一种短程反硝化脱硫废水处理方法.pdf

一种短程反硝化脱硫废水处理方法，它涉及一种同步脱除废水中碳、氮、硫的方法。本发明解决了现有技术处理含碳氮硫废水的运作成本高和能源动力消耗大的问题。本发明以产甲烷活性污泥作为厌氧颗粒污泥床的接种污泥，在自养反硝化菌和异养反硝化菌的协同作用下，将废水中的硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳。本发明中以亚硝酸盐作为电子受体氧化硫化物和有机物，节约了亚硝酸盐氧化为硝酸盐的能耗和硝酸盐还原成亚硝酸盐的电子受体，减少了反应需要的碳源，降低了能耗，在废水的脱氮处理中，氨氮转化为亚硝酸盐的耗氧量小，降低了运行成本，同时回收单质硫，实现废物资源化。

1、  一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于短程反硝化脱硫废水处理方法通过以下步骤实现：一、将产甲烷颗粒活性污泥放入厌氧颗粒污泥床反应器内，然后通入含碳氮硫的废水驯化自养反硝化和异养反硝化微生物，使两种微生物之间通过竞争和协同作用达到平衡，含碳氮硫废水中S、N和C的去除率达到80％时，完成反应器的启动，其中含碳氮硫的废水中N以硝酸盐或亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，含碳氮硫的废水中S的浓度为200mg/L、N的浓度为87.5mg/L，C的浓度为75mg/L，驯化过程中工艺操作条件：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h；二、继续通入含碳氮硫的废水，使其在厌氧颗粒污泥床反应器内自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，将硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳，其中，本步骤含碳氮硫的废水中N仅以亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，废水中S的浓度为200～1200mg/L，C的浓度为75～450mg/L，N的浓度为23～525mg/L，同时控制亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为0.1～6.0∶1，亚硝酸盐和有机物的摩尔比为0.2～7.0∶1，工艺运行条件为：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h。

2、  根据权利要求1所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为0.5～3.0∶1。

3、  根据权利要求1所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为1.0～2.0∶1。

4、  根据权利要求1或2所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二亚硝酸盐和有机物的摩尔比为0.5～3.5∶1。

5、  根据权利要求1或2所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二亚硝酸盐和有机物的摩尔比为1.0～2.0∶1。

6、  根据权利要求4所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中反应温度为25～30℃。

7、  根据权利要求1、2或6所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中水力停留时间为10～20h。

8、  根据权利要求1、2或6所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中水力停留时间为15h。

9、  根据权利要求7所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中pH值为7.5～8.0。

10、  根据权利要求1所述的一种短程反硝化脱硫废水处理方法，其特征在于步骤二中工艺运行条件为：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h。

一种短程反硝化脱硫废水处理方法
技术领域
本发明涉及一种同步脱除废水中碳、氮、硫的方法。
背景技术
制药废水、食品发酵废水、造纸废水等工业废水中含有大量硫酸盐和氨氮，治理难度较大，环境污染严重。以发酵行业的味精废水为例，其离交尾液的化学需氧量(COD)浓度高达30000-70000mg/L，NH₄⁺-N浓度高达2000-12000mg/L，SO₄^2-浓度高达20000-60000mg/L，每年全国排放这类废水1500万吨以上。
含硫废水中的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，为人们的生产生活带来极大的危害；将硫化合物排放到水体中还会过量消耗水中的溶解氧，致使水生生物得不到足够的溶解氧而死亡，从而破坏水生态系统。含氮废水排放到水体内会引起水体富营养化，产生水华、赤潮等现象，将严重污染受纳水体且危害人体健康。含硫含氮有机废水处理一直以来都备受国内外学者关注。
新兴的碳、氮、硫同步脱除工艺，利用自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用，以硝酸盐作为电子受体，有机物和硫化物作为电子供体，将污染物在同一反应器内同时去除。此种方法处理效果虽然好，但是在废水处理过程中仍存在运行成本高、能源动力消耗大的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中处理含硫含氮有机废水运作成本高和能源动力消耗大的问题，本发明提供了一种短程反硝化脱硫废水处理方法。
本发明中短程反硝化脱硫废水处理方法是通过以下步骤实现：一、将产甲烷颗粒活性污泥放入厌氧颗粒污泥床反应器内，然后通入含碳氮硫的废水驯化自养反硝化和异养反硝化微生物，使两种微生物之间通过竞争和协同作用达到平衡，含碳氮硫的废水中S、N和C的去除率达到80％时，完成反应器的启动，其中含碳氮硫的废水中N以硝酸盐或亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，含碳氮硫的废水中S的浓度为200mg/L、N的浓度为87.5mg/L，C的浓度为75mg/L，驯化过程中工艺操作条件：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h；二、继续通入含碳氮硫的废水，在厌氧颗粒污泥床反应器内自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，将硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳，其中，本步骤含碳氮硫的废水中N仅以亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，废水中S的浓度为200～1200mg/L，C的浓度为75～450mg/L，N的浓度为23～525mg/L，同时控制亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为0.1～6.0∶1，亚硝酸盐和有机物的摩尔比为0.2～7.0∶1，工艺运行条件为：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h。
本发明在自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，有效地将废水中的硫化物、亚硝酸盐和有机物降解为单质硫、氮气和CO₂。本发明所采用的同步去除硫化物、亚硝酸盐和有机物的工艺原理如式(1)、(2)所示。
NO₂^-+HS^-→N₂+S⁰               (1)
C-Orginics+NO₂^-→N₂+H₂O+CO₂   (2)
与现有同步去除废水中碳、氮、硫的脱除工艺相比，本发明在含碳氮硫废水处理过程中以亚硝酸盐作为电子受体氧化硫化物和有机物，节约了亚硝酸盐氧化为硝酸盐的能耗和硝酸盐还原成亚硝酸盐的电子受体，减少了反硝化微生物在反硝化过程中消耗的有机物，减少了反应需要的碳源；本发明中含碳氮硫废水的脱氮处理过程中，将氨氮转化为亚硝酸盐耗氧量少，进而降低了运行成本；同时将由硫化物氧化而成的单质硫回收，实现废物资源化。因此，本发明具有运作成本低和能耗动力消耗小的优点。本发明中乙酸盐去除率可达100％、硫化物去除率可达100％，亚硝酸盐去除率可达80％以上。
附图说明
图1是具体实施方式二十一中短程反硝化脱硫废水处理方法去除废水中硫化物的效果图；图2是具体实施方式二十一短程反硝化脱硫废水处理方法去除废水中亚硝酸盐的效果图；图3是具体实施方式二十一短程反硝化脱硫废水处理方法去除废水中乙酸盐的效果图。
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：本实施方式中一种短程反硝化脱硫废水处理方法，通过以下步骤实现：一、将产甲烷颗粒活性污泥放入厌氧颗粒污泥床(EGSB)反应器内，然后通入含碳氮硫的废水驯化自养反硝化和异养反硝化微生物，使两种微生物之间通过竞争和协同作用达到平衡，含碳氮硫的废水中S、N和C的去除率达到80％时，完成反应器的启动，其中含碳氮硫的废水中N以硝酸盐或亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，含碳氮硫的废水中S的浓度为200mg/L、N的浓度为87.5mg/L，C的浓度为75mg/L，驯化过程中工艺操作条件：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h；二、继续通入含碳氮硫的废水，在厌氧颗粒污泥床反应器内自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，将硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳，其中，本步骤含碳氮硫的废水中N仅以亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以有机物存在，废水中S的浓度为200～1200mg/L，C的浓度为75～450mg/L，N的浓度为23～525mg/L，同时控制亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为0.1～6.0∶1，亚硝酸盐和有机物的摩尔比为0.2～7.0∶1，工艺运行条件为：反应温度为20～35℃，pH值为7.0～9.0，水力停留时间为6h～24h。
本实施方式步骤二中以亚硝酸盐作为电子受体，以硫化物和有机物作为电子供体。
本实施方式中有机物去除率可达100％、硫化物去除率可达100％，亚硝酸盐去除率可达80％以上。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中S的浓度为500～1000mg/L。其它步骤及参数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不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中S的浓度为600mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中N的浓度为100～500mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一、二或三不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中N的浓度为300mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中C的浓度为100～400mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五不同的是：步骤一中含碳氮硫的废水中C的浓度为200mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七不同的是：步骤一中反应温度为25～30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八不同的是：步骤一中pH值为7.0～9.0。其它步骤及参数与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九不同的是：步骤一中水力停留时间为6h～24h。其它步骤及参数与具体实施方式一至九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：步骤二中亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为0.5～3.0∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十不同的是：步骤二中亚硝酸盐和硫化物的摩尔比为1.0～2.0∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一至十相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十二不同的是：步骤二中亚硝酸盐和有机物的摩尔比为0.5～3.5∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一至十二相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式一至十二不同的是：步骤二中亚硝酸盐和有机物的摩尔比为1.0～2.0∶1。其它步骤及参数与具体实施方式一至十二相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式一至十四不同的是：步骤二中反应温度为25～30℃。其它步骤及参数与具体实施方式一至十四相同。
具体实施方式十六：本实施方式与具体实施方式一至十五不同的是：步骤二中水力停留时间为10～20h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十五相同。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式一至十六不同的是：步骤二中水力停留时间为15h。其它步骤及参数与具体实施方式一至十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式一至十七不同的是：步骤二中pH值为7.5～8.0。其它步骤及参数与具体实施方式一至十七相同。
具体实施方式十九：本实施方式对含有碳氮硫的废水进行试运行处理来验证本发明的效果，产甲烷颗粒活性污泥采用的是哈尔滨啤酒厂内循环厌氧(IC)反应器内的厌氧颗粒污泥，将其放入厌氧颗粒污泥床(EGSB)反应器内，步骤一中驯化过程工艺操作条件和步骤二中运行工艺条件均为：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
本实施方式中亚硝酸盐、硫化物和有机物的去除负荷分别可达1.26kgN/(m³·d)，2.86kgS/(m³·d)和1.08kgC/(m³·d)。
具体实施方式二十：本实施方式对含有碳氮硫的废水进行试运行处理来验证本发明的效果，产甲烷颗粒活性污泥采用的是哈尔滨啤酒厂内循环厌氧(IC)反应器内的厌氧颗粒污泥，具体操作如下：一、将哈尔滨啤酒厂内循环厌氧(IC)反应器内的厌氧颗粒污泥放入厌氧颗粒污泥床(EGSB)反应器内，将含S、N、C的浓度分别为200mg/L、87.5mg/L、75mg/L的水作为进水，驯化自养反硝化和异养反硝化微生物，进水中S、N和C的去除率达到80％时，完成反应器的启动，其中N以硝酸盐存在；驯化过程中工艺操作条件：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h；二、继续进水，使进水在厌氧颗粒污泥床反应器内自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，将硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳，其中，N以亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以乙酸盐存在，保持进水中N的浓度在23mg/L-87mg/L；运行的工艺条件是：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h。
本实施方式中有机物去除率可达100％，硫化物去除率可达100％，亚硝酸盐去除率可达80％以上。
具体实施方式二十一：本实施方式对含有碳氮硫的废水进行试运行处理来验证本发明的效果，产甲烷颗粒活性污泥采用的是哈尔滨啤酒厂内循环厌氧(IC)反应器内的厌氧颗粒污泥，具体操作如下：一、将哈尔滨啤酒厂内循环厌氧(IC)反应器内的厌氧颗粒污泥放入厌氧颗粒污泥床(EGSB)反应器内，将含S、N、C的浓度分别为200mg/L、87.5mg/L、75mg/L的水作为进水，驯化自养反硝化和异养反硝化微生物，进水中S、N和C的去除率达到80％时，完成反应器的启动，其中N以亚硝酸盐存在，C以乙酸盐存在，驯化过程中工艺操作条件：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h；二、继续进水，使进水在厌氧颗粒污泥床反应器内自养反硝化微生物和异养反硝化微生物的协同作用下，将硫化物氧化为单质硫，亚硝酸盐反硝化为氮气，有机物转化为二氧化碳，其中，N以亚硝酸盐存在，S以硫化物存在，C以乙酸盐存在，保持进水中N的浓度在87mg/L-348mg/L；运行的工艺条件是：反应温度为30℃，pH值为7.5，水力停留时间为10h。
本实施方式中对硫化物、亚硝酸盐和乙酸盐的去除效果分别进行了实时监测，结果分别如图1、图2和图3所示。由图可见，本实施方式中有机物去除率可达100％，硫化物去除率可达100％，亚硝酸盐去除率可达90％以上。