内循环三相好氧流化床用于废水脱硫

摘要：采用内循环好氧反应器处理模拟的含硫废水，以颗粒活性炭为载体，探讨影响反应器效果的主要因素，探求合理的运行参数。研究表明，对于不同的硫化物负荷，总存在一个最佳曝气量，使反应器的处理效率达到92%以上；HRT的减小、进水硫化物浓度的增加会降低硫化物的去除率；增加曝气量会提高反应器的去除能力；进水pH在7.5～8.5变化时对处理效果没有明显的影响；尾气中硫化物损失比率与出水硫化物浓度呈正相关，与进水pH有一定关系；反应器出水呈乳白色浑浊状时，处理效果最好。
  近年来，烟气的微生物脱硫技术与含硫酸盐废水的厌氧处理工艺迅速发展，产生大量的硫化物留在废水中，对环境造成严重危害。本文采用人工合成的含硫废水来模拟含硫酸盐废水生物还原反应器的出水，研究以活性炭为载体的好氧内循环三相流化床反应器去除硫化物并将其转化为单质硫的工艺特性，对生物脱硫的效果及主要影响因素进行研究，控制条件使硫化物主要被氧化成单质硫从而对其进行回收。
  1材料与方法
  1.1试验装置
  采用内循环三相好氧流化床反应器处理含硫废水。反应器材料为有机玻璃，总容积为10L，外筒下部高1000mm，外径100mm；上部高300mm，外径200mm；内筒高850mm，外径65mm。上部与下部筒体连接处的锥度为45°。反应器上部设导流筒防止载体流失，下部安装微孔曝气砂头。试验选用粒径为0.4～0.8mm的颗粒活性炭做载体，堆积密度为650kg·m-3。
  1.2试验废水
  整个试验阶段，为了更好地控制研究条件，采用人工合成废水作为处理对象。用Na2S配制含硫化物废水，以葡萄糖作为微生物生长碳源，加尿素、NaH2PO4以保证微生物生长，配制比例为COD:N：p=100:5:1，驯化阶段加入微生物生长需要的微量元素。
  1.3分析项目及测试方法
  COD：5B-3C型COD快速测定仪；硫酸根离子：铬酸钡光度法；溶解硫化物：PAg/S-1型银硫电极法；气体中H2S浓度：醋酸锌吸收碘量法；溶解氧：碘量法；pH：E-201-C型pH复合电极。
  1.4启动方式
  目前，生物膜反应器的挂膜广泛采用的方法有密闭循环法和快速排泥挂膜法，但密闭循环法挂膜需要设置循环池和循环泵，而且需要较多的接种污泥，操作不方便。因此，本研究为了缩短启动时间，采用快速排泥挂膜法。取实验室自行培养的活性污泥（MLVSS为2.48g·L-1）
  4L与400mL活性炭载体混合，静置10h后，排走上层污泥，将接种后的载体和污水加入反应器内，闷曝13h后开始连续进料。
  2结果与讨论
  流化床连续进水4d后，载体表面开始有生物膜生长，此后15d内，反应器的水力停留时间（HRT）从3.7h降低到1h，进水硫化物（S2-）从50mg·L-1提高到120mg·L-1，进水COD控制在250～300mg·L-1之间，曝气量从75L·h-1提高到90L·h-1，进水pH控制在7.5～8.5之间。反应器运行到第19d时，HRT为1h，COD和硫化物负荷分别为7.5kg·m-3·d-1和3.0kg·m-3·d-1，去除率分别为78.3%和92.62%，出水为乳白色浑浊状，生成了胶体状的单质硫颗粒，出水pH升高0.5左右。同时，根据显微镜观察，发现生物膜结构由丝状菌和菌胶团组成，微生物相对比较丰富，说明生物膜驯化成功。从第20d起反应器正常运行，开始正式试验。试验废水温度为18～21℃，进水COD确定为350mg·L-1左右。试验分为五个阶段，第Ⅰ阶段研究HRT对生物氧化废水中硫化物的影响，第Ⅱ阶段研究进水硫化物浓度的改变对反应器处理效果的影响，第Ⅲ阶段研究不同曝气量对反应器处理效果的影响，第Ⅳ阶段研究进水pH的改变对反应器处理效果的影响，第Ⅴ阶段研究进水硫化物浓度和曝气量对反应器运行效果的综合影响。Ⅰ～Ⅳ阶段各历时12d，第Ⅴ阶段历时20d。反应器整体运行情况见表1。
  2.1硫化物容积负荷与曝气量
  硫化物容积负荷直接影响着无色硫细菌的生长繁殖和硫化物的去除效果。如图1、图2所示，第Ⅱ、Ⅲ阶段的研究表明，当负荷一定时，较大的曝气量虽然可以提高硫化物的去除率，但生成S的比例下降，使硫化物的氧化不仅进行第一步生成单质硫，同时进行第二步生成硫酸盐，提高出水SO42-的浓度。较小的曝气量虽然使硫化物的去除率有所下降，但是生成S的比例较高。另外，硫化物容积负荷越高，反应器越能保持良好的运行效果，且不易发生出水中SO42-浓度升高的现象，运行效果较为稳定。
  第Ⅴ阶段的研究表明，对于反应器来说，在一定范围内任意一个给定的硫化物容积负荷，都可以通过改变曝气量，提高硫化物的去除率，同时S占氧化产物的比例也比较高。
  反应器运行过程中，每次提高负荷，处理效率都呈下降趋势，但反应器能很快恢复，说明反应器具有很好的抗冲击性。
  结论
  (1)内循环三相好氧流化床用于处理含硫废水非常合适，硫化物94%以上被氧化为单质硫，反应器脱硫效果相当明显。
  (2)对于好氧升流式流化床反应器，在一定范围内，当其他影响因素确定时，即给定某个HRT、进水硫化物浓度、曝气量和进水pH值，都可以通过调整，使得反应器处理硫化物的去除率达到95%以上，同时氧化产物中S占的比例超过93%，有机物的去除率在25%左右。
  (3)硫化物去除率主要与硫化物容积负荷和曝气量有关，当反应器运行良好时，反应器内所需要的硫化物容积负荷和曝气量具有正相关性。
  (4)随着硫化物被氧化，反应器内pH值会升高，其升高值由单质硫生成量决定。
  (5)尾气中H2S含量与出水硫化物浓度是正相关的，另外与反应器的pH值有一定关系。
  (6)反应器进水硫化物浓度高或者曝气量小时，会出现出水SO42-浓度比进水SO42-浓度低的情况。
  (7)反应器出水的形态与操作条件密切相关，只有在出水呈乳白色浑浊状时，反应器的处理效果才好，单质硫生成率也高。

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