[发明专利]一种复合功能的强化自养生物脱硫的装置

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种复合功能的强化自养生物脱硫的装置。 

背景技术

我国豫、苏、鲁、皖煤矿开采区高硫酸盐高硬度矿井水分布广泛，并造成不同程度的地面及地下水体硫酸盐污染，影响水环境质量与供水安全。电镀、印染、烟气洗脱等工业活动也产生了大量有机物含量较低的硫酸盐废水。 

硫酸盐是弱毒性离子之一，饮用水中含有SO₄^2-会有苦涩味，浓度超过600mg/L的水普遍会有腹泻反应，易造成消化道损伤(WHO，1996)。除硫酸盐本身的毒性危害外，一旦硫酸盐参与环境中硫的循环时势必带来其他更加不利的影响，如厌氧条件下转化为毒性更强的恶臭H₂S，污染腐蚀各类水管、油管及油罐等。 

生物脱硫包括硫酸盐还原、硫化物氧化回收S单质两个过程，硫化物的氧化易于通过物化或生物法(如无色硫细菌)实现。对于硫酸盐还原过程，由于矿井排水几乎不含有机物，其难点和关键是碳源和电子供体的供给。为避免产生二次污染和降低成本，以H₂为唯一电子供体、CO₂为碳源的自养硫酸盐还原引起了广泛关注，价廉的合成气(H₂、CO₂、CO的混合气)为大规模应用提供了可能。H₂的安全性和传质效率是解决应用的关键，目前的研究主要采用气提式反应器和疏水性无泡曝气技术。 

气提式反应器通过循环鼓气扰动液相促进传质的方式，其内生物采用悬浮生 长或附着在悬浮载体的方式，参见文献“Esposito G，et a1.Effect of the sludgeretention time on H2 utilization in a sulphate reducing gas-lift reactor.ProcessBiochemistry，2003，39：491-498”。该方法的不足之处在于需采用较大气体压力，由于氢气溶解度低，气体需要分离H₂S、经压缩后循环使用，动力费用较高，且在循环压缩过程中安全隐患较大。疏水性膜反应器采用无泡曝气理念，提高氢气传质效率。还原产生的H₂S气体产生在膜外侧，从而不会与膜内的高压气体混合；无需进行气体的再压缩和回用，安全性较高。参见文献“Tabak H H，Govind R.Advances in biotreatment of acid mine drainage and biorecovery of metals：2.Membrane bioreactor system for sulfate reduction.Biodegradation，2003，14：437-452”。该方法存在的问题是微生物附着在膜表面生长，由于膜丝表面积有限，生物量低，反应器处理能力较低。美国专利US6387262B1公开了一种采用束状中空纤维膜组件强化H₂传质，实现自养反硝化的装置，膜组件采用束状末端封闭式，膜丝独立，从而防止微生物过量增殖导致膜丝粘连情况，从而确保传质优势，但该装置生物量有限，处理能力低。Terada提出了矿渣纤维沾附在透气性膜表面作为生物附着载体的方法。参见文献“Terada A et al.Rapidautohydrogenotrophic denitrification by a membrane biofilm reactor equipped with afibrous support around a gas-permeable membrane.Biochemical Engineering Journal2006，31：84-91.” 

中空纤维膜组件供氢气的装置用于富硫酸盐水处理时，由于硫酸盐浓度较高(多为800～5000mg/L)，需要大量电子供体(H₂)，同时为提高单位反应器处理效率，生物量需大幅度提高，从而降低污泥负荷。增大膜丝表面生物附着量有利于提高处理能力，但代价是阻塞膜孔、传质性能下降。此外自养生长较慢，需要强化微生物代谢过程。 

发明内容

本发明的目的是提供一种复合功能的强化自养生物脱硫的装置。