[发明专利]用于生物废水处理的单质硫内循环-SANI(ISC-SANI)工艺

说明书

一种在生物废水处理中去除有机碳的方法，包括以下步骤：(a)用单质硫作为电子载体将有机碳氧化为二氧化碳，并将单质硫还原成硫化物；(b)使用自动ORP控制器，通过控制一种或多种回流比以将氧化还原电位(ORP)维持在‑360mv至‑420mv的范围内，从而通过回流的硝酸盐将硫化物氧化成单质硫；(c)将硫化物氧化期间形成的单质硫回流用于氧化有机碳；和(d)将氨氮氧化成硝酸盐，然后部分回流用于硫化物氧化。

技术领域

本公开涉及单质硫内循环-硫酸盐还原-自养反硝化和硝化一体化(ISC-SANI)工艺以及使用该工艺处理生物废水的方法。

背景技术

提供大量的污水处理以及所产生的污泥的处理是许多国家面临的挑战。污泥处理成本高达污水处理成本的50％，需要消耗能源并产生温室气体排放。无需污泥处置且不需要大量硫源的工艺在环境和经济上是可行的。

自从1914年Ardern和Lockett发明了活性污泥处理工艺以来，常规的生物去除碳和氮的方法变化很小。几乎一个世纪以来，二级处理中的生物处理过程保持不变，即，通过异养碳氧化使电子从碳流向氧。在20世纪60年代，通过引入自养硝化和异养反硝化工艺的生物除氮(BNR)工艺来修正二级处理工艺。在常规的BNR工艺中，如图4所示，通过一体化的碳氮循环电子从有机碳流向氧气。然而，异养反硝化具有很高的污泥产率，产生大量的污泥废物。因此，BNR工艺需要增加后续处理和处置。取决于污泥龄，污水中约50％-60％的有机碳将转化为CO₂，其余40％-50％转化为污水污泥。

在香港，海水用于厕所冲洗。如图5所示，通过利用高盐度污水中的硫酸盐离子，香港科技大学开发了硫酸盐还原、自养反硝化和硝化一体化(SANI)工艺(Lau等人，2006；Lu等人，2009；Wang等人，2009)。在SANI工艺中，在第一个反应器中有机碳被硫酸盐氧化成CO₂，而硫酸盐通过硫酸盐还原菌被还原为溶解性硫化物。在第三个反应器中，氨氮被氧通过自养硝化细菌氧化成硝酸盐。然后将硝酸盐回流到第二个反应器中，通过自养反硝化细菌与硫离子发生反应并转化为氮气，而硫离子转化回硫酸根离子。

在以往的研究中，已经提出了如图1所示的利用内部硫循环(ISC)工艺回收单质硫的方法。单质硫在废水处理中用作电子受体和最终产物，因此硫酸盐不参与该过程。然而，ISC工艺没有考虑除氮。利用氧将硫化物氧化时很难控制单质硫作为其主要的产物。这意味着大部分硫被进一步氧化成硫酸盐，然后从体系中除去，因此导致硫损失。

发明内容

本发明的主题涉及生物废水处理中去除有机碳的方法，包括以下步骤：(a)用单质硫作为电子载体将有机碳氧化为二氧化碳，并将单质硫还原成硫化物；(b)通过使用自动ORP控制器控制一种或多种回流比以将氧化还原电位(ORP)维持在-360mv至-420mv的范围内，利用回流的硝酸盐将硫化物氧化成单质硫；(c)将硫化物氧化期间形成的单质硫回流以氧化有机碳；和(d)将氨氮氧化成硝酸盐，然后部分循环硝酸盐以用于氧化硫化物。