CN103693759A - 一种废水中碳氮硫同步脱除的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废水中碳氮硫同步脱除的方法。本发明要解决含硫含氮有机废水处理领域中现有技术工艺复杂、工程投资巨大、无法广泛应用的问题。方法：一、富含兼养反硝化脱硫微生物的污泥的驯化；二、通入待处理废液，完成碳氮硫同步脱除。本发明方法应用范围广、工艺简单、无二次污染、节省占地面积并且运行费用低。本发明用于废水中碳氮硫同步脱除。

Description

一种废水中碳氮硫同步脱除的方法
技术领域
本发明涉及一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，属于废水处理领域。
背景技术
石油、化工、制药等行业的发展产生大量的含硫含氮的有机废水，此类废水不仅含有大量的有机物，而且还含有高浓度硫、氮污染物，排入水体后不仅产生H2S或S2-，消耗大量溶解氧，引起黑臭，还会造成藻类和其他生物异常增殖，释放有毒有害物质，对环境的危害极为严重。寻求此类废水经济有效的处理技术一直是近年来环境工程界甚为关注的热点。
生物处理技术因具有运行成本低、操作简单、管理方便等突出优越性，而成为废水治理的主流工艺。然而，传统硫、氮去除技术，如A2O、硫酸盐还原工艺等，脱氮和除硫一般在不同反应器内进行，工艺***复杂、工程投资巨大；尤其是处理后常存在硫系物二次污染问题发生，环境安全隐患亟待解决。而新发现的混养反硝化脱硫工艺虽然具有能够在一个反应器内实现硫化物、硝酸盐和有机物的同步去除，但该技术受体系内自养和异养反硝化脱硫微生物生长平衡限制，无法广泛应用，使得该技术的推广存在困难。
发明内容
本发明的目的是为了解决含硫含氮有机废水处理领域中现有技术工艺复杂、工程投资巨大、无法广泛应用的问题，提供一种废水中碳氮硫同步脱除的方法。
本发明废水中碳氮硫同步脱除的方法，通过以下步骤实现的：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化物与硝酸盐的混合物和有机物与硝酸盐的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入待处理废液，并调节控制氮与硫的摩尔比为0.9～2.2∶1，碳与氮的摩尔比为0.9～2.5∶1，反应器的温度为25℃～35℃，反应体系pH值为7.0～8.0，水力停留时间为6～12小时，进水氮负荷≤1.44kgN/m3·d，硫负荷≤2.0kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
本发明中所采用的同步去除硫化物、硝酸盐和有机物的原理如式子(1)和(2)所示，即在自养反硝化脱硫微生物和兼养反硝化脱硫微生物的作用下，硫化物被转化为单质硫，硝酸盐被反硝化为亚硝酸盐；生成的亚硝酸盐又在异养反硝化脱硫微生物和兼养反硝化脱硫微生物的作用下，以有机物为电子供体，被转化为氮气，同时有机物被转化为二氧化碳，从而完成有机废水的碳氮硫同步脱除过程。其中，兼性反硝化脱硫微生物的作用主要是调节自养和异养反硝化微生物的协同关系，从而突破自养与异养反硝化脱硫微生物的生长平衡限制，使得废水中的碳氮硫同步脱除能够在较广泛的范围内实现。
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本发明的有益效果：
一、本发明应用范围广，体系内兼性反硝化脱硫微生物的存在，突破了单纯自养反硝化脱硫微生物与异养反硝化脱硫微生物的生长平衡限制，使得废水中的碳氮硫同步脱除能够在较广泛的范围内实现；
二、本发明工艺简单，处理效率高，硫化物和硝酸盐的转化率达95％以上，有机物的去除率达90％左右；
三、本发明无二次污染，产物为单质硫、氮气和二氧化碳，出水中不含亚硝酸盐，出水中仅含少量硫酸盐；
四、本发明节省了占地面积，硫化物、硝酸盐和有机物的去除在一个反应***中完成；
五、本发明运行费用低，与硫、氮分别脱除工艺相比运行费用可降低30％，反应无需曝气，从而大大降低了能耗；此外，生成的单质硫在适当处理后还可作为资源回收利用；本发明可连续运行，既可作为一个处理单元应用于含硫酸盐、氨氮有机废水的处理过程中，也可单独运行以处理含硫化物和硝酸盐的有机废水。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式废水中碳氮硫同步脱除的方法，按以下步骤进行：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化物与硝酸盐的混合物和有机物与硝酸盐的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入待处理废液，并调节控制氮与硫的摩尔比为0.9～2.2∶1，碳与氮的摩尔比为0.9～2.5∶1，反应器的温度为25℃～35℃，反应体系pH值为7.0～8.0，水力停留时间为6～12小时，进水氮负荷≤1.44kgN/m3·d，硫负荷≤2.0kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
本实施方式的有益效果：
一、本实施方式应用范围广，体系内兼性反硝化脱硫微生物的存在，突破了单纯自养反硝化脱硫微生物与异养反硝化脱硫微生物的生长平衡限制，使得废水中的碳氮硫同步脱除能够在较广泛的范围内实现；
二、本实施方式工艺简单，处理效率高，硫化物和硝酸盐的转化率达95％以上，有机物的去除率达90％左右；
三、本实施方式无二次污染，产物为单质硫、氮气和二氧化碳，出水中不含亚硝酸盐，出水中仅含少量硫酸盐；
四、本实施方式节省了占地面积，硫化物、硝酸盐和有机物的去除在一个反应***中完成；
五、本实施方式运行费用低，与硫、氮分别脱除工艺相比运行费用可降低30％，反应无需曝气，从而大大降低了能耗；此外，生成的单质硫在适当处理后还可作为资源回收利用；本实施方式可连续运行，既可作为一个处理单元应用于含硫酸盐、氨氮有机废水的处理过程中，也可单独运行以处理含硫化物和硝酸盐的有机废水。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的活性污泥来自城市污水厂二沉池。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤一中所述的待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率为95％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率为95％时，完成驯化。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤二中所述的调节控制氮与硫的摩尔比为1～2.2∶1，碳与氮的摩尔比为1～2.5∶1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤二中所述的反应器的温度为30℃。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：步骤二中所述的反应体系pH值为7.5。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：步骤二中所述的水力停留时间为9～12小时。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤二中所述的进水氮负荷为1.0～1.44kgN/m3·d，硫负荷为1.0～1.5kgS/m3·d。其它与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤二中所述的进水氮负荷为1.44kgN/m3·d，硫负荷为1.5kgS/m3·d。其它与具体实施方式一至八之一相同。
实施例一：
本实施例废水中碳氮硫同步脱除的方法，按以下步骤进行：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化钠与硝酸钠的混合物和乙酸钠与硝酸钠的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入人工合成污水，并调节控制氮与硫(NO3 --N/S2--S)的摩尔比为0.9∶1，碳与氮(CH3COO--C/NO3 --N)的摩尔比为0.9∶1，反应器的温度为28℃，反应体系pH值为7.2，水力停留时间为9.6小时，进水氮负荷为0.4kgN/m3·d，硫负荷为1.0kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
人工合成污水的主要组成包括Na2S·9H2O、KNO3、CH3COONa、NaHCO3和K2HPO4，进出水S2-、NO3-N和CH3COONa浓度及去除率见表1。
此外，SO4-S生成量为30mg/L，无S2O3 2-、NO2-N生成，洗气瓶中也未检出S2-的存在。
实施例二：
本实施例废水中碳氮硫同步脱除的方法，按以下步骤进行：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化钠与硝酸钾的混合物和葡萄糖与硝酸钾的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入人工合成污水，并调节控制氮与硫(NO3 --N/S2--S)的摩尔比为1.5∶1，碳与氮(CH3COO--C/NO3 --N)的摩尔比为1.5∶1，反应器的温度为33℃，反应体系pH值为7.7，水力停留时间为6小时，进水氮负荷为0.18kgN/m3·d，硫负荷为2.0kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
人工合成污水的主要组成包括Na2S·9H2O、KNO3、CH3COONa、NaHCO3和K2HPO4，进出水S2-、NO3-N和NH4-N浓度及去除率见表1。
此外，SO4-S生成量为28mg/L，无S2O3 2-、NO2-N生成，洗气瓶中也未检出S2-的存在。
实施例三：
本实施例废水中碳氮硫同步脱除的方法，按以下步骤进行：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化物与硝酸盐的混合物和有机物与硝酸盐的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入人工合成污水，并调节控制氮与硫(NO3 --N/S2--S)的摩尔比为2.2∶1，碳与氮(CH3COO--C/NO3 --N)的摩尔比为2.5∶1，反应器的温度为30℃，反应体系pH值为7.5，水力停留时间为12小时，进水氮负荷为1.44kgN/m3·d，硫负荷为1.5kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
人工合成污水的主要组成包括Na2S·9H2O、KNO3、CH3COONa、NaHCO3和K2HPO4，进出水S2-、NO3-N和NH4-N浓度及去除率见表1。
此外，SO4-S生成量为15mg/L，无S2O3 2-、NO2-N生成，洗气瓶中也未检出S2-的存在。
表1 同步脱硫脱氮工艺对于人工合成污水中S2-、NO3-N和NH4 +的处理效率
以上实施例说明，本发明工艺在处理同时含硫化物、硝酸盐和氨氮的污水时，对三者的去除效率均大于90％，出水中仅含少量硫酸盐，不含亚硝酸盐，即硫化物几乎完全转化为单质硫，去除的硝酸盐和氨氮几乎都被转化为氮气，出水携带的悬浮态颗粒单质硫可有效地从出水中分离，适当处理后可作为资源回收利用。

Claims (9)

1.一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于它包括以下步骤：
一、富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的驯化：采用厌氧反应器内，以活性污泥为接种污泥，分别以硫化物与硝酸盐的混合物和有机物与硝酸盐的混合物为基质，交替在自养和异养条件下驯化污泥，待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率≥85％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率≥85％时，完成驯化；
二、向步骤一驯化好的富含兼养反硝化脱硫微生物污泥的厌氧反应器内，通入待处理废液，并调节控制氮与硫的摩尔比为0.9～2.2∶1，碳与氮的摩尔比为0.9～2.5∶1，反应器的温度为25℃～35℃，反应体系pH值为7.0～8.0，水力停留时间为6～12小时，进水氮负荷≤1.44kgN/m3·d，硫负荷≤2.0kgS/m3·d，即完成碳氮硫同步脱除。
2.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤一中所述的活性污泥来自城市污水厂二沉池。
3.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤一中所述的待自养条件下硫化物、硝酸盐的去除率为95％，且异养条件下有机物、硝酸盐的去除率为95％时，完成驯化。
4.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的调节控制氮与硫的摩尔比为1～2.2∶1，碳与氮的摩尔比为1～2.5∶1。
5.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的反应器的温度为30℃。
6.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的反应体系pH值为7.5。
7.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的水力停留时间为9～12小时。
8.根据权利要求1所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的进水氮负荷为1.0～1.44kgN/m3·d，硫负荷为1.0～1.5kgS/m3·d。
9.根据权利要求8所述的一种废水中碳氮硫同步脱除的方法，其特征在于步骤二中所述的进水氮负荷为1.44kgN/m3·d，硫负荷为1.5kgS/m3·d。
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