水处理成本。该方法的特点是处理效果好，无二次污染，且可以回收单质硫。同时硫酸盐还原产物S2-可与重金属离子发生沉淀反应将重金属离子转化为金属硫化物沉淀，从而使废水中的重金属得以去除。

四、附图说明

图1生物法处理含硫酸盐酸性矿山废水及单质硫回收流程图

图中标号为：1.含硫酸盐酸性矿山废水

2.污水厂污泥酸性发酵液

3.硫酸盐生物还原反应器

4.硫化氢生物氧化反应器

5.慢砂滤池

6.萃取设备

7.固液分离设备

8.蒸馏设备

9.干燥设备

10.硫酸盐生物还原反应器出水回流

11.生物处理出水

12.回收单质硫

五.具体实施方式

实施方式1、硫酸盐生物还原反应器，硫酸盐负荷为7.0kgSO₄ ²/m³·d，温度为35℃，COD/SO₄ ^2-值为1.2，进水pH值为6.5，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB上升流速v_up为3.0m/h，回流比为80∶1，水力停留时间HRT为0.2d；厌氧生物滤池AF回流比为20∶1，HRT为0.25d；厌氧折流板反应器ABR，HRT为0.2d；厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.02d；无色硫细菌CSB生物氧化S^2-反应器，pH值为8.0，温度为15℃，硫化物负荷为12.0kg/m³·d，反应器中DO≈5.5mg/L；慢砂滤池，滤速为0.1m/h，过滤周期为25d，截留单质硫S于表层6cm的砂层中；砂滤层粒径1.2mm，厚度25cm；承托层砂粒由下至上粒径5.0mm、2.5mm、1.2mm，每层高度3cm；萃取设备，以二硫化碳CS₂作为萃取剂，将所刮取的砂滤料与萃取剂CS₂溶液充分接触，使CS₂充分溶解单质硫颗粒；固液分离设备，由过滤分离作用使萃取剂CS₂溶液、砂滤料和脱落的生物膜相分离；蒸馏设备，温度为48℃，蒸馏萃取剂CS₂溶液，析出单质硫，萃取剂进行重复利用；干燥设备，温度为175℃，将所析出的单质硫干燥1小时，回收单质硫。

实施方式2、硫酸盐生物还原反应器，硫酸盐负荷为4.0kgSO₄ ²/m³·d，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB，HRT为0.5d；厌氧生物滤池AF，HRT为0.75d；厌氧折流板反应器ABR，HRT为0.6d；厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.16d，其它同实施方式1。

实施方式3、硫酸盐生物还原反应器，硫酸盐负荷为1.0kgSO₄ ²/m³·d，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB，HRT为0.85d；厌氧生物滤池AF，HRT为1.25d；厌氧折流板反应器ABR，HRT为1.0d；厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.3d，其它同实施方式1。

实施方式4、硫酸盐生物还原反应器，温度为30℃，其它同实施方式1。

实施方式5、硫酸盐生物还原反应器，温度为20℃，其它同实施方式1。

实施方式6、硫酸盐生物还原反应器，COD/SO₄ ^2-值为0.9，其它同实施方式1。

实施方式7、硫酸盐生物还原反应器，COD/SO₄ ^2-值为1.5，其它同实施方式1。

实施方式8、硫酸盐生物还原反应器，进水pH值为5.0，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB，液体上升流速v_up为4.5m/h，回流比为140∶1，HRT为0.5d；厌氧生物滤池AF，HRT为0.75d；厌氧折流板反应器ABR，HRT为0.6d；厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.16d，其它同实施方式1。

实施方式9、硫酸盐生物还原反应器，进水pH值为3.5，厌氧膨胀颗粒污泥床反应器EGSB，液体上升流速v_up为6.0m/h，回流比为200∶1，HRT为0.85d；厌氧生物滤池AF，HRT为1.25d；厌氧折流板反应器ABR，HRT为1.0d；厌氧流化床反应器AFBR，HRT为0.3d，其它同实施方式1。

实施方式10、无色硫细菌CSB生物氧化S^2-反应器，pH值为7.0，其它同实施方式8。

实施方式11、无色硫细菌CSB生物氧化S^2-反应器，pH值为6.5，其它同实施方式9。

实施方式12、无色硫细菌CSB生物氧化S^2-反应器，温度为20℃，硫化物负荷为8.5kg/m³·d，反应器中DO≈3.8mg/L，其它同实施方式1。

实施方式13、无色硫细菌CSB生物氧化S^2-反应器，温度为25℃，硫化物负荷为5.0kg/m³·d，反应器中DO≈2.0mg/L，其它同实施方式1。

实施方式14、慢砂滤池，滤速为0.2m/h，过滤周期为17d，其它同实施方式1。

实施方式15、慢砂滤池，滤速为0.3m/h，过滤周期为8d，其它同实施方式1。

实施方式16、固液分离设备，由离心分离作用使萃取剂CS₂溶液、砂滤料和脱落的生物膜相分离，其它同实施方式1。

实施方式17、固液分离设备，由重力沉淀作用使萃取剂CS₂溶液、砂滤料和脱落的生物膜相分离，其它同实施方式1。

实施方式18、蒸馏设备，温度为50℃，其它同实施方式1。

实施方式19、蒸馏设备，温度为55℃，其它同实施方式1。

实施方式20、干燥设备，温度为170℃，干燥1.5小时，其它同实施方式1。

实施方式21、干燥设备，温度为165℃，干燥2小时，其它同实施方式1。

Claims

1.一种生物处理酸性矿山废水的工艺，其特征在于是一种利用污水厂污泥酸性发酵产物为硫酸盐还原菌的碳源生物处理酸性硫酸盐废水并回收单质硫的工艺，其工艺流程为：酸性矿山废水(1)和污水厂污泥产酸发酵上清液(2)首先进入硫酸盐生物还原反应器(3)中，利用硫酸盐还原菌SRB将SO₄ ^2-生物还原为H₂S或S^2-，反应器(3)的部分出水(10)进行回流，接着反应器(3)的处理出水进入H₂S或S^2-生物氧化反应器(4)，利用无色硫细菌CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S，然后含单质硫S的出水流经慢砂滤池(5)进行过滤、刮砂、截留单质硫S，并排放生物处理出水(11)，再采用萃取设备(6)充分溶解砂滤料中的单质硫S，由固液分离设备(7)将萃取剂与砂、滤料、生物膜相分离，由蒸馏设备(8)蒸馏萃取后溶液、析出单质硫S，最后经干燥设备(9)烘干，回收单质硫(12)，其具体的步骤和条件如下：

I利用硫酸盐还原菌SRB将硫酸盐生物还原为H₂S或S^2-

①硫酸盐生物还原工艺在厌氧生物反应器(3)中完成；

②反应器(3)中优势菌群为硫酸盐还原菌SRB，SRB将硫酸盐生物还原为H₂S或S^2-；

③以污水厂污泥酸性发酵产物为碳源，废水中污泥酸性发酵液(2)的投加量按照混合液中COD/SO₄ ^2-比值来控制，COD/SO₄ ^2-的控制范围为0.9～1.5；

II利用无色硫细菌CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S

①H₂S或S^2-生物氧化工艺在好氧生物膜反应器(4)中进行；

②反应器(4)中优势菌群为无色硫细菌CSB，CSB将H₂S或S^2-生物氧化为单质硫S；

III采用慢砂滤池(5)截留单质硫S

①过滤：采用慢砂滤池(5)对CSB生物氧化H₂S的出水进行过滤，将水中单质硫和脱落的生物膜截留在滤床表面，达到固液分离，慢砂滤池滤速0.1～0.3m/h，砂滤层粒径0.5～1.2mm，厚度25cm，承托层砂粒由下至上粒径5.0～10.0mm、2.5～5.0mm、1.2～2.5mm，每层高度3cm，单质硫和脱落的生物膜截留于慢砂滤表层5～6cm的砂层中；

②刮砂：刮取砂滤料表层5～6cm厚度的含硫砂层；

V回收单质硫S

①萃取：以二硫化碳CS₂作为萃取剂，采用萃取设备(6)将所刮取的砂滤料与萃取剂CS₂溶液充分接触，使CS₂充分溶解单质硫颗粒；

②分离：采用固液分离设备(7)，利用重力沉淀分离、离心分离或过滤分离操作将溶解单质硫后的萃取剂CS₂与砂滤料和脱落的生物膜相分离，获得萃取剂CS₂溶液；

③蒸馏：温度为48～55℃，采用蒸馏设备(8)蒸馏析出单质硫，萃取剂CS₂进行重复利用；

④干燥：温度为165～175℃，采用干燥设备(9)将所析出的单质硫干燥1～2小时，回收单质硫。