从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法及反应器的制造方法
【专利摘要】一种从高浓度硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法及其反应器，通过优化反应器的曝气系统，使生物脱硫过程产生单质硫，采用吹脱技术实现单质硫与废水分离，利用S-多孔波纹板填料对单质硫进行捕捉，并回收单质硫，解决了现有高浓度硫酸盐有机废水生物脱硫处理工艺中存在的单质硫与出水难分离和回收率低等问题。本发明所设计的反应器，包括进水管、出水管、曝气头、反应器筒体、三相分离器、吸收填料室、溶解氧在线监测仪、温控仪等，该反应器简单易操作，运行成本低，单质硫回收率高，纯度高。
【专利说明】从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法及反应器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种从高浓度硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法及其反应器。【背景技术】
[0002]随着电力、化纤生产、石油炼制、食品发酵、轻工、制药等工业的迅速发展，含硫酸盐有机废水大量产生与排放，对环境造成了严重污染。含硫酸盐有机废水的处理已是水处理领域面临的难题与关注的焦点，对于含硫酸盐废水的处理，主要是先利用生物还原作用将其转化为硫化物或H2S,然后再经生物氧化过程生成单质硫，从而达到去除的目的。
[0003]尽管生物脱硫技术得到了广泛的认可，但目前该技术在工业废水实际处理中仍应用较少。因为利用硫酸盐还原菌厌氧生物处理废水所产生的硫化物，尤其是H2S,会直接或间接地抑制甚至毒害厌氧菌群，导致厌氧反应器处理效果低下，甚至导致整个生化处理系统的崩溃。其次，此类生物脱硫技术产生的单质硫的回收和纯化是一个未解决的严重问题。
[0004]对于废水处理过程中产生的单质硫，现有的工艺是采用各类沉淀技术实现单质硫的分离和回收，但在实际处理系统中，单质硫的分离效果并不好，且纯度较低。
[0005]利用限氧或微好氧条件下硫酸盐还原菌和硫氧化细菌能够共存的特点，建立合理的生态调控策略控制单质硫作为终端产物，联合吹脱技术，从而实现硫酸盐还原-有机物氧化工艺单元同步进行的同时实现单质硫生成-提取-回收过程耦合，为含硫酸盐有机废水的处理和资源化提供新的途径。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的方法，该方法条件温和，单质硫回收率高，便于广泛的工业化生产，进一步降低成本，减少对环境的二次污染；
本发明的另一个目的在于提供一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的反应器，它具有易操作易控制，工艺经济性好和回收单质硫纯度高的优点。
[0007]本发明是这样来实现的，本发明一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的方法，将高浓度硫酸盐废水进行生物脱硫处理后，采用吹脱技术使生物脱硫过程产生的单质硫实现与废水分离，利用S-多孔波纹板填料对单质硫进行捕捉，回收单质硫。
[0008]本发明所述的吹脱技术由吹脱风机将压缩空气或低氧空气鼓入废水中，载气量为10-100mL/min，反应器底部辅以搅拌，使水中的溶解氧浓度达到0.2-1.5mg/L，通过液膜与气体的接触与扩散，使挥发性的单质硫进入三相分离器进行分离后由吸收填料室底部进入吸收填料室，通过均匀布气后进入S-多孔波纹板填料层，通过S-多孔波纹板填料层的节流作用将气态单质硫以固体形态截留，从而达到回收单质硫的目的；本发明所述的吹脱技术从生物脱硫出水中分离单质硫，简单易操作，分离效果明显，避免了传统沉淀法分离效果差的缺点。
[0009]本发明所述的吸收填料室由冷凝室组成，冷凝室控制温度为20_25°C，冷凝室内部附有S-多孔波纹板填料。采用S-多孔波纹板填料对单质硫进行捕捉并回收，不仅回收率高，同时也可避免传统沉淀法杂质多的缺点。本发明所述的生物脱硫为在同一个反应器内利用硫酸盐还原菌和硫氧化细菌的协同作用来进行废水处理，硫酸盐作为电子受体被硫酸盐还原菌还原为硫化物(包括H2S、S2_和HS_)，硫氧化细菌将废水中硫化物氧化为单质硫。本发明在高浓度硫酸盐有机废水进行生物脱硫处理前，将处理后废水部分回流，与废水原水混合。通过投加有机废水或工业有机产品调节废水中TOC含量，投加硫酸钠调节硫酸盐的含量，使废水中S042_含量为2-5g/L，TOC含量为2-5g/L。
[0010]本发明所述的一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的方法具体包括以下步骤:
(1)污泥驯化:取城市污水厂的活性污泥，用含硫酸盐的有机废水在微好氧环境下进行驯化，经过菌种的分离纯化，得到混合培养的富含耐氧SRB (硫酸盐还原菌)和SOB (硫氧化细菌)的活性污泥；
(2)单质硫的生成:将驯化好的活性污泥加入到单质硫回收反应器中，通入待处理的废水，调节温度、pH、DO、TOC、S042_、曝气量、水力停留时间，控制单质硫作为终端产物；
(3)单质硫吹脱并回收:生化反应过程中曝气并搅拌,将单质硫吹脱并随其他气体一同排除，单质硫经过S-多孔波纹板节流作用被截留在S-多孔波纹板填料上，定期更换S-波纹板填料，回收单质硫。
[0011]本发明一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的反应器包括有反应器筒体、进水泵、回流泵、洗气瓶、三相分离器，吸收填料室、曝气头；所述的三相分离器的集气罩呈喇叭型，与水平夹角不小于45°C，直径大于反应器筒体直径，上端直管与进气管形成套管，环隙不小于1_，喇叭口下端与器壁间隙5_，三相分离器左侧壁设有出水口 ；所述的反应器筒体为平底，由于反应为微好氧曝气，当曝气强度满足不了搅拌时，下部辅以磁力搅拌，反应器筒体外使用电热夹套，通过热偶控制温度；所述的曝气头呈球状，向下均匀开孔，孔径2mm ;所述的吸收填料室由冷凝室组成，冷凝室内部附有S-波纹板填料；所述反应器还包括温控仪和溶解氧在线监测仪，温控仪和溶解氧在线监测仪均安装在三相分离器的顶部，分别控制硫酸盐有机废水的温度和溶解氧。
[0012]本发明的优点为:(I)本发明方法通过曝气和搅拌控制溶解氧浓度，并建立了合理的生态调控策略，成功的将单质硫作为硫酸盐有机废水处理的主要终端产物；(2)本发明方法中的曝气方式在起充氧、搅拌的同时，对单质硫也有吹脱效果，通过S-波纹板填料截留单质硫并回收的方法回收率高，回收的单质硫纯度高且简单易操作；(3)本发明中的反应器集废水处理与单质硫吹脱回收于一体，工艺流程简单，操控容易，适合大规模的工业化生产，符合绿色环保时代要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本发明一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的反应器的结构示意图。
[0014]在图中，1、 曝气口 2、套管3、出气口 4、吸收填料室5、冷凝水出口 6、洗气瓶 7、溶解氧在线监测仪 8、温控仪 9、冷凝水进口 10、出水口 11、三相分离器
12、集气罩 13、取样口 14、回流泵15、循环水槽 16、曝气口 17、反应器筒体18、进水泵19、原水储槽20、进水口。【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做进一步详细说明；
【具体实施方式】一:如图1所示，本实施方式所述的一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的反应器，其包括有反应器筒体(17)、进水泵(18)、回流泵(14)、洗气瓶(6)、三相分离器
(11)，吸收填料室(4)、曝气头(16);所述的三相分离器(11)的集气罩(12)呈喇叭型，与水平夹角不小于45°C，直径大于反应器筒体(17)直径，上端直管与进气管(I)形成套管(2)，环隙不小于1mm，喇叭口下端与器壁间隙5mm，三相分离器(11)左侧壁设有出水口 ；所述的反应器筒体(17)为平底，由于反应为微好氧曝气，当曝气强度满足不了搅拌时，下部辅以磁力搅拌，反应器筒体(17)外使用电热夹套，通过热偶控制温度；所述的曝气头(16)呈球状，向下均匀开孔，孔径2_ ;所述的吸收填料室(4)由冷凝室组成，冷凝温度为20-25°C ;所述反应器还包括温控仪(8)和溶解氧在线监测仪(7)，温控仪(8)和溶解氧在线监测仪(7)均安装在三相分离器(11)的顶部，分别控制硫酸盐有机废水的温度和溶解氧；使用时，进水泵(18)的吸入口与盛装有原水的进水槽(19)连通，回流泵(14)的吸入口与盛装有循环水的循环水槽(15)连通。
[0016]【具体实施方式】二:如图1所示，本实施方式所述吸收填料室(4)还包括冷凝水进口
(9)和冷凝水出口(5)，冷凝室内部附有S-多孔波纹板填料。通过上述装置，一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的方法，其具体包括以下步骤:
(1)污泥驯化:取城市污水厂的活性污泥，用含硫酸盐的有机废水在微好氧环境下进行驯化，经过菌种的分离纯化 ，得到混合培养的富含耐氧SRB (硫酸盐还原菌)和SOB (硫氧化细菌)的活性污泥；
(2)单质硫的生成:将驯化好的活性污泥加入到单质硫回收反应器中，通入待处理的废水，控制温度、pH、DO、TOC、S042_、曝气量、水力停留时间，使单质硫作为终端产物；
(3)单质硫吹脱并回收:生化过程中曝气并搅拌,将单质硫吹脱并随其他气体一同排除，单质硫经过S-多孔波纹板节流作用被截留在S-多孔波纹板填料上，定期更换S-多孔波纹板填料，回收单质硫。
[0017]以下是本发明所述的一种从硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺的优选实施例；
实施例1
以制药厂废水为进水，其主要指标分别为:pH:8.0-8.5 ；T0C:2000-2500mg/L ；SO/—: 3000-4000 mg/L,废水温度调节为25_28°C，吸收填料室控制温度为20°C。水力停留时间20小时，回流比5:1，曝气量35mL/min，底部辅以搅拌，溶解氧浓度为0.45mg/L。通过该工艺处理。废水中S042_去除率为90%，TOC去除率为95%，单质硫回收率为67%，单质硫纯度大于98.5%。
[0018]实施例2
以合成废水为进水，其组成主要包括葡萄糖、乙酸钠、乳酸、硫酸钠、磷酸二氢钾、氯化铵、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、硫酸亚铁、抗坏血酸等。其主要指标分别为:pH:8.0-8.5 ；TOC:3000-3500mg/L ；SO42^: 3500-4000 mg/L,废水温度调节为 30_35°C，吸收填料室控制温度为20°C。水力停留时间20小时，回流比5:1，曝气量35mL/min，底部辅以搅拌，溶解氧浓度为0.45mg/L。通过该工艺处理。废水中S042_去除率为95%，TOC去除率为96%，单质硫回收率75%，单质硫纯度大于98.5%。[0019]实施例3
以合成废水为进水，其组成主要包括葡萄糖、乙酸钠、乳酸、硫酸钠、磷酸二氢钾、氯化铵、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、硫酸亚铁、抗坏血酸等。其主要指标分别为:pH:7.0-7.5 ；TOC:3000-3500mg/L ；SO42^: 3000-4000 mg/L,废水温度调节为 25_28°C，吸收填料室控制温度为25°C。水力停留时间20小时，回流比5:1，曝气量35mL/min，底部辅以搅拌，溶解氧浓度为0.45mg/L。通过该工艺处理。废水中S042_去除率为88%，TOC去除率为90%，单质硫回收率69%，单质硫纯度大于98.5%。
[0020]实施例4
以合成废水为进水，其组成主要包括葡萄糖、乙酸钠、乳酸、硫酸钠、磷酸二氢钾、氯化铵、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、硫酸亚铁、抗坏血酸等。其主要指标分别为:pH:8.0-8.5 ；TOC:3000-3500mg/L ；S042^: 3000-4000 mg/L,废水温度调节为 25_28°C，吸收填料室控制温度为20°C。水力停留时间20小时，回流比5:1，曝气量35mL/min，底部辅以搅拌，溶解氧浓度为0.45mg/L。通过该工艺处理。废水中S042_去除率为92%，TOC去除率为95%，单质硫回收率73%，单质硫纯度大于98.5%。
[0021]实施例5
以合成废水为进水，其组成主要包括葡萄糖、乙酸钠、乳酸、硫酸钠、磷酸二氢钾、氯化铵、碳酸氢钠、氯化镁、氯化钙、硫酸亚铁、抗坏血酸等。其主要指标分别为:pH:8.0-8.5 ；TOC:3000-3500mg/L ；SO42^: 3000-4000 mg/L,废水温度调节为 30_35°C，吸收填料室控制温度为25°C。水力停留时间20小时，回流比5:1，曝气量20mL/min，底部辅以搅拌，溶解氧浓度为0.3mg/L。通过该工艺处理。废水中S042_去除率为92%，TOC去除率为95%，单质硫回收率65%，单质硫纯度大于98.5%。
【权利要求】
1.一种从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法，其特征在于，所述方工艺法是将含硫酸盐有机废水进行生物脱硫处理后，采用吹脱技术使生物脱硫过程产生的单质硫实现与废水分离，利用S-多孔波纹板填料对单质硫进行捕捉，回收单质硫。
2.如权利要求1所述的一种从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法，其特征在于，所述的吹脱技术是由吹脱风机将压缩空气或低氧空气鼓入废水中，载气量为IO-1OOmL/min，反应器底部辅以搅拌，使水中的溶解氧浓度达到0.2-1.5mg/L，通过液膜与气体的接触与扩散，使挥发性的单质硫进入三相分离器进行分离后由吸收填料室底部进入吸收填料室，通过均匀布气后进入S-多孔波纹板填料层，通过S-多孔波纹板填料层的节流作用将气态单质硫以固体形态截留，从而达到回收单质硫的目的。
3.如权利要求1所述的一种从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法，其特征在于，所述的含硫酸盐有机废水通过投加有机废水或工业有机产品调节废水中有机物含量，投加硫酸钠调节硫酸盐的含量，使废水中S042_含量为2-5g/L，TOC含量为2-5g/L。
4.如权利要求1所述的一种从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法，其特征在于，所述工艺方法包括以下具体步骤: (1)污泥驯化:取城市污水厂的活性污泥，用含硫酸盐的有机废水在微好氧环境下进行驯化，得到混合培养的富含耐氧硫酸盐还原菌和硫氧化细菌的活性污泥； (2)单质硫的生成:将驯化好的活性污泥加入到单质硫回收反应器中，通入待处理的废水，控制温度、pH、DO、TOC、S042_、曝气量、水力停留时间，在同一个反应器内利用硫酸盐还原菌和硫氧化细菌的协同作用来处理废水，硫酸盐作为电子受体被硫酸盐还原菌还原为硫化物，硫氧化细菌将废水中硫化物氧化成单质硫； (3)单质硫吹脱并回收:生化反应过程中曝气并搅拌,将单质硫吹脱并随其他气体一同排除，单质硫经过S-多孔波纹板节流作用被截留在S-多孔波纹板填料上，定期更换S-多孔波纹板填料，回收单质硫。
5.如权利要求1所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，它包括反应器筒体(17)、进水泵(18)、回流泵(14)、洗气瓶(6)和三相分离器(11)，其特征在于，所述反应器还包括曝气头(16)、吸收填料室(4);所述的三相分离器(11)位于反应器筒体(17)的上方，反应器筒体(17)上端侧壁设有取样口(13)，下端侧壁设有进水口(20)；吸收填料室(4)与出气管(3)连通，单质硫回收后气体再经过洗气瓶(6)处理。
6.如权利要求5所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，其特征在于:所述的三相分离器(11)的集气罩(12)呈喇叭型，与水平夹角≥ 45°C，直径大于反应器筒体(17)的直径，上端直管与进气管(I)形成套管，环隙≥Imm,喇叭口下端与器壁间隙5_，三相分离器(11)左侧壁设有出水口( 10)。
7.如权利要求5所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，其特征在于:所述的反应器筒体(17)底部为平底，反应器筒体(17)外使用电热夹套，通过热偶控制温度。
8.如权利要求5所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，其特征在于， 所述的曝气头(16)呈球状，向下均匀开孔，孔径2mm。
9.如权利要求5所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，其特征在于，所述的吸收填料室(4)由冷凝室组成，其包括冷凝水进口(9)和冷凝水出口(5)，控制冷凝温度为20°C _25°C，冷凝室内部附有S-多孔波纹板填料。
10.如权利要求5所述的从含硫酸盐有机废水中回收单质硫的工艺方法所用的反应器，其特征在于:所述反应器还包括温控仪(8 )和溶解氧在线监测仪(7 )，温控仪(8 )和溶解氧在线监测仪(7)均安装在 三相分离器(11)的顶部，分别控制硫酸盐有机废水的温度和溶解氧。
【文档编号】C01B17/02GK103523909SQ201310531279
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】邱贤华, 吴庆庆, 熊贞晟, 陈素华, 罗胜联 申请人:南昌航空大学