[发明专利]应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫除氮的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种污水处理技术，具体是指一种应用厌氧膜生物反应器对污水进行处理以脱硫除氮的方法。

背景技术

近几年来含硫含氮的有机废水污染日趋严重。现代工业生产中制药、发酵、化工、食品加工、制革厂及采矿等行业排放的废水都含有高浓度的硫酸盐及氨氮的有机废水。含氮化合物（如氨氮）能够加速藻类等水生生物大量繁殖，引发水体富营养化，造成水华、赤潮等现象。含硫化合物（如硫酸盐）在厌氧条件下能够被微生物还原为硫化物，不仅引起生物腐蚀，还会产生有毒有害的硫化氢气体，对于有机污染物以及氮、硫等营养盐的高效去除手段也逐渐成为污水处理领域中的研发热点。

目前，国内外对于高浓度含硫含氮有机废水的处理，多采用复杂的工艺系统进行分别脱氮和脱硫。

传统的有机废水脱氮工艺主要是利用微生物的硝化、反硝化作用，通常采用三级活性污泥系统，含碳有机物的氧化和含氮有机物的氨化、氨氮的硝化及硝酸盐的反硝化分别在三个构筑物内进行，并维持各自独立的污泥回流系统。如图1所示，其为现有技术中常规的硝化-反硝化脱氮系统的结构示意图。该系统包括：

a）曝气池：

待处理原废水首先进入曝气池，在好氧条件下，通过异养型BOD氧化菌作用氧化有机物（BOD）；

b）硝化池（生物硝化反应器）：

曝气池处理的废水经沉淀池沉淀污泥后，进入硝化池，在好氧条件下通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将废水中的氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮；

c）反硝化反应器（生物反硝化反应器）：

硝化池处理的废水经沉淀污泥后，进入反硝化反应器，在缺氧条件下由于兼性脱氮菌(反硝化菌)的作用，将废水亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成氮气。

上述生物脱氮工艺中，由于不同的菌群对环境要求不同（溶解氧、碱度）及相互对基质的竞争，为稳定脱氮功能，异养型BOD氧化菌、亚硝酸盐菌和硝酸盐菌、反硝化菌的作用需要分别在不同的反应池中进行，这种处理方式工艺流程长，操作控制复杂，系统占地面积大，能耗高，并需要额外投加有机物如甲醇，无疑大幅增加工艺运行成本，且处理效率不高。

传统的有机废水脱硫工艺主要采用先经硫酸盐还原生成硫化物、之后去除硫化物以达到脱硫目的的工艺。其中：

硫酸盐还原主要是在厌氧条件下，在硫酸盐还原细菌(SRB)的作用下，将废水中的硫酸根还原为硫化物；反应过程如下所示：

硫化物的去除可以通过以下三种方式：

一是产生硫化物沉淀；化学沉淀法一般常用Fe²⁺作为沉淀剂，使S^2-与Fe²⁺形成FeS沉淀。反应方程式如下：

S^2-+Fe²⁺→FeS↓；

二是直接将H₂S吹脱；吹脱法需将反应体系调到酸性条件，然后直接用空气或惰性气体将大部分以H₂S形式存在的硫化物吹脱出去。反应方程式如下：

S^2-+2H⁺→H₂S↑；

三是在硫氧化菌(Sulphur-oxidising Bacteria)的作用下，将硫化物氧化为单质硫而去除。在硫细菌作用下，硫化物转换为硫离子而去除，通常采用的硫细菌包括无色硫细菌和光合硫细菌等。反应可表示如下：

上述脱硫工艺，在去除硫化物的方法中，化学沉淀法方法操作简单，但是能耗高，沉淀剂费用较大，而且产生的化学污泥需进一步处理；吹脱法过程简单，但动力消耗大，运行费用高，吹脱后的尾气含有大量的H₂S，如不加处理，会造成大气的二次污染；生物脱硫法是近些年发展起来的一项新技术，与物化法相比，不产生化学污泥、可回收单质硫、去除效率高、能耗低，然而，硫化物氧化为单质硫工艺不仅负荷过低，而且单质硫黏附于细胞表面难以分离等问题，限制其实际工程应用。

针对传统污水处理分别脱氮、脱硫工艺存在的问题，业界已有研究者提出了同步脱氮除硫工艺。这些工艺一般采用UASB、固定床或流化床反应器，微生物为颗粒污泥或者生物膜的形式。例如：

图2示意了通常采用UASB反应器及其改进工艺实现污水的同步脱氮除磷的一般反应流程，图中：101、进水箱；102、进水泵；103、循环泵；104、UASB反应器；105、出水箱；106、气体排放装置。污水进入UASB反应器，反应器内投加有脱氮硫杆菌，在脱氮硫杆菌的作用下实现氮硫的同步去除。