一种处理硫酸盐有机废水的两相双循环厌氧装置及处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于污水处理领域，更具体地说，涉及一种处理硫酸盐有机废水的两相双循环厌氧装置及处理方法。
【背景技术】
[0002]造纸、制药、糖蜜发酵等行业会产生大量高浓度硫酸盐有机废水。除含有高浓度的硫酸盐外，这类废水化学需氧量(COD)较高，因此对该类废水的处理大都以厌氧生物法为主。厌氧反应器是厌氧处理的关键设备。随着技术的进步，研究者和工程师们发展了多种高效的厌氧生物反应器，如升流式厌氧污泥床(UASB)、膨胀颗粒污泥床(EGSB)反应器、内循环厌氧反应器等。然而在厌氧反应器，废水中的硫酸盐会被硫酸盐还原菌(SRB)还原为硫化氢，而硫化氢对产甲烷菌(MPB)和SRB均有较强的抑制作用；此外，SRB在还原硫酸盐的过程中会与产甲烷菌竞争底物，减少了被产甲烷菌利用的有机物量，从而降低了沼气中甲烷的含量。作为第三代厌氧反应器的代表，内循环厌氧反应器主体为两级UASB结构，第一级为粗处理区，第二级为精处理区。与第二代厌氧反应器UASB以及EGSB相比，内循环反应器可通过气提作用形成内循环系统。内循环流量的大小与产气量密切相关。对于一般的有机废水的处理，内循环反应器具有传质效果好、抗冲击负荷能力强、处理能力高等特点。然而对于硫酸盐有机废水而言，硫酸盐的存在会降低沼气的产量从而影响内循环的进行。此夕卜，第二级反应区的污泥和底物浓度有限，使得该反应区的处理能力并没有得到最大程度的发挥。因此，内循环反应器在硫酸盐废水的处理中并没有明显优势，反而由于其复杂的构造而受到限制。
[0003]另一方面，在硫酸盐有机废水的厌氧生物处理中，SRB利用有机物提供电子将硫酸盐还原为硫化物，而有机物则通常转化为乙酸供产甲烷菌利用生成甲烷。由于产甲烷菌对环境因素较为敏感，因此研究者们依据厌氧过程提出了两相厌氧的概念，即通过物理或者化学方法将硫酸盐还原过程与产甲烷过程的按前后顺序分离在两相中进行，从而避免了SRB对MPB的干扰及硫化氢对MPB的抑制作用。然而硫酸盐还原和产甲烷通常在不同的厌氧反应器中进行，而且，在产甲烷相之前往往需要用氮气吹脱等方式去除硫酸盐还原相中产生的硫化氢，这无疑增加了工艺的复杂程度和占地面积，提高了处理成本，从而限制了其在实际中的应用。
[0004]中国专利申请公布号为CN 102351381 A的专利公开了一种硫酸盐废水的处理装置及方法，该装置采用两级厌氧工艺，先进行硫酸盐还原和产甲烷反应，再通过硫化物的吹脱后进行二级产甲烷反应。该装置虽然解决了硫化物对产甲烷菌的抑制作用，但工艺流程复杂，而且硫酸盐还原和产甲烷同时进行，导致沼气产量较低。中国专利申请公布号为CN101880083 A的专利公开了一种一体化的两相厌氧反应器，该反应器通过在内部设置填料进行分层，将水解酸化相和产甲烷相分离，但是在产甲烷相之前并没有进行气体分离，因而如果用于硫酸盐废水的处理，则无法解决硫化氢对产甲烷菌的抑制作用。此外，中国专利申请公布号为CN 103224288 A的专利公开了一种复合双循环厌氧反应器处理工业废水的装置，该装置利用强制内循环以促进水解产酸区的传质，利用气提外循环促进产甲烷区的混合，但是，水解产酸区的上升流速应该要控制在一个较低的水平，以防止该区的污泥被冲出进入产甲烷相，另一方面，产甲烷区的气提外循环作用在反应器启动期间由于产气量较低而无法实现，从而无法得到良好的传质效果，容易引起挥发酸的积累。
[0005]可见，针对硫酸盐有机废水的处理，虽然已经提出了多种处理装置和方法，但仍然存在产甲烷菌受到抑制、工艺复杂、占地面积大、处理成本较高等问题和缺陷。
【发明内容】
[0006]1.要解决的问题
[0007]针对现有处理硫酸盐有机废水装置存在产甲烷菌受到抑制、工艺复杂、占地面积大、处理成本较高等问题，本发明提供一种处理硫酸盐有机废水的两相双循环厌氧装置及处理方法，采用了两相厌氧与产甲烷区的强制外循环和气提内循环相结合的两相双循环厌氧处理装置及方法，强化了反应器中的传质过程，通过PH调控的方式将产酸和硫酸盐还原过程与产甲烷过程分离，在现有的专利文件中，尚未发现类似的系统或装置，本发明的装置及方法在一个独立的系统内完成两相厌氧过程，一方面解决传统的两相厌氧占地面积过大的问题，另一方面解决硫化氢对产甲烷菌的抑制问题，从而实现硫酸盐和有机物的高效去除。
[0008]2.技术方案
[0009]为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0010]一种处理硫酸盐有机废水的两相双循环厌氧装置，包括壳体、进水管、产酸和硫酸盐还原区、产甲烷区、沉淀区和内循环系统，还包括一级三相分离器、二级三相分离器和外循环系统，所述的进水管位于壳体的底部，所述的壳体由底部至顶部依次分为产酸和硫酸盐还原区、产甲烷区和沉淀区，所述的一级三相分离器位于产酸和硫酸盐还原区与产甲烷区之间，所述的二级三相分离器位于产甲烷区和沉淀区之间，所述沉淀区包括溢流堰和反应器出水口，所述的反应器出水口位于壳体的上部，溢流堰位于反应器出水口上方；所述的内循环系统包括气液分离器、排气管、一级上升管、二级上升管和下降管，所述的气液分离器位于壳体的外侧顶部，排气管位于气液分离器的顶部，气液分离器通过一级上升管与一级三相分离器连通，通过二级上升管与二级三相分离器连通，通过下降管与产甲烷区连通；所述的外循环系统包括外循环出水口、外循环进水口、外循环栗和调节池，所述的外循环出水口位于二级三相分离器的下方，所述的外循环进水口位于产酸和硫酸盐还原区与产甲烷区之间，外循环进水口与外循环出水口之间通过管道连通，管道上连接有外循环栗和调节池。
[0011]优选地，所述的壳体内设有保温层，通过热水循环维持厌氧装置内部温度为30?37。。。
[0012]优选地，所述的外循环出水口位于产甲烷区3/4高度处；外循环进水口位于产酸和硫酸盐还原区的顶部或一级三相分离器的中间。
[0013]优选地，所述的产甲烷区与产酸和硫酸盐还原区的体积比为(1.2?1.5):1，使得产甲烷区的水力停留时间大于产酸和硫酸盐还原区的水力停留时间。
[0014]优选地，所述的沉淀区的高度为壳体高度的1/10?1/8。
[0015]优选地，所述的一级三相分离器和二级三相分离器均设有污泥回流缝，污泥回流缝的宽度为7?1mm0
[0016]上述的一种处理硫酸盐有机废水的两相双循环厌氧装置处理硫酸盐有机废水的方法，其步骤为:
[0017](a)分别在产酸和硫酸盐还原区和产甲烷区中接种污泥并进行驯化，然后调节硫酸盐有机废水的PH至中性或者弱酸性之后通过进水管进入产酸和硫酸盐还原区与污泥接触，有机废水中的部分有机物在污泥中的产酸菌的作用下发生水解转化为小分子有机酸，硫酸盐在硫酸盐还原菌作用下转化为硫化物并同时将复杂有机物氧化为小分子有机酸；通过在进水中补充碱度维持产酸和硫酸盐还原区中的pH