专利名称：在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法
技术领域：
本发明涉及一种有机废水处理方法，属于废水生物处理技术领域。
背景技术：
近几年来含硫含氮有机废水污染日趋严重。现代工业生产中制药、发酵、 化工、食品加工、制革厂及采矿等行业排放的废水都含有高浓度的硫酸盐及氨 氮的有机废水。含氮化合物由于其能够促使藻类等浮游生物大量繁殖，从而引
起水体的富营养化造成水华和赤潮现象；含硫化合物在厌氧条件下被微生物还 原，不仅会引起生物腐蚀，还会产生有毒气体硫化氢，容易造成水体的PH值 降低，对水体及水生生物产生毒害，严重影响周边的生态环境。因此，寻找一 种行之有效的含硫含氮有机废水处理工艺早己成为环境工程界普遍关注的问 题。
目前，针对高浓度含硫含氮有机废水，针对其污染物特点，将其视为含硫 废水或含氮废水而采用分别处理的策略，且各自的处理工艺均分两步进行。对 于含硫废水的处理是硫酸盐首先还原为硫化物再氧化为单质硫；含氮废水中的 氨氮先被氧化为硝酸盐再反硝化为氮气；这种处理方式不仅工艺流程复杂且处 理效率不高。硫化物氧化为单质硫工艺不仅负荷过低，而且单质硫黏附于细胞 表面难以分离等问题。限制其实际工程应用。生物脱氮工艺的操作复杂，需要 额外投加有机物如甲醇，无疑大幅增加工艺运行成本。
现有的碳氮硫同步脱除工艺必须以硫化物的生成为前提，大大增加了工艺 的复杂性，限制了工艺的应用。
因此，如何在一个反应器内有效的去除硫酸盐、氨氮和有机物，且控制 反应过程的终产物为单质硫、氮气和C02，成为该工艺在实际应用中必须首先 攻克的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法，以解决现有的处理含硫含氮污水方法存在运行成本高、工艺复杂、处 理效率低的问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是
在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法包括如下步骤 步骤一、采用仅有一个流化床反应器3的有机废水碳氮硫同步脱除一体化 设备来进行处理废水；所述废水(待处理废水)是以硫酸盐、硝酸盐和有机物
为主要污染物，硫氮质量比为0. 5-5、 C0D与N质量比为3-8的含硫含氮有机 废水；
步骤二、培养颗粒污泥首先在流化床反应器3内加入活性污泥；之后，
将待处理废水引入到流化床反应器3内，以N计的进水容积负荷不超过 2. 0kgN/m3 d，保持流化床反应器3内的温度为20-35°C、水利停留时间(HRT) 4h-16h、流化床反应器3内的pH为7. 5-10. 0，在每升进水加入lml微量元素 溶液，进行颗粒污泥培养，颗粒污泥形成后，完成颗粒污泥的培养；
步骤三、自养反硝化脱硫微生物的强化强化自养反硝化脱硫微生物使其 成为主要功微生物，理论单质硫产率到65%以上时，完成自养反硝化微生物的 强化过程，进而建立起自养、异养协同作用的工艺环境；
步骤四、完成以上所述步骤后、在同一流化床反应器3内，自养微生物与 异养微生物协同作用，产酸菌将流化床反应器3内的有机物转化为小分子有机 酸，异养硫酸盐还原菌首先将硫酸盐还原为硫化物，自养反硝化微生物以硝酸 盐作为电子受体氧化硫化物为单质硫；同时异养反硝化微生物以有机酸作为电 子供体反硝化硝酸盐为氮气；从而，原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐分别被 转化成二氧化碳、单质硫和氮气通过两种不同营养类型的微生物的协同作用， 原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐在流化床反应器3内分别被转化成二氧化 碳、单质硫和氮气。
本发明的优点在于
本发明方法实现了在一个反应器内有效的去除硫酸盐、氨氮和有机物，且 控制反应过程的终产物为单质硫、氮气和C02。具体优点为(1)处理效率高， 硫酸盐和硝酸盐的转化率在98%以上，有机物的去除率也达80%左右；(2)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；(3)占地 面积省，硫酸盐、硝酸盐和有机物的去除在一个反应系统中完成。此外，生成 的单质硫在适当处理后还可作为资源回收利用。
图1是本发明方法中所使用的有机废水碳氮硫同步脱除一体化设备的结 构示意图。
具体实施例方式
具体实施方式
一参见图1，本实施方式所述的在一个反应器内碳氮硫同 步脱除的有机废水处理方法包括如下步骤
步骤一、采用仅有一个流化床反应器3的有机废水碳氮硫同步脱除一体化 设备来进行处理废水；所述废水(待处理废水)是以硫酸盐、硝酸盐和有机物 为主要污染物，硫氮质量比为0.5-5、 C0D与N质量比为3-8的含硫含氮有机
废水；
步骤二、培养颗粒污泥首先在流化床反应器3内加入活性污泥；之后， 将待处理废水引入到流化床反应器3内，以N计的进水容积负荷不超过 2. 0kgN/m3 d，保持流化床反应器3内的温度为20-35°C、水利停留时间(服T) 4h-16h、流化床反应器3内的pH为7. 5-10. 0，在每升进水加入lml微量元素 溶液，进行颗粒污泥培养，颗粒污泥形成后，完成颗粒污泥的培养；
步骤三、自养反硝化脱硫微生物的强化强化自养反硝化脱硫微生物使其 成为主要功微生物，理论单质硫产率到65%以上时，完成自养反硝化微生物的 强化过程，进而建立起自养、异养协同作用的工艺环境；
步骤四、完成以上所述步骤后、在同一流化床反应器3内，自养微生物与 异养微生物协同作用，产酸菌将流化床反应器3内的有机物转化为小分子有机 酸，异养硫酸盐还原菌首先将硫酸盐还原为硫化物，自养反硝化微生物以硝酸 盐作为电子受体氧化硫化物为单质硫；同时异养反硝化微生物以有机酸作为电 子供体反硝化硝酸盐为氮气；从而，原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐分别被 转化成二氧化碳、单质硫和氮气通过两种不同营养类型的微生物的协同作用， 原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐在流化床反应器3内分别被转化成二氧化碳、单质硫和氮气。
本实施方式所述的有机废水碳氮硫同步脱除一体化设备为本工艺中最主
要的处理单元，流化床反应器3是所述设备的主要构件，流化床反应器3由有 机玻璃制成，内径8cm，高150cm，总容积为10. 0L，有效容积4. 0L，所述反 应器主要由下部的反应区、中部的沉淀区和顶部的三相分离区构成。进水自下 而上流经反应区，与颗粒污泥接触发生同步反应，污水中的硫酸盐、硝酸盐和 有机物在反应区内微生物的作用下，分别转化为单质硫、&和C02。出水上流 至沉淀区后，发生固液分离，之后经溢流堰排出，在出水口处设有水封装置， 以保证反应器内部的厌氧状态。反应区中产生的气体上升至三相分离区后排 出。经三相分离器进行气、液、固的分离后，固相滑回反应区内，气体经气路 排出，液相经出水口排出。反应器连接了温控装置以控制系统内部的温度。所 述的有机废水碳氮硫同步脱除一体化设备还包括配水箱1、进水泵2、温控仪 4、回流泵5、水封瓶6、气体流量计7、出水计量水箱8、水管A和气管B等 (参见图1)。
具体实施方式
二本实施方式在步骤一中，所述硫氮质量比为2-2.5, C0D 与N质量比为3-8的含硫含氮有机废水，其中在硫氮质量比为2. 5， COD与N 质量比为5. 0，硝酸盐容积负荷为1. 5kgN/m3 d时，去除效果最好硫酸盐、硝 酸盐和有机物去除率分别达到98%、 98%和80%。其它步骤与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
三本实施方式在步骤二中，所述每升微量元素液含有 500mg的H3B03、 500mg的ZnCl2、 500mg的(NH4)6Mo7024 4H20、 500mg的 NiCl 6H20、500mg的A1C13 6H20、500mg的CoCl2 6H20、500mg的CuS04 5H20、 lOOOmg的NaSe03 5H20、 1500mg的FeCl3 6H20、 5000 mg的MnCl2 *4H20和5 ml的浓度为37%的HC1溶液。微量元素的投加能够促进并强化颗粒污泥的形 成，使得颗粒污泥形成时间縮短半个月。其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四本实施方式在步骤三中，自养反硝化微生物的强化措施 为增加流化床反应器3中的溶解氧(DO)，控制溶解氧的含量为0. 5-3. Omg/L。 其它步骤与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五本实施方式在步骤三中，自养反硝化微生物的强化措施 为人工投加硫化物200mg/L-800mg/L。其它步骤与具体实施方式
一相同。 实施例 实施例1:
以合成污水为进水，其组成包括Na2S04、 KN03、 CH3C00Na. 3H20、 NaHC03和 K2HP04，稳定运行的条件为温度30。C， pH=8，水力停留时间10小时，DO值 0.4 ， C0D/N二5.0 ， S/N=3 ， 容积负荷为 0.46 0.50kgS/m3d 和 0.20 0.25kgN03-N/m3d，硫酸盐、硝酸盐和乙酸盐的去除率均在95%以上，单 质硫生成率在85%以上。
实施例2:
以合成污水为进水，其组成包括Na2S04、 KN03、 CH3C00Na. 3H20、 NaHC03和 K2HP04，稳定运行的条件为温度25°C， pH=8.5,水力停留时间9小时，S2— 浓度在200mg/L-1200mg/L时，C0D/N=4 ， S/N=l. 8 ， 容积负荷为 0. 46-0. 50kgS/m3d和0. 20-0. 25kgN03-N/m3d，硫酸盐、硝酸盐和乙酸盐的去除 率均在95%以上，单质硫生成率在80%以上。
本发明中所采用的同步去除有机物、硫酸盐和硝酸盐的工艺原理如式(1)、 (2)、 (3)和(4)所示。首先有机物在产酸菌的作用下，转化为小分子有机 酸。硫酸盐在体系内硫酸盐还原菌的作用下，还原为硫化物。生成的硫化物在 体系内自养反硝化微生物的作用下，氧化为S。，同时还原硝酸盐为N2;随后， 异养反硝化菌利用小分子有机酸作为电子供体，降解有机物，产生N2和C02; 从而，完成了碳、氮、硫的同步脱除。主要化学反应式为<formula>formula see original document page 8</formula>
权利要求
1、在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤步骤一、采用仅有一个流化床反应器(3)的有机废水碳氮硫同步脱除一体化设备来进行处理废水；所述废水是以硫酸盐、硝酸盐和有机物为主要污染物，硫氮质量比为0.5-5、COD与N质量比为3-8的含硫含氮有机废水；步骤二、培养颗粒污泥首先在流化床反应器(3)内加入活性污泥；之后，将待处理废水引入到流化床反应器(3)内，以N计的进水容积负荷不超过2.0kgN/m3·d，保持流化床反应器(3)内的温度为20-35℃、水利停留时间4h-16h、流化床反应器(3)内的pH为7.5-10.0，在每升进水加入1ml微量元素溶液，进行颗粒污泥培养，颗粒污泥形成后，完成颗粒污泥的培养；步骤三、自养反硝化脱硫微生物的强化强化自养反硝化脱硫微生物使其成为主要功微生物，理论单质硫产率到65％以上时，完成自养反硝化微生物的强化过程，进而建立起自养、异养协同作用的工艺环境；步骤四、完成以上所述步骤后、在同一流化床反应器 id="icf0001" file="A2009100723590002C1.tif" wi="5" he="4" top= "143" left = "144" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>内，自养微生物与异养微生物协同作用，产酸菌将流化床反应器 id="icf0002" file="A2009100723590002C2.tif" wi="5" he="4" top= "152" left = "118" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>内的有机物转化为小分子有机酸，异养硫酸盐还原菌首先将硫酸盐还原为硫化物，自养反硝化微生物以硝酸盐作为电子受体氧化硫化物为单质硫；同时异养反硝化微生物以有机酸作为电子供体反硝化硝酸盐为氮气；从而，原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐分别被转化成二氧化碳、单质硫和氮气通过两种不同营养类型的微生物的协同作用，原水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐在流化床反应器 id="icf0003" file="A2009100723590002C3.tif" wi="6" he="5" top= "195" left = "131" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>内分别被转化成二氧化碳、单质硫和氮气。
2、 根据权利要求1所述的在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处 理方法，其特征在于在步骤一中，所述硫氮质量比为2-2.5。
3、 根据权利要求1所述的在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处 理方法，其特征在于在步骤二中，所述每升微量元素液含有500mg的H3B03、 500mg的ZnCl2、 500mg的(NH4) 6Mo7024 4H20、 500mg的NiCl 6H20、 500mg的 A1C13 6H20 、 500mg的CoCl2 6H20 、 500mg的CuS04 5H20 、 lOOOmg的NaSe03 5H20、 1500mg的FeCl3 6H20、 5000 mg的MnCl2 4H20和5 ml的浓 度为37%的HCl溶液。
4、 根据权利要求1所述的在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处 理方法，其特征在于在步骤三中，自养反硝化微生物的强化措施为增加流 化床反应器(3)中的溶解氧(D0)，控制溶解氧的含量为0. 5-3. Omg/U
5、 根据权利要求1所述的在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法，其特征在于在步骤三中，自养反硝化微生物的强化措施为人工投加硫化物200mg/L-800mg/L。
全文摘要
在一个反应器内碳氮硫同步脱除的有机废水处理方法，它涉及一种有机废水处理方法。本发明解决了现有的处理含硫含氮污水方法存在运行成本高、处理效率低的问题。本发明的主要步骤为(一)培养颗粒污泥；(二)强化自养反硝化脱硫微生物；(三)在同一流化床反应器内，通过自养微生物与异养微生物协同作用，将废水中的有机物、硫酸盐和硝酸盐分别被转化成二氧化碳、单质硫和氮气而去除，从而完成碳氮硫的同步脱除。该方法具有处理效率高，硫酸盐和硝酸盐的转化率在98％以上，有机物的去除率也达80％左右；出水不含亚硝酸盐无二次污染；占地面积省，硫酸盐、硝酸盐和有机物的去除在一个反应系统中完成等优点。
文档编号C02F3/30GK101585651SQ200910072359
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者任南琪, 充 刘, 刘春爽, 莉 张, 毕建培, 王爱杰 申请人:哈尔滨工业大学