一种同步产甲烷和单质硫装置及其系统的制作方法

本实用新型涉及废液处理技术领域，具体而言，涉及一种同步产甲烷和单质硫装置及其系统。

背景技术：

近年来，随着社会经济的发展和人口的增加，我国重工业、轻工业、农业等行业迅速发展，由此带来的环境问题和资源浪费问题也愈加严重，其中含硫有机废液的产生已经成为环境领域的研究热点和难点。如制药、石油炼制、垃圾堆积、农林废弃物发酵、矿产资源开采等产生了大量的高浓度含硫有机废液，如果这类废液不加以妥善处理直接排放，将直接污染地表水和地下水，因为在适宜的条件下，含硫废液中的S^2-与水中H⁺生成大量具有恶臭、高毒性、易腐蚀的H₂S，对大气和水体造成严重污染，而且这类含硫有机废液的渗透加速了土壤酸化，强酸阴离子(SO₄^2-)驱动盐基阳离子大量淋溶(Ca²⁺，Al³⁺等)导致土壤盐基营养贫瘠、土壤中N和S饱和，土壤阳离子交换量下降，直接影响农作物的生长，造成粮食减产。因此，寻求有效处理含硫有机废液方法极为重要。

迄今为止，国内相对成熟和正在研究处理这类废液的方法主要有生物处理法和化学法，由于含硫有机废液有机物浓度较高，目前一般采用厌氧微生物处理技术进行处理，其具有成本低，无二次污染等优势。

然而目前传统厌氧微生物处理工艺中，存在的问题是：产甲烷菌和硫酸盐还原细菌对底物存在着竞争，SO₄^2-还原产生H₂S对产甲烷菌有毒性抑制作用，并且，传统厌氧微生物处理有机物系统容易酸化，易导致产CH₄效率较低，系统运行不稳定；此外，传统厌氧微生物处理有机物装置，往往需要后续沼气脱硫装置，增加了工程造价及运行成本。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种同步产甲烷和单质硫装置，其可有效提高产甲烷的效率和沼气中甲烷纯度，并避免酸化现象的产生；与此同时还可降低投资和运行费用，有利于实现利益最大化。

本实用新型的另一目的在于提供一种同步产甲烷和单质硫系统，其包含上述的同步产甲烷和单质硫装置，其具体上述同步产甲烷和单质硫装置的各项优点，能够有效的解决上述技术问题。

本实用新型解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。

本实用新型提出一种同步产甲烷和单质硫装置，其包括主体反应器、微生物电催化系统和反冲洗装置，微生物电催化系统设置于主体反应器内部，反冲洗装置固定于靠近主体反应器顶部的一端；

主体反应器设置有位于主体反应器底部的进水口、环设于主体反应器外周壁的加热保温系统、用于采样的采样口、出水口以及用于集气的集气装置，其中，出水口与主体反应器上端出水堰的外侧集水槽连接，集气装置位于出水堰的上方；

微生物电催化系统包括催化阴极、微生物阳极、外接电阻、电源和布水板，催化阴极、微生物阳极、外接电阻以及电源之间串联电性连接形成闭合回路，布水板的个数为多个，且多个布水板通过固定支架支撑固定，每个布水板夹层间对应设置一个微生物阳极，多个微生物阳极之间串联电性连接，每个布水板上方均设置有与之对应的反冲洗装置；催化阴极环绕于主体反应器底部内壁上与颗粒污泥接触。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述布水板的个数为两个，其分别为一级布水板和二级布水板，与之对应的微生物阳极分别为一级微生物阳极和二级微生物阳极，与之对应的反冲洗装置分别为一级反冲洗装置和二级反冲洗装置。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述主体反应器还设置有pH计探头，pH计探头位于催化阴极和微生物阳极之间；加热保温系统通过与电动泵和加热水箱依次连通，使热量被输送进加热保温系统内，进而对主体反应器加热；主体反应器呈圆柱状，其高度为240-450cm，直径为20-60cm，有效容积为60-150L；出水口和进水口内径均为1.5-3.2cm；集气装置包括集气罩和集气瓶，集气罩呈锥形且与集气瓶连通；采样口有两个，分别为第一采样口和第二采样口，第一采样口位于一级布水板和催化阴极之间，第二采样口位于一级布水板和二级布水板之间，第一采样口和第二采样口间距为40-80cm，每个采样口内径均为1.5-3.2cm。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述微生物阳极呈圆形螺旋状，其是由碳纸折叠而成，碳纸长50-100cm，宽10-20cm。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述微生物阳极设置有具有电极活性的硫氧化微生物膜。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述每个布水板固定于与之对应的固定支架上，且每个布水板上均设有孔洞，孔洞的直径为0.5-2mm。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述催化阴极由不锈钢网制成，网孔密度为24-40目，其长度为25-70cm，宽为30-50cm。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述闭合回路的电性连接过程中，连接导线均由钛丝制成，且连接导线均包裹有PE管；连接导线、外接电阻和电源之间的电性连接采用导电膏和塑料夹连接；外接电阻为10-20Ω，电源的外加电压为0.5-1V。

进一步地，在本实用新型较佳的实施例当中，上述每个反冲洗装置上均有五个喷头且呈十字对称，多个反冲洗装置与外置的电动泵连接，实现废液的循环。

本实用新型还提出一种同步产甲烷和单质硫系统，其包含上述的同步产甲烷和单质硫装置。

本实用新型实施例的同步产甲烷和单质硫装置及其系统的有益效果是：通过采用微生物电催化系统，废液在底部厌氧颗粒污泥处产生的挥发酸含有H⁺，反应器底部的催化阴极将H⁺与电子结合产生H₂，产甲烷菌利用H₂和CO₂生成CH₄，故其增加了产甲烷菌利用的底物浓度，缓减了产甲烷菌与硫酸盐还原菌之间对底物的竞争力，减少了沼气中CO₂的含量，同时提高了产甲烷效率和沼气中甲烷纯度；此外，H⁺与电子结合产生H₂，降低了H⁺浓度，提高了反应器中pH，因此，无需投加碱性药剂提高pH值，降低了处理成本且避免了酸化的出现，有利于产甲烷菌产CH₄作用的发挥，从而使得系统可以高效稳定运行；另外，H⁺浓度的减少还促使SO₄^2-转化的硫化物能以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成，无需后置沼气脱硫装置，而置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下会通过硫氧化菌强化S^2-氧化到S⁰的过程，S⁰可以进行资源化回收利用，免除了传统沼气脱硫装置的投资及运行费。还需要说明的是，本实用新型提供的同步产甲烷和单质硫装置通过设置布水板使得废液与阳极均匀接触，并阻挡了大部分颗粒污泥，起到了泥水分离的作用，并且，运行过程中通过反冲洗装置对布水板进行间歇式冲洗，有效的防止了颗粒污泥对布水板的堵塞。因此，本实用新型提供的同步产甲烷和单质硫装置及其系统，不但节省占地体积，降低了操作的复杂性，而且可有效提高产甲烷的效率和沼气中甲烷纯度，避免酸化现象产生，同时还可降低投资和运行费用，有利于实现企业利益最大化，故其具有重要的推广应用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的同步产甲烷和单质硫装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的微生物阳极俯视结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的反冲洗装置俯视结构示意图；

图4是本实用新型试验例1中处理垃圾渗滤液过程中CH₄产率图，其中，1为使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液的CH₄产率，2为使用同步产甲烷和单质硫装置处理垃圾渗滤液的CH₄产率；

图5是本实用新型试验例1中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液产沼气中CH₄纯度；

图6是本实用新型试验例1中使用同步产甲烷和单质硫装置处理垃圾渗滤液产沼气中CH₄纯度；

图7是本实用新型试验例1中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例；

图8是本实用新型试验例1中使用同步产甲烷和单质硫装置处理垃圾渗滤液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例；

图9是本实用新型试验例2中处理矿山废液过程中CH₄产率图，其中，1为使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液的CH₄产率，2为使用同步产甲烷和单质硫装置处理矿山废液的CH₄产率；

图10是本实用新型试验例2中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液产沼气中CH₄纯度；

图11是本实用新型试验例2中使用同步产甲烷和单质硫装置处理矿山废液产沼气中CH₄纯度；

图12是本实用新型试验例2中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例；

图13是本实用新型试验例2中使用同步产甲烷和单质硫装置处理矿山废液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例；

图14是本实用新型试验例3中处理农林废弃物发酵液过程中CH₄产率图，其中，1为使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液的CH₄产率，2为使用同步产甲烷和单质硫装置处理农林废弃物发酵液的CH₄产率；

图15是本实用新型试验例3中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液产沼气中CH₄纯度；

图16是本实用新型试验例3中使用同步产甲烷和单质硫装置处理农林废弃物发酵液产沼气中CH₄纯度；

图17是本实用新型试验例3中使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例；

图18是本实用新型试验例3中使用同步产甲烷和单质硫装置处理农林废弃物发酵液的硫转化产物(SO₄^2--S、S^2-、S⁰、H₂S)浓度比例。

图标：100-同步产甲烷和单质硫装置；120-主体反应器；140-微生物电催化系统；160-反冲洗装置；121-集气罩；122-集气瓶；123-出水口；124-采样口；125-pH计探头；126-加热水箱；127-进水口；128-出水堰；129-套筒；130-催化阴极；131-集水槽；141-导线；142-外接电阻；143-电源；144-一级布水板；145-二级布水板；146-固定支架；147-一级微生物阳极；148-二级微生物阳极；149-颗粒污泥；162-一级反冲洗装置；164-二级反冲洗装置；22-电动泵。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。另外，实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”“一级”“二级”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面对本实用新型实施例的同步产甲烷和单质硫装置100进行具体说明。

请结合参照图1、图2和图3，本实用新型实施例提供的一种同步产甲烷和单质硫装置100，其主要用于处理含硫有机废液同步产甲烷和单质硫时使用，具体地，其包括主体反应器120、微生物电催化系统140和反冲洗装置160，微生物电催化系统140设置于主体反应器120内部，反冲洗装置160固定在主体反应器120上部。

进一步地，本实施例提供的主体反应器120包括集气罩121、集气瓶122、出水口123、采样口124、pH计探头125、加热水箱126和进水口127，主体反应器120外周设有加热保温系统，集气罩121位于反应器出水堰128的上方，集气瓶122通过连接管与集气罩121上端连接，出水口123与出水堰128的外侧集水槽131连接，采样口124位于主体反应器120外壁一侧，加热水箱126与反应器外侧套筒129连接，进水口127位于主体反应器120底部。

进一步地，微生物电催化系统140包括催化阴极130、微生物阳极、导线141、外接电阻142、电源143和布水板，催化阴极130和微生物阳极由导线141连接，并与外接电阻142和电源143连接形成闭合回路，导线141外套有PE管，微生物电催化系统140是在无隔膜条件下进行的，布水板包括一级布水板144和二级布水板145，一级布水板144和二级布水板145通过固定支架146支撑固定，微生物阳极由两个阳极通过导线141串联而成，一级微生物阳极147位于一级布水板144夹层之间，二级微生物阳极148位于二级布水板145夹层之间。催化阴极130环绕于主体反应器120底部内壁上与颗粒污泥149接触。

进一步地，反冲洗装置160包括一级反冲洗装置162和二级反冲洗装置164，一级反冲洗装置162位于一级布水板144和二级布水板145之间，二级反冲洗装置164位于二级布水板145之上。反冲洗装置160外部连接电动泵22进行废液循环，每级反冲洗装置160上有五个喷头呈十字对称，通过多级反冲洗装置160对多级布水板进行冲洗，防止布水板孔洞的堵塞，促进了微生物阳极的反应速率。

需要说明的是，在本实用新型的其它实施例当中，并不仅限于只要两级布水板，同时对应地，也并不仅限于两级微生物阳极和两级反冲洗装置160，其均可以为多级，如3级、5级等，具体级数可根据实际的使用需求进行合理设计。

具体地，本实用新型实施例中主体反应器120的高度为240-450cm，直径为20-60cm，有效容积为60-150L，主体反应器120通过电动泵22进水和加热，出水口123和进水口127内径为1.5-3.2cm，集气罩121呈锥形，采样口124有两个，第一个采样口124位于一级布水板144和催化阴极130之间，第二个采样口124位于一级布水板144和二级布水板145之间，第一个采样口124和第二个采样口124间距为40-80cm，采样口124内径为1.5-3.2cm，pH计探头125位于催化阴极130和微生物阳极之间。

需要说明的是，上述的主体反应器120的规格大小，以及出水口123、进水口127和采样口124的内径大小均根据实际使用需求再其上述限定的范围内进行合理的设定。

进一步地，本实用新型实施例提供的微生物阳极呈圆形螺旋状，其是由碳纸折叠而成，其中，碳纸长50-100cm，宽10-20cm，具体地，微生物阳极由两个阳极串联而成，一级微生物阳极147位于一级布水板144夹层之间，二级微生物阳极148位于二级布水板145夹层之间。

需要说明的是，选用碳纸是因为碳纸微生物相容性好，有利于微生物的附着生长，且挂膜效果好，可促进电子的传递，增大电极密度；另外，采用多级布水板不但可以促进含硫有机废液与碳纸的均匀接触，增大反应接触面积，而且可以阻挡大部分颗粒污泥149，起到泥水分离的作用，当水流通过时，水流冲刷电极，使S⁰与电极迅速分离，加速了S^2-到S⁰的转化。

进一步需要说明的是，微生物阳极在安装前可通过电活性微生物富集电位来驯化具有电极活性的阳极硫氧化生物膜，即挂膜处理，挂膜具体步骤如下：

采用微生物三电极模式，Ag/AgCl作为参比电极，先将经破碎处理后的厌氧颗粒污泥和模拟含硫化物污水按1：1比例添加到已经过高压灭菌的电化学反应器工作电极室中，污泥取自当地污水处理厂，驯化阳极微生物膜采用的污水S^2-浓度为100mg/L，利用Na₂S·9H₂O配置；有机物利用C₆H₁₂O₆配置，COD浓度为200mg/L。模拟污水中其它物质的种类和浓度如下：NH₄Cl(0.31g/L)，KCl(0.13g/L)，NaH₂PO₄·H₂O(4.97g/L)，Na₂HPO₄·H₂O(2.75g/L)，维生素溶液(1.25ml/L)和微量元素溶液(12.5ml/L)，然后曝70％氮气和30％二氧化碳混合气体20min以去除培养液中的溶解氧和反应器顶部的空气。继而再将前期筛选的8株高效硫氧化菌株于LB培养液中摇床培养过夜(30℃，180rpm)，取过夜培养的8株高效硫氧化菌株液2mL，接种于电化学反应工作电极室，电化学反应工作室内的pH值控制在8.0-8.5，通过电化学工作站对工作电极电势进行控制，使其维持在-0.2～-0.5V。前5天，每天更换厌氧污泥和模拟含硫化物污水，之后以纯模拟含硫化物污水进行培养，需要强调的是，这个过程中，需要持续对工作电极室进行曝气，温度保持在30℃。当S^2-的去除率达到90％以上且S⁰转化率达到85％以上，并检测到H₂S浓度低于0.07mg/m³，则表示挂膜成功。

进一步地，本实施例提供的布水板设置于固定支架146上，布水板上设有孔洞，孔洞直径为0.5-2mm。需要说明的是，通过孔洞直径为0.5-2mm的布水板使得废液与阳极均匀接触，并有效阻挡了大部分颗粒污泥149，起到了泥水分离的作用。

进一步地，本实用新型实施例中催化阴极130为不锈钢网制成，网孔密度是24-40目，其长度为25-70cm，宽为30-50cm，催化阴极130环绕于主体反应器120底部的内壁上并与颗粒污泥149接触。需要说明的是，之所以将催化阴极130采用不锈钢材料制成，一方面是满足导电和强度支撑需求，另外一方面是为了利用其耐腐蚀性能，延长其使用使命，保证其使用性能。

进一步地，本实用新型实施例的电极均由导线141引出，并且导线141由钛丝(兼具优良的导电特性和耐腐蚀性能)制成。另外，为防止短路，采用PE管进行包裹，而后采用导电膏和塑料夹进行钛丝、外接电阻142和电源143的连接，使其形成闭合回路。需要说明的是，外接电阻142优选地为10-20Ω，电源143提供的外加电压优选地为0.5-1V。

本实用新型实施例提供的同步产甲烷和单质硫系统，其包括上述的同步产甲烷和单质硫装置和与之相匹配的供电系统和控制系统，其使上述的同步产甲烷和单质硫装置安全稳定高效的运行。需要说明的是，本实用新型实施例的同步产甲烷和单质硫装置主要是用来处理含硫有机废液的，其处理的工作过程包括以下步骤：

S1、将催化阴极130环绕于主体反应器120底部的内壁上，安装布水板和反冲洗装置160，同时将一级微生物阳极147和二级微生物阳极148分别置于一级布水板144和二级布水板145的夹层之间，并通过钛丝对催化阴极130和微生物阳极进行连接引出主体反应器120，然后采用导电膏和塑料夹进行连接钛丝、外接电阻142和电源143，形成闭合回路。

S2、开始对主体反应器120进行接种污泥驯化，将20L用于处理含硫废水的厌氧颗粒活性污泥接种于主体反应器120底部，驯化期间采用模拟含硫有机废液作为进水，每6个小时更换一次，其中，模拟含硫有机废液组分及其浓度大小为：COD(成分乳酸钠)浓度2000mg/L；SO₄^2-(成分硫酸钠)浓度1500mg/L；每升进水添加1ml微量元素，微量元素成分包括5ml/L的质量分数为37％的HCl溶液；质量浓度均为500mg/L的H₃BO₃、ZnCl₂、CuSO₄·5H₂O、(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O、AlCl₃·6H₂O、CoCl₂·6H₂O和NiCl·6H₂O；1000mg/L的NaSeO₃·5H₂O；1500mg/L的FeCl₃·6H₂O，5000mg/L的MnCl₂·4H₂O。需要说明的是，在驯化过程中，采取连续进水的方式对硫酸盐还原菌和产甲烷菌进行驯化，其中，模拟含硫有机废液的上升流速约为1-2m/s，水力停留时间为8-16h，反应器温度维持在28-30℃，经过一段时间的驯化，在主体反应器120的底部会形成一个高浓度、高活性的污泥层，且当pH计探头125测得反应器中含硫有机废水pH维持在8-8.5，第一采样口124处S⁰含量为40.5-50.5mg/L，第二采样口124处S⁰含量为290.5-300.5mg/L，出水中的S⁰含量达到400-450mg/L以上，CH₄产量达到330L·kgCOD^-1，沼气中CH₄纯度达到90％，驯化结束，开始进行正常进水(进行废液处理)。

S3、废液通过电动泵22进入到主体反应器120中与厌氧颗粒污泥149接触，废液上升流速约为1-2m/s，水力停留时间为8-16h，反应器温度维持在28-30℃。

需要说明的是，废液在底部厌氧颗粒污泥149处产生的挥发酸中含有H⁺，主体反应器120底部的催化阴极130将H⁺与电子结合产生H₂，产甲烷菌利用H₂与产酸细菌和硫酸盐还原菌产生的CO₂生成CH₄，H⁺浓度的减少促使SO₄^2-转化的硫化物以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成；另外，置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下通过表面硫氧化菌将S^2-氧化成S⁰并将电子转移至催化阴极130上，处理后的液体通过出水口123流出，出水中的S⁰既可作为后续微生物处理单元的电子供体，还可进行资源化回收利用，产生的气体通过集气瓶122进行收集。此外，还需要强调的是，使用过程中通过反冲洗装置160对布水板进行间歇式冲洗，间隔时间为12-24h，防止布水板孔洞的堵塞，从而保证了含硫有机废液的高效处理。

为了证明和揭示本实用新型实施例提供同步产甲烷和单质硫装置的有益效果，以下结合上述实施例对本实用新型的特征及产生的应用效果作进一步的详细描述。

试验例1

本试验例利用同步产甲烷和单质硫装置100及其含硫有机废液的处理方法对垃圾渗滤液中的有机污染物进行去除，其具体按以下步骤完成：

将某垃圾处理厂垃圾渗滤液通过电动泵22使其从进水口127进入到主体反应器120中与厌氧颗粒污泥149接触，废液中COD浓度为15000-16000mg/L，SO₄^2-浓度为650-736mg/L，废液上升流速约为1-2m/s，水力停留时间为8-16h，反应器温度维持在28-30℃。

此过程中，废液在底部厌氧颗粒污泥149处产生的挥发酸中含有H⁺，主体反应器120底部的催化阴极130将H⁺与电子结合产生H₂，产甲烷菌利用H₂与产酸细菌和硫酸盐还原菌产生的CO₂生成CH₄，H⁺浓度的减少促使SO₄^2-转化的硫化物以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成；置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下通过表面硫氧化菌将S^2-氧化成S⁰并将电子转移至催化阴极130上，处理后的液体通过出水口123流出，对其进行收集并监测出水中各种物质的浓度变化，产生的气体通过集气瓶122进行收集并测定，使用过程中通过反冲洗装置160对布水板进行间歇式冲洗，间隔时间为12-24h，防止布水板孔洞的堵塞，从而完成含硫有机废液的处理。

本应用试验例对垃圾渗滤液中的有机污染物去除效果如图4、5、6、7、8所示。由图4、5、6、7、8可见，利用同步产甲烷和单质硫装置100对垃圾渗滤液中有机污染物去除效果明显。具体地，由图4可见，随着处理时间的增加，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液的CH₄产率一般稳定在100L·kgCOD^-1，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理垃圾渗滤液的CH₄产率一开始和前者差不多，但在10天以后逐渐增加，当到了第12天的时候CH₄产率显著增加，最高达到300L·kgCOD^-1，之后便趋于平稳；由图5和图6可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液产沼气中的CH₄纯度为67％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理垃圾渗滤液产沼气中的CH₄纯度随着时间的推移最高达到91％；由图7和图8可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理垃圾渗滤液的S⁰生成率只有3％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理垃圾渗滤液的S⁰生成率最高达到88％，明显比前者高20多倍，而且随着时间的增加使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器和使用同步产甲烷和单质硫装置100产生的H₂S量有显著差异，前者产H₂S并未减少，而后者产H₂S量逐渐减少。在传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器中由于系统容易酸化，产甲烷菌与硫酸盐还原菌在底物竞争中处于劣势，而且废液中的SO₄^2-转化为S^2-并与挥发酸中的H⁺产生H₂S，导致产CH₄效率降低，可见使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器对垃圾渗滤液中有机污染物去除并无明显变化。

试验例2

本试验例利用同步产甲烷和单质硫装置100及其含硫有机废液的处理方法对矿山废液中的有机污染物进行去除，其具体按以下步骤完成：

将某矿山废液通过电动泵22使其从进水口127进入到反应器中与厌氧颗粒污泥149接触，废液中COD浓度为7500-8000mg/L，SO₄^2-浓度为2200-5500mg/L，废液上升流速约为1-2m/s，水力停留时间为8-16h，反应器温度维持在28-30℃。

此过程中，废液在底部厌氧颗粒污泥149处产生的挥发酸中含有H⁺，主体反应器120底部的催化阴极130将H⁺与电子结合产生H₂，产甲烷菌利用H₂与产酸细菌和硫酸盐还原菌产生的CO₂生成CH₄，H⁺浓度的减少促使SO₄^2-转化的硫化物以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成；置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下通过表面硫氧化菌将S^2-氧化成S⁰并将电子转移至催化阴极130上，处理后的液体通过出水口123流出，对其进行收集并监测出水中各种物质的浓度变化，产生的气体通过集气瓶122进行收集并测定，使用过程中通过反冲洗装置160对布水板进行间歇式冲洗，间隔时间为12-24h，防止布水板孔洞的堵塞，从而完成含硫有机废液的处理。

本应用试验例对矿山废液中的有机污染物去除效果如图9、10、11、12、13所示。由图9、10、11、12、13可见，利用同步产甲烷和单质硫装置100对矿山废液中有机污染物去除效果明显。具体地，由图9可见，随着处理时间的增加，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液的CH₄产率一般稳定在128L·kgCOD^-1，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理矿山废液的CH₄产率一开始和前者差不多，但在12天以后逐渐增加，第36天达到254L·kgCOD^-1；由图10和图11可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液产沼气中的CH₄纯度为65％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理矿山废液产沼气中的CH₄纯度随着时间的推移最高可达到89％；由图12和图13可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理矿山废液的S⁰生成率只有3％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理矿山废液的S⁰生成率最高达到87％，比前者多20多倍，而且随着时间的增加使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器和使用同步产甲烷和单质硫装置100产生的H₂S量有显著差异，前者产H₂S并未减少，而后者产H₂S量逐渐减少。在传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器中由于系统容易酸化，产甲烷菌与硫酸盐还原菌在底物竞争中处于劣势，而且废液中的SO₄^2-转化为S^2-并与挥发酸中的H⁺产生H₂S，导致产CH₄效率降低，可见使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器对矿山废液中有机污染物去除并无明显变化。

试验例3

本试验例利用同步产甲烷和单质硫装置100及其含硫有机废液的处理方法对农林废弃物发酵液中的有机污染物进行去除，其具体按以下步骤完成：

将农林废弃物发酵液通过电动泵22使其从进水口127进入到主体反应器120中与厌氧颗粒污泥149接触，废液中COD浓度为36500-40000mg/L，SO₄^2-浓度为1900-3000mg/L，废液上升流速约为1-2m/s，水力停留时间为8-16h，反应器温度维持在28-30℃。

此过程中，废液在底部厌氧颗粒污泥149处产生挥发酸中含有H⁺，主体反应器120底部的催化阴极130利将H⁺与电子结合产生H₂，产甲烷菌利用H₂与产酸细菌和硫酸盐还原菌产生的CO₂生成CH₄，H⁺浓度的减少促使SO₄^2-转化的硫化物以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成；置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下通过表面硫氧化菌将S^2-氧化成S⁰并将电子转移至催化阴极130上，处理后的液体通过出水口123流出，对其进行收集并监测出水中各种物质的浓度变化，产生的气体通过集气瓶122进行收集并测定，使用过程中通过反冲洗装置160对布水板进行间歇式冲洗，间隔时间为12-24h，防止布水板孔洞的堵塞，从而完成含硫有机废液的处理。

本应用试验例对农林废弃物发酵液中的有机污染物去除效果如图14、15、16、17、18所示。由图14、15、16、17、18可见，利用同步产甲烷和单质硫装置100对农林废弃物发酵液中有机污染物去除效果明显。具体地，由图14可见，随着处理时间的增加，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液的CH₄产率随着时间的增加逐渐增加至118L·kgCOD^-1，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理农林废弃物发酵液的CH₄产率也逐渐增加，第38天达到320L·kgCOD^-1，明显比前者的CH₄产率高一倍；由图15和图16可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液产沼气中的CH₄纯度为65％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理农林废弃物发酵液产沼气中的CH₄纯度随着时间的推移最高达到93％；由图17和图18可见，使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器处理农林废弃物发酵液的S⁰生成率只有4％左右，而使用同步产甲烷和单质硫装置100处理农林废弃物发酵液的S⁰生成率随着时间的推移可达到88％，明显是前者的20倍以上，而且随着时间的增加使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器和使用同步产甲烷和单质硫装置100产生的H₂S量有显著差异，前者产H₂S并未减少，而后者产H₂S量逐渐减少。在传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器中由于系统容易酸化，产甲烷菌与硫酸盐还原菌在底物竞争中处于劣势，而且废液中的SO₄^2-转化为S^2-并与挥发酸中的H⁺产生H₂S，导致产CH₄效率降低，可见使用传统厌氧膨胀颗粒污泥床反应器对农林废弃物发酵液中有机污染物去除并无明显变化。

综上所述，本实用新型实施例提供的同步产甲烷和单质硫装置中的废液在底部厌氧颗粒污泥处产生的挥发酸含有H⁺，反应器底部的催化阴极将H⁺与电子结合产生H₂，降低了H⁺浓度，提高了反应器中pH，避免了酸化的出现使得系统可以高效稳定运行，产甲烷菌可以利用H₂和CO₂生成CH₄，增加了产甲烷菌利用的底物浓度，缓减了产甲烷菌与硫酸盐还原菌之间对底物的竞争力，减少了沼气中CO₂的含量，同时提高了产甲烷效率和沼气中甲烷纯度，H⁺浓度的减少促使硫酸盐SO₄^2-转化的硫化物以解离态S^2-的形式存在，避免了气态H₂S的形成，并且，置于布水板上的微生物阳极在0.5-1V的外加电压下会通过硫氧化菌强化S^2-氧化到S⁰的过程，S⁰可以进行资源化回收利用。因此，本实用新型实施例提供的同步产甲烷和单质硫装置及其系统，不但提高了产甲烷效率和沼气中甲烷纯度，而且免除了传统沼气脱硫装置的投资及运行费，故其具备较高的推广应用价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。