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厭氧反應(yīng)除硫酸鹽的新工藝

更新時(shí)間:2009-10-19 15:27:29 來源:|0 瀏覽0收藏0

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0 引言

  近年來,由于輕工、制藥等行業(yè)的發(fā)展造成了大量的含高濃度硫酸鹽的工業(yè)廢水急需處理,如硫酸鹽法造紙廢水、檸檬酸廢水等。工業(yè)有機(jī)廢水中由于硫酸鹽的存在而產(chǎn)生的主要問題包括:高濃度的硫酸鹽對(duì)產(chǎn)甲烷菌(MPB)產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制,致使消化過程難以進(jìn)行;其次大量的硫酸鹽廢水被排入已污染嚴(yán)重的水體中,不僅會(huì)產(chǎn)生具有惡臭味和腐蝕性的硫化氫,而且直接危害人體健康和影響生態(tài)平衡。本文提出了一種處理硫酸鹽廢水的新工藝,它主要由兩相厭氧反應(yīng)器和微電解反應(yīng)池組成,利用硫酸鹽還原菌(SRB)將SO42-還原成硫化物,再經(jīng)過微電解反應(yīng)池與Fe2+結(jié)合生成FeS沉淀,以去除大部分硫酸鹽,致使后一厭氧反應(yīng)中產(chǎn)甲烷過程不受抑制。

  1 工藝的比較與評(píng)價(jià)

  對(duì)于含硫化物和硫酸鹽廢水以往的處理方法主要有:

  (1)控制pH值 消化液的pH值影響H2S的離解程度。在厭氧消化中起抑制作用的硫化物主要是未電離的H2S。當(dāng)pH值升高時(shí),未電離的H2S濃度降低,從而其毒性也相應(yīng)降低;一 般認(rèn)為,pH值在7.5~8.0范圍內(nèi)較為適宜。

  (2)兩段厭氧消化工藝 采用兩段厭氧消化工藝,在第一階段控制產(chǎn)酸菌適宜的環(huán)境條件,產(chǎn)物以低級(jí)脂肪酸和H2S為主,出水經(jīng)脫H2S裝置脫除H2S,在第二階段進(jìn)行以甲烷為主要產(chǎn)物的甲烷發(fā)酵。

  (3)投加SRB抑制劑 主要是抑制SRB的活性,使得正常參與產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸過程的細(xì)菌數(shù)量減少。

  對(duì)于第(1)種方法,控制pH值是很困難的,也很繁瑣,因?yàn)檫@需要時(shí)刻監(jiān)測,并且要求控制得非常精確。這種方法很難推廣,且藥劑用量大,運(yùn)行費(fèi)用較高。第(2)種方法,目的是在第二段厭氧處理前去除硫酸鹽,這取決于前一段厭氧體系的還原能力和厭氧體系的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。由于除H2S裝置復(fù)雜,實(shí)際操作困難,處理效果無法保證。第(3)種方法,投加抑制劑 雖然抑制了H2S的生成量,但也同時(shí)抑制了MPB的活性,使甲烷的產(chǎn)量降低。

  以上幾種工藝都有各自的弊病和實(shí)際操作困難等缺點(diǎn),有必要提出一種更為實(shí)用的新工藝。該工藝是將兩相厭氧反應(yīng)器和微電解組合,主要利用硫酸鹽還原菌(SRB)將硫酸鹽還原成硫化物,再經(jīng)過微電解反應(yīng)池使之與Fe2+結(jié)合生成FeS沉淀去除大部分硫酸鹽,致使后一厭氧反應(yīng)器產(chǎn)甲烷過程不受抑制,同時(shí)增加回流設(shè)施,提高硫酸鹽的轉(zhuǎn)化率。新工藝的流程如圖1所示。

  圖1 新工藝流程

1 粗細(xì)格柵 2 混凝沉淀池 3 第一微電解反應(yīng)池 4 沉淀池

5 第一厭氧反應(yīng)器 6 第二微電解反應(yīng)池 7 第二厭氧反應(yīng)器

  2 新工藝的特點(diǎn)和原理

  2.1 特點(diǎn)

  整個(gè)工藝的目的是將厭氧反應(yīng)分兩個(gè)階段進(jìn)行,從而有效地去除硫酸鹽,提高可生化性, 降低COD與BOD。第一厭氧反應(yīng)器使硫酸鹽轉(zhuǎn)變成硫化物,然后,硫化物在第二微電解池中被 去除。出水硫化物的去除消除了對(duì)MPB的次級(jí)抑制,為有機(jī)物在第二厭氧反應(yīng)器中的厭氧消化創(chuàng)造了一個(gè)適宜的條件。此外,工藝中增 加了回流設(shè)施,主要是考慮當(dāng)進(jìn)水中含有較高的硫酸鹽時(shí),回流可使硫酸鹽濃度降低,同時(shí) 提高了硫酸鹽的還原率。

  2.2 原理

  2.2.1 第一微電解反應(yīng)池根據(jù)金屬材料在水溶液中的腐蝕理論可知,任何形式的腐蝕必發(fā)生在電極之間,且兩電極 之間存在電流通過。鑄鐵是鐵與碳的合金,因此鑄鐵屑浸于水中時(shí),就構(gòu)成了完整的電路, 在它的表面上就有電流。電流在成千上萬個(gè)細(xì)小的微電池內(nèi)流動(dòng),純鐵成為陽極被腐蝕,而 碳成為陰極。在酸性條件下,主反應(yīng)如下:

  陽極反應(yīng):Fe-2eFe2+

  陰極反應(yīng):2H++2eH2

  本工藝對(duì)第一微電解反應(yīng)池曝氣,目的是將Fe2+氧化成Fe3+,則發(fā)生氧化 還原反應(yīng):

  4Fe2++O2+2H2O4Fe3++4OH-(曝氣氧化)

  Fe3++3OH-Fe(OH)3↓(中和絮凝)

  新生態(tài)的Fe3+經(jīng)石灰中和后,生成的Fe(OH)3是膠體凝聚劑,它的吸附能力高于一般藥劑水解法得到的Fe(OH)3的吸附能力,這樣污水中原有的懸浮物以及通過微電解產(chǎn)生的不溶物和構(gòu)成色度的有機(jī)物可被吸附凝聚。

  2.2.2 混凝沉淀池

  它的作用是將預(yù)處理部分殘余的懸浮物,部分有機(jī)物和第一微電解反應(yīng)池中產(chǎn)生的Fe(OH)3絮狀物,經(jīng)混合、絮凝、沉淀進(jìn)一步分離,防止帶入第一厭氧反應(yīng)器,同時(shí)去除部分COD。

  2.2.3 第一厭氧反應(yīng)器

  硫酸鹽的還原是在SRB(硫酸鹽還原菌)的作用下完成,SRB是屬專性厭氧菌,在厭氧消化過程起主要作用的4種微生物種群中,屬產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌。在不存在硫酸鹽的厭氧環(huán)境中,SRB則呈現(xiàn)產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的功能。在穩(wěn)態(tài)的厭氧消化過程中,MPB(產(chǎn)甲烷菌)利用產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的代謝產(chǎn)物--氫和乙酸,產(chǎn)生甲烷和二氧化碳。當(dāng)厭氧消化中存在硫酸鹽時(shí),則SRB不僅具有了產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化有機(jī)酸和乙酸的功能,而且具有還原硫酸鹽為H2S的特性,存在硫酸 鹽的厭氧消化過程中,本可能被MPB利用還原二氧化碳生成甲烷的一切分子氫均被SRB所競爭利用,從而使還原二氧化碳生成甲烷的反應(yīng)受阻。硫酸鹽在SRB的作用下還原成硫化物,是 污泥馴化的過程,硫化物濃度超過100mg/L時(shí),對(duì)甲烷菌細(xì)胞的功能產(chǎn)生直接抑制作用。當(dāng) 原水SO42-含量較高時(shí)(≥400mg/L)就有可能轉(zhuǎn)化為較高濃度的硫化物,并且是不 可避免的。因此,采用第一厭氧反應(yīng)器將大部分硫酸鹽轉(zhuǎn)化成硫化物。

  2.2.4 第二微電解反應(yīng)池

  第二微電解反應(yīng)池是封閉裝置,主要防止空氣中的氧帶入后面的厭氧反應(yīng)器,造成對(duì)厭氧反應(yīng)的抑制。從第一厭氧反應(yīng)器出來的含有大量硫化物的水到第二微電解反應(yīng)池,與Fe2+結(jié)合成FeS沉淀:

  ?Fe2++S2-FeS↓

  ?Ksp=6.3×1018?

  這樣,消除了硫酸鹽對(duì)MPB的抑制影響,保證了第二厭氧反應(yīng)器的良好運(yùn)行,且反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有截流裝置,不會(huì)使沉淀帶出反應(yīng)池。

  2.2.5 第二厭氧反應(yīng)器

  在前序階段中針對(duì)進(jìn)水硫酸鹽產(chǎn)生的S2-進(jìn)行了脫除,降低了進(jìn)入第二厭氧反應(yīng)器的硫酸鹽濃度,消除了對(duì)厭氧反應(yīng)的抑制影響,則此反應(yīng)器可順利?地進(jìn)行產(chǎn)甲烷過程,大幅度地去除COD與BOD。

  3 新工藝的試驗(yàn)驗(yàn)證

  3.1 實(shí)驗(yàn)室配水驗(yàn)證

  經(jīng)測定生活污水中SO42-含量為38~44mg/L,試驗(yàn)取值為40mg/L,加配水Na2SO4后將原水SO42-含量調(diào)至表1中整數(shù)值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

  表1 配水試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)水SO42- 濃度(mg/L) 第一厭氧池 出水SO42-濃度 (mg/L) SO42- 的轉(zhuǎn)化率 (%) 第一厭氧池 出水S2-濃度 (mg/L) 第二微電解池 出水S2-濃度 (mg/L) S2- 的去除率 (%)
1000 396.0 60.40 194.6 12.7 93.47
1205 11.8 57.35 190.4 13.1 93.12
1500 670.2 55.32 200.1 13.4 93.30
1800 894.96 50.28 196.7 14.3 92.73

  3.2 工藝最終出水驗(yàn)證

  根據(jù)對(duì)某制藥廠廢水進(jìn)行試驗(yàn),配水采取生物制藥廢水加30%生活污水。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

  表2 生物制藥廢水加生活污水試驗(yàn)結(jié)果

項(xiàng)目 原水 沉淀池 出水 第一厭氧 池出水 第二微電 解池出水 第二厭 氧池出水 總?cè)コ?(%)
COD(mg/L) 1860 1302.8 1004.6 883.13 204.7 88.99
BOD(mg/L) 672 706.5 642.4 667.1 114.6 82.95
SO42-(mg/L) 1275 1264.4 521.7 17.1 16.2 98.73
SS(mg/L) 984 470.35 361.6 143.2 95.5 90.29
色度(倍) 1360 575.28 464.5 182.5 88.7 93.48

  以上數(shù)據(jù)是在不打開回流裝置的條件下測定的。當(dāng)進(jìn)水硫酸鹽濃度非常高時(shí),則打開回流裝置,以提高硫酸鹽的轉(zhuǎn)化率,從而降低硫酸鹽濃度,使后一厭氧反應(yīng)器反應(yīng)順利進(jìn)行。

  這些試驗(yàn)結(jié)果,為進(jìn)一步開展這種新工藝處理高濃度硫酸鹽有機(jī)廢水的研究及工程實(shí)踐奠定了理論基礎(chǔ)。

  4 結(jié)語

  (1)采用硫酸鹽還原-微電解除硫化物-厭氧反應(yīng)的新工藝,可以有效地消除高濃度的硫酸鹽對(duì)產(chǎn)甲烷菌(MPB)的影響,達(dá)到了厭氧反應(yīng)中產(chǎn)甲烷過程不受抑制的目的。

  (2)采用微電解工藝,設(shè)備簡單,運(yùn)轉(zhuǎn)成本低,COD及色度去除效果良好,并可較大幅度提高污水的可生化性,為后續(xù)生化處理創(chuàng)造了有利條件。第二微電解池在使用一段時(shí)間后,用稀酸再生可恢復(fù)使用。

  (3)從理論分析及小型試驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷,這種工藝技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面可行,但需經(jīng)更深入地研究 實(shí)踐來驗(yàn)證其實(shí)用價(jià)值。

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