硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置及其运行方法与流程

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置及其运行方法。

背景技术：

现阶段水体氮硫污染严重，随着日益严苛的水质标准，污废水必须经过处理达标后才能排放。传统异养反硝化脱氮面临缺乏电子供体，投加碳源成本高问题，而同时脱硫也面对缺乏电子受体，处理难度大的问题。

鉴于脱氮除硫存在的问题，硫自养反硝化工艺成为了研究的重点。硫自养反硝化是指某些专性无机化能自养型的硫杆菌属，在无氧或缺氧的环境下利用硫代硫酸盐、单质硫、硫化物等为电子供体，以硝酸盐为电子受体将硝氮还原为氮气同时将硫氧化为硫酸盐的自养反硝化过程。硫自养反硝化无需投加碳源，消耗碳足迹，污泥产量少，耗能少。硫自养反硝化可分为两步：第1步，与s^2-生成与s⁰；当s^2-过量时，其与进一步生成n2，而当过量时s⁰会进一步生成

虽然硫自养反硝化能实现同步脱氮除硫，但硫自养污泥的颗粒化问题一直是重点及难点，污泥颗粒化有利于减少污泥流失，提高污泥抗冲击负荷能力。同时，以硫根为硫源的自养反硝化，其产物硫单质与污泥的“固-固”分离也一直是水处理领域的难点问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置及其运行方法，解决硫自养污泥的颗粒化问题。

本发明所采用的技术方案为：

硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置，其特征在于：

包括密闭的反应器主体、三开孔气袋、进水箱和出水箱；

反应器主体顶部设置有出气口，底部设置有进气口，出气口和进气口均通过气管分别接入三开孔气袋的两个进出气口；

反应器主体侧壁自上而下依次设置有出水口和进水口，出水口通过水管接入出水箱，进水口通过水管接入进水箱。

反应器主体侧壁的出水口上方自上而下设置多个取样口；

反应器主体侧壁的出水口与进水口之间也设置有取样口。

反应器主体内底部设置有曝气盘。

进气口与三开孔气袋的连接路径上设置有气体内循环泵，气体内循环泵上设置有气体内循环泵定时器。

出水口与出水箱的连接路径上设置有出水蠕动泵，出水蠕动泵上设置有出水泵定时器。

进水口与进水箱的连接路径上设置有进水蠕动泵，进水蠕动泵上设置有进水泵定时器。

出气口与三开孔气袋的连接路径上设置有气体流量计。

如所述的硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置的运行方法，其特征在于：

具体包括以下步骤：

步骤一：往反应器主体加入硫自养反硝化污泥及物料；先用氮气通过进气口曝气驱逐反应器内剩余空气；

步骤二：通过二号进出气口往三开孔气袋进气，三开孔气袋膨胀；开启一号进出气口及三号进出气口，开启气体内循环泵，以此时为0时刻，反应期开始；氮气通过进气口由曝气盘曝起大量微小气泡，使污泥及物料于反应器主体充分反应，污泥逐渐颗粒化，反硝化产物硫磺附着于气泡浮起形成硫泡沫；

步骤三：通过取样口取样，当检测到水样物料消耗完全，视为反应完全，反应期结束，反应期持续时间t1；

步骤四：气体内循环泵定时器断电，气体内循环泵停止工作，进入静沉期，待污泥充分沉降，沉静期持续时间t2；

步骤五：污泥沉降完全，出水泵定时器通电，出水蠕动泵开始工作，开始通过出水口排水，三开孔气袋随之收缩，保证气体循环系统及反应器压力相对稳定，防止憋水，排水期持续时间t3；

步骤六：排水完毕，出水泵定时器断电，出水蠕动泵停止工作；进水泵定时器通电，进水蠕动泵工作，开始通过进水口进水，三开孔气袋随之膨胀，保证气体循环系统及反应器压力相对稳定，防止憋水，进水期持续时间t4；

步骤七：待进水完全，进水泵定时器断电，进水蠕动泵停止工作，停止进水，即完成一周期，此时又开始进入反应期。

定时补充进水箱的物料，出水箱含硫出水经二硫化碳萃取后再于50℃水浴蒸馏，获得高纯度硫单质，二硫化碳再回收用于萃取。

反应器主体液面上部留有一段气腔，防止液体进入气体内循环泵。

本发明具有以下优点：

本发明涉及的硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置，实现了气体内循环，无需连续通入大量氮气，减小了曝气成本；气体内循环系统气压稳定，不易出现倒吸、进出水憋水等问题；循环曝气产生的大量微小气泡，形成了适宜的固液剪切力，利于颗粒污泥的形成；循环曝气产生的大量微小气泡，使硫自养反硝化产物硫单质附着于气泡上，形成浮起硫泡沫，实现了硫泥分离；周期自运行，减少了人工消耗，缩减了成本；出水回收硫单质，具有一定经济效益。

附图说明

图1是本发明装置流程图。(虚线为气体通路，实线为液体通路)

图2是循环周期时间示意图。

图中：1-进水箱，2-进水泵定时器，3-进水蠕动泵，4-进水口，5-进气口，6-曝气盘，7-气体内循环泵，8-气体内循环泵定时器，9-一号进出气口，10-二号进出气口，11-三开孔气袋，12-三号进出气口，13-反应器主体，14-气体流量计，15-出气口，16-取样口，17-出水口，18-出水蠕动泵，19-出水泵定时器，20-出水箱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置，包括密闭的反应器主体13、三开孔气袋11、进水箱1和出水箱20。反应器主体13顶部设置有出气口15，底部设置有进气口5，出气口15和进气口5均通过气管分别接入三开孔气袋11的两个进出气口。反应器主体13侧壁自上而下依次设置有出水口17和进水口4，出水口17通过水管接入出水箱20，进水口4通过水管接入进水箱1。反应器主体13的高径比可为4-6，进水口4在反应器主体13底端，出水口17在静沉后的泥面之上，确保不把污泥排出。

反应器主体13侧壁的出水口17上方自上而下设置多个取样口16；反应器主体13侧壁的出水口17与进水口4之间也设置有取样口16。

反应器主体13的具体尺寸可参考：高53cm*内径7cm，进水口高度2cm，取样口1高度12cm，出水口高度22cm，取样口2高度32cm，取样口3高度42cm，取样口4高度52cm。

反应器主体13内底部设置有曝气盘6，形成大量微小气泡。利用氮气内循环，通过曝气盘产生的大量微小气泡，形成适宜的固液剪切力，易于颗粒污泥的生成；同时反硝化产生的硫单质附着在气泡上浮起形成硫泡沫于排水期排出，实现了硫泥分离。

进气口5与三开孔气袋11的连接路径上设置有气体内循环泵7，气体内循环泵7上设置有气体内循环泵定时器8。

三开孔气袋11具有三个进出气开关，具有收缩及膨胀性，类似气球，三开孔气袋11与反应器主体13及气体内循环泵7形成一个封闭的循环单元。

出水口17与出水箱20的连接路径上设置有出水蠕动泵18，出水蠕动泵18上设置有出水泵定时器19。

进水口4与进水箱1的连接路径上设置有进水蠕动泵3，进水蠕动泵3上设置有进水泵定时器2。

出气口15与三开孔气袋11的连接路径上设置有气体流量计14，以观察进气速率及控制曝气量大小。

上述硫自养反硝化污泥颗粒化及硫泥分离装置的运行方法，具体包括以下步骤：

步骤一：往反应器主体13加入硫自养反硝化污泥及物料，污泥为具有硫自养反硝化效果的污泥，物料为模拟废水，反应器主体13为序批式进水；先用氮气通过进气口5曝气驱逐反应器内剩余空气；

硫自养反硝化污泥从进水箱1通过进水蠕动泵3进入，进泥反应器启动初期进行一次即可。后期物料即模拟废水从进水箱1通过进水蠕动泵3进入，待物料用完再往进水箱添加。

步骤二：通过二号进出气口10往三开孔气袋11进气，三开孔气袋11膨胀；开启一号进出气口9及三号进出气口12，开启气体内循环泵7，以此时为0时刻，反应期开始；氮气通过进气口5由曝气盘6曝起大量微小气泡，使污泥及物料于反应器主体13充分反应，污泥逐渐颗粒化，反硝化产物硫磺附着于气泡浮起形成硫泡沫；

步骤三：通过取样口16取样，当检测到水样物料消耗完全，视为反应完全，反应期结束，反应期持续时间t1；

步骤四：气体内循环泵定时器8断电，气体内循环泵7停止工作，进入静沉期，待污泥充分沉降，沉静期持续时间t2；

步骤五：污泥沉降完全，出水泵定时器19通电，出水蠕动泵18开始工作，开始通过出水口17排水，三开孔气袋11随之收缩，保证气体循环系统及反应器压力相对稳定，防止憋水，排水期持续时间t3；

步骤六：排水完毕，出水泵定时器19断电，出水蠕动泵18停止工作；进水泵定时器2通电，进水蠕动泵3工作，开始通过进水口4进水，三开孔气袋11随之膨胀，保证气体循环系统及反应器压力相对稳定，防止憋水，进水期持续时间t4；

步骤七：待进水完全，进水泵定时器2断电，进水蠕动泵3停止工作，停止进水，即完成一周期，此时又开始进入反应期。

气体内循环泵7以初始时间0时刻，通电t1时间，断电t2+t3+t4时间。出水泵定时器19以初始时间为t1+t2时刻，通电t3时间，断电t1+t2+t4时间，循环通断电。进水泵定时器2以初始时间为t1+t2+t3时刻，通电t4时间，断电t1+t2+t3时间，循环通断电。

整个周期中，需定时补充进水箱1的物料，出水箱20含硫出水经二硫化碳萃取后再于50℃水浴蒸馏，获得高纯度硫单质，二硫化碳再回收用于萃取。

反应器主体13液面上部留有一段气腔，防止液体进入气体内循环泵7。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。