內循環(huán)三相好氧流化床用于廢水脫硫

摘要：采用內循環(huán)好氧反應器處理模擬的含硫廢水，以顆粒活性炭為載體，探討影響反應器效果的主要因素，探求合理的運行參數。研究表明，對于不同的硫化物負荷，總存在一個(gè)最佳曝氣量，使反應器的處理效率達到92%以上；HRT的減小、進(jìn)水硫化物濃度的增加會(huì )降低硫化物的去除率；增加曝氣量會(huì )提高反應器的去除能力；進(jìn)水pH在7.5～8.5變化時(shí)對處理效果沒(méi)有明顯的影響；尾氣中硫化物損失比率與出水硫化物濃度呈正相關(guān)，與進(jìn)水pH有一定關(guān)系；反應器出水呈乳白色渾濁狀時(shí)，處理效果最好。

近年來(lái)，煙氣的微生物脫硫技術(shù)與含硫酸鹽廢水的厭氧處理工藝迅速發(fā)展，產(chǎn)生大量的硫化物留在廢水中，對環(huán)境造成嚴重危害。本文采用人工合成的含硫廢水來(lái)模擬含硫酸鹽廢水生物還原反應器的出水，研究以活性炭為載體的好氧內循環(huán)三相流化床反應器去除硫化物并將其轉化為單質(zhì)硫的工藝特性，對生物脫硫的效果及主要影響因素進(jìn)行研究，控制條件使硫化物主要被氧化成單質(zhì)硫從而對其進(jìn)行回收。

1材料與方法

1.1試驗裝置

采用內循環(huán)三相好氧流化床反應器處理含硫廢水。反應器材料為有機玻璃，總容積為10L，外筒下部高1000mm，外徑100mm；上部高300mm，外徑200mm；內筒高850mm，外徑65mm。上部與下部筒體連接處的錐度為45°。反應器上部設導流筒防止載體流失，下部安裝微孔曝氣砂頭。試驗選用粒徑為0.4～0.8mm的顆粒活性炭做載體，堆積密度為650kg·m-3。

1.2試驗廢水

整個(gè)試驗階段，為了更好地控制研究條件，采用人工合成廢水作為處理對象。用Na2S配制含硫化物廢水，以葡萄糖作為微生物生長(cháng)碳源，加尿素、NaH2PO4以保證微生物生長(cháng)，配制比例為COD:N:P=100:5:1，馴化階段加入微生物生長(cháng)需要的微量元素。

1.3分析項目及測試方法

COD：5B-3C型COD快速測定儀；硫酸根離子：鉻酸鋇光度法；溶解硫化物：PAg/S-1型銀硫電極法；氣體中H2S濃度：醋酸鋅吸收碘量法；溶解氧：碘量法；pH：E-201-C型pH復合電極。

1.4啟動(dòng)方式

目前，生物膜反應器的掛膜廣泛采用的方法有密閉循環(huán)法和快速排泥掛膜法，但密閉循環(huán)法掛膜需要設置循環(huán)池和循環(huán)泵，而且需要較多的接種污泥，操作不方便。因此，本研究為了縮短啟動(dòng)時(shí)間，采用快速排泥掛膜法。取實(shí)驗室自行培養的活性污泥（MLVSS為2.48g·L-1）

4L與400mL活性炭載體混合，靜置10h后，排走上層污泥，將接種后的載體和污水加入反應器內，悶曝13h后開(kāi)始連續進(jìn)料。

2結果與討論

流化床連續進(jìn)水4d后，載體表面開(kāi)始有生物膜生長(cháng)，此后15d內，反應器的水力停留時(shí)間（HRT）從3.7h降低到1h，進(jìn)水硫化物（S2-）從50mg·L-1提高到120mg·L-1，進(jìn)水COD控制在250～300mg·L-1之間，曝氣量從75L·h-1提高到90L·h-1，進(jìn)水pH控制在7.5～8.5之間。反應器運行到第19d時(shí)，HRT為1h，COD和硫化物負荷分別為7.5kg·m-3·d-1和3.0kg·m-3·d-1，去除率分別為78.3%和92.62%，出水為乳白色渾濁狀，生成了膠體狀的單質(zhì)硫顆粒，出水pH升高0.5左右。同時(shí)，根據顯微鏡觀(guān)察，發(fā)現生物膜結構由絲狀菌和菌膠團組成，微生物相對比較豐富，說(shuō)明生物膜馴化成功。從第20d起反應器正常運行，開(kāi)始正式試驗。試驗廢水溫度為18～21℃，進(jìn)水COD確定為350mg·L-1左右。試驗分為五個(gè)階段，第Ⅰ階段研究HRT對生物氧化廢水中硫化物的影響，第Ⅱ階段研究進(jìn)水硫化物濃度的改變對反應器處理效果的影響，第Ⅲ階段研究不同曝氣量對反應器處理效果的影響，第Ⅳ階段研究進(jìn)水pH的改變對反應器處理效果的影響，第Ⅴ階段研究進(jìn)水硫化物濃度和曝氣量對反應器運行效果的綜合影響。Ⅰ～Ⅳ階段各歷時(shí)12d，第Ⅴ階段歷時(shí)20d。反應器整體運行情況見(jiàn)表1。

2.1硫化物容積負荷與曝氣量

硫化物容積負荷直接影響著(zhù)無(wú)色硫細菌的生長(cháng)繁殖和硫化物的去除效果。如圖1、圖2所示，第Ⅱ、Ⅲ階段的研究表明，當負荷一定時(shí)，較大的曝氣量雖然可以提高硫化物的去除率，但生成S的比例下降，使硫化物的氧化不僅進(jìn)行第一步生成單質(zhì)硫，同時(shí)進(jìn)行第二步生成硫酸鹽，提高出水SO42-的濃度。較小的曝氣量雖然使硫化物的去除率有所下降，但是生成S的比例較高。另外，硫化物容積負荷越高，反應器越能保持良好的運行效果，且不易發(fā)生出水中SO42-濃度升高的現象，運行效果較為穩定。

第Ⅴ階段的研究表明，對于反應器來(lái)說(shuō)，在一定范圍內任意一個(gè)給定的硫化物容積負荷，都可以通過(guò)改變曝氣量，提高硫化物的去除率，同時(shí)S占氧化產(chǎn)物的比例也比較高。

反應器運行過(guò)程中，每次提高負荷，處理效率都呈下降趨勢，但反應器能很快恢復，說(shuō)明反應器具有很好的抗沖擊性。

結論

(1)內循環(huán)三相好氧流化床用于處理含硫廢水非常合適，硫化物94%以上被氧化為單質(zhì)硫，反應器脫硫效果相當明顯。

(2)對于好氧升流式流化床反應器，在一定范圍內，當其他影響因素確定時(shí)，即給定某個(gè)HRT、進(jìn)水硫化物濃度、曝氣量和進(jìn)水pH值，都可以通過(guò)調整，使得反應器處理硫化物的去除率達到95%以上，同時(shí)氧化產(chǎn)物中S占的比例超過(guò)93%，有機物的去除率在25%左右。

(3)硫化物去除率主要與硫化物容積負荷和曝氣量有關(guān)，當反應器運行良好時(shí)，反應器內所需要的硫化物容積負荷和曝氣量具有正相關(guān)性。

(4)隨著(zhù)硫化物被氧化，反應器內pH值會(huì )升高，其升高值由單質(zhì)硫生成量決定。

(5)尾氣中H2S含量與出水硫化物濃度是正相關(guān)的，另外與反應器的pH值有一定關(guān)系。

(6)反應器進(jìn)水硫化物濃度高或者曝氣量小時(shí)，會(huì )出現出水SO42-濃度比進(jìn)水SO42-濃度低的情況。

(7)反應器出水的形態(tài)與操作條件密切相關(guān)，只有在出水呈乳白色渾濁狀時(shí)，反應器的處理效果才好，單質(zhì)硫生成率也高。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)