專利名稱：一種生物處理酸性礦山廢水的工藝的制作方法
一種生物處理酸性礦山廢水的工藝技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一種生物處理酸性礦山廢水的工藝，屬于環(huán)境保護(hù)和廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。具體來 講，是一種生物處理含硫酸鹽的酸性礦山廢水并回收單質(zhì)硫工藝的技術(shù)方案。二. 背景技術(shù)采礦工業(yè)部門排出的廢水中含有高濃度的硫酸鹽，其SO^含量多在2000 3000mg S0427L，也有的高于3000mg S0427L，甚至達(dá)到5000~6000mg S0427L。該廢水多呈酸性， pH最低至2.5~3.0，且含有Fe、 Mn、 Ni、 Zn、 Cu、 Al、 Mg、 Cd、 Pb等多種重金屬。這種 含硫酸鹽酸性礦山廢水如不經(jīng)處理直接排入水體會(huì)使受納水體酸化，降低pH，危害水生生 物，并產(chǎn)生潛在腐蝕性。含硫酸鹽酸性廢水還會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，減少農(nóng)作物產(chǎn)量。目前處理 這類廢水主要采用中和、化學(xué)沉淀和電滲析法，但這些方法很不經(jīng)濟(jì)，還產(chǎn)生二次污染。中 和法是處理酸性廢水比較成熟的方法，主要采用石灰石或石灰，也有采用堿性廢液來中和酸 性廢水。該法的缺點(diǎn)是處理成本高、處理后廢渣量大、含水率高、易造成二次污染。濕地法 也可用來處理酸性礦山廢水，但濕地法占地面積大，處理程度受環(huán)境影響很大，而且殘余硫 化氫從土壤中逸出會(huì)污染大氣。生物法處理酸性礦山廢水是利用自然界硫循環(huán)原理，在厭氧 條件下利用硫酸鹽還原菌SRB使廢水中的SO —還原為H2S或S2—， SO,還原為H2S或S2— 的過程中會(huì)釋放出堿度，使pH值提高，再用生物法或化學(xué)方法將還原產(chǎn)物H2S或S^氧化 為單質(zhì)硫。S0^還原產(chǎn)生的H2S或S^與廢水中的重金屬離子生成金屬硫化物沉淀，在廢水 pH值提高的同時(shí)，也大大降低了廢水中重金屬離子的濃度。生物法處理酸性礦山廢水處理 效果好，無二次污染，且可以回收單質(zhì)硫。生物法處理酸性礦山廢水與上述的幾種方法相比 具有明顯的效果和優(yōu)勢，但是，仍然存在選擇技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的硫酸鹽還原菌碳源的難 題，生物處理最終產(chǎn)物的處置也有待于向經(jīng)濟(jì)合理化的方向發(fā)展。三、 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明一種生物處理酸性礦山廢水的工藝，其目的在于解決上述現(xiàn)有處理技術(shù)存在的問 題，從而公開一種利用污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為硫酸鹽還原菌碳源的生物處理含硫酸鹽酸 性礦山廢水并回收單質(zhì)硫工藝的技術(shù)方案。本發(fā)明一種生物處理酸性礦山廢水的工藝，其特征在于是一種利用污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為硫酸鹽還原菌的碳源生物處理酸性硫酸鹽廢水并回收單質(zhì)硫的工藝，其工藝流程為 酸性礦山廢水1和污水廠污泥產(chǎn)酸發(fā)酵上清液2首先進(jìn)入硫酸鹽生物還原反應(yīng)器3中，利用硫 酸鹽還原菌SRB將SC^'生物還原為H2S或S2—，反應(yīng)器3的部分出水10進(jìn)行回流，接著反應(yīng)器3 的處理出水進(jìn)入H2S或S^生物氧化反應(yīng)器4，利用無色硫細(xì)菌CSB將H2S或S^生物氧化為單質(zhì) 硫S，然后含單質(zhì)硫S的出水流經(jīng)慢砂濾池5進(jìn)行過濾、刮砂、截留單質(zhì)硫S，并排放生物處理 出水ll，再采用萃取設(shè)備6充分溶解砂濾料中的單質(zhì)硫S，由固液分離設(shè)備7將萃取劑與砂濾 料、生物膜相分離，由蒸餾設(shè)備8蒸餾萃取劑、析出單質(zhì)硫S，最后經(jīng)干燥設(shè)備9烘干，回收 單質(zhì)硫12，其具體的步驟和條件如下I利用硫酸鹽還原菌SRB將硫酸鹽生物還原為H2S或S2—① 硫酸鹽生物還原工藝在厭氧生物反應(yīng)器3中完成；② 反應(yīng)器3中優(yōu)勢菌群為硫酸鹽還原菌SRB， SRB將硫酸鹽生物還原為H2S或S2、③ 以污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為碳源，廢水中污泥酸性發(fā)酵液2的投加量按照混合液中 COD/ S(V-比值來控制，COD/ SO42—的控制范圍為0.9 1.5;④ 硫酸鹽負(fù)荷為1.0 7.0kgSO 7mM，溫度為20 35。C，進(jìn)水pH值為3.5 6.5，厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器EGSB上升流速v"P為3.0 6.0m/h，回流比為80:1 200:1 ，水力停留時(shí)間HRT 為0.2 0.85d，升流式厭氧濾池AF回流比為20:1 60:1， HRT為0.25 1.25d，厭氧折流板反應(yīng)器 ABR, HRT為0.2 1.0d，厭氧流化床反應(yīng)器AFBR， HRT為0.02 0.3 d; II利用無色硫細(xì)菌CSB將H2S或S^生物氧化為單質(zhì)硫S① H2S或S^生物氧化工藝在好氧生物膜反應(yīng)器4中進(jìn)行；② 反應(yīng)器4中優(yōu)勢菌群為無色硫細(xì)菌CSB， CSB將H2S或S^生物氧化為單質(zhì)硫S;③ 進(jìn)水pH值6.5 8.0，溫度15 25'C的條件下，控制硫化物負(fù)荷和溶解氧DO濃度，使H2S 或S^生物氧化產(chǎn)物為單質(zhì)硫，溶解氧DO濃度隨著硫化物負(fù)荷的升高而提高；④ 不同類型填料的CSB好氧生物反應(yīng)器中硫化物負(fù)荷與溶解氧濃度需由試驗(yàn)確定； III采用慢砂濾池5截留單質(zhì)硫S① 過濾采用慢砂濾池5對CSB生物氧化H2S的出水進(jìn)行過濾，將水中單質(zhì)硫和脫落的生 物膜截留在濾床表面，達(dá)到固液分離，慢砂濾池濾速0.1 0.3m/h，砂濾層粒徑0.5~1.2111111， 厚度25cm，承托層砂粒由下至上粒徑5.0 10.0mm、 2.5~5.0mm、 1.2~2.5mm，每層高度3cm， 單質(zhì)硫和脫落的生物膜截留于慢砂濾表層5 6cm的砂層中；② 刮砂刮取砂濾料表層5 6cm厚度的含硫砂層；V回收單質(zhì)硫S① 萃取以二硫化碳CS2作為萃取劑，采用萃取設(shè)備6將所刮取的砂濾料與萃取劑CS2溶 液充分接觸，使CS2充分溶解單質(zhì)硫顆粒；② 分離采用固液分離設(shè)備7，利用重力沉淀分離、離心分離或過濾分離操作將溶解單 質(zhì)硫后的萃取劑CS2與砂濾料和脫落的生物膜相分離，獲得萃取劑CS2溶液；③ 蒸餾溫度為48 55"C，采用蒸餾設(shè)備8蒸餾析出單質(zhì)硫，萃取劑CS2進(jìn)行重復(fù)利用； 干燥溫度為165 175'C，采用干燥設(shè)備9將所析出的單質(zhì)硫干燥1 2小時(shí)，回收單質(zhì)硫。本發(fā)明一種生物處理酸性礦山廢水的工藝的優(yōu)點(diǎn)及用途1) 本發(fā)明基于自然界的硫循環(huán)原理，利用硫酸鹽還原菌SRB還原S042—，生物處理有機(jī)物 濃度低的含硫酸鹽酸性礦山廢水。2) 酸性礦山廢水SO^濃度高，有機(jī)物含量低，生物處理酸性礦山廢水的關(guān)鍵是選擇技術(shù) 可行，經(jīng)濟(jì)合理的碳源物質(zhì)。污水處理廠污泥是污水處理廠的固體廢棄物，其產(chǎn)酸發(fā)酵產(chǎn)物 可作為生物處理酸性礦山廢水的廉價(jià)碳源。3) 本發(fā)明在處理酸性礦山廢水的同時(shí)，可回收單質(zhì)硫，又解決了污水處理廠污泥處置 的問題，使污水處理廠污泥資源化和無害化，達(dá)到以廢治廢、變廢為寶的目標(biāo)，降低了廢水 處理成本。該方法的特點(diǎn)是處理效果好，無二次污染，且可以回收單質(zhì)硫。同時(shí)硫酸鹽還原 產(chǎn)物S^可與重金屬離子發(fā)生沉淀反應(yīng)將重金屬離子轉(zhuǎn)化為金屬硫化物沉淀，從而使廢水中的 重金屬得以去除。四

圖l生物法處理含硫酸鹽酸性礦山廢水及單質(zhì)硫回收流程中標(biāo)號(hào)為1.含硫酸鹽酸性礦山廢水2. 污水廠污泥酸性發(fā)酵液3. 硫酸鹽生物還原反應(yīng)器4. 硫化氫生物氧化反應(yīng)器5. 慢砂濾池6. 萃取設(shè)備7. 固液分離設(shè)備8. 蒸餾設(shè)備9. 干燥設(shè)備10. 硫酸鹽生物還原反應(yīng)器出水回流11. 生物處理出水12. 回收單質(zhì)硫五.具體實(shí)施方式
實(shí)施方式l、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，硫酸鹽負(fù)荷為7.0kgSO力mM，溫度為35。C, COD/SO,值為1.2，進(jìn)水pH值為6.5，厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器EGSB上升流速v"p為3.0m/h，回 流比為80:1，水力停留時(shí)間HRT為0.2d;厭氧生物濾池AF回流比為20:1 ， HRT為0.25d;厭氧 折流板反應(yīng)器ABR， HRT為0.2d;厭氧流化床反應(yīng)器AFBR， HRT為0.02d;無色硫細(xì)菌CSB 生物氧化S2—反應(yīng)器，pH值為8.0,溫度為15。C，硫化物負(fù)荷為12.0kg/m、d，反應(yīng)器中 DO-5.5mg/L;慢砂濾池，濾速為0.1m/h，過濾周期為25d，截留單質(zhì)硫S于表層6cm的砂層中； 砂濾層粒徑1.2mm，厚度25cm;承托層砂粒由下至上粒徑5.0mm、 2.5mm、 L2mm，每層高度3cm;萃取設(shè)備，以二硫化碳CS2作為萃取劑，將所刮取的砂濾料與萃取劑CS2溶液充分接 觸，使CS2充分溶解單質(zhì)硫顆粒；固液分離設(shè)備，由過濾分離作用使萃取劑CS2溶液、砂濾料 和脫落的生物膜相分離；蒸餾設(shè)備，溫度為48'C，蒸餾萃取劑CS2溶液，析出單質(zhì)硫，萃取 劑進(jìn)行重復(fù)利用；干燥設(shè)備，溫度為175'C，將所析出的單質(zhì)硫干燥l小時(shí)，回收單質(zhì)硫。實(shí)施方式2、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，硫酸鹽負(fù)荷為4.0kgSO力n^d，厭氧膨脹顆粒污泥 床反應(yīng)器EGSB， HRT為0.5d;厭氧生物濾池AF， HRT為0.75d;厭氧折流板反應(yīng)器ABR， HRT 為0.6d;厭氧流化床反應(yīng)器AFBR， HRT為0.16d，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式3、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，硫酸鹽負(fù)荷為1.0kgSO力n^d，厭氧膨脹顆粒污泥 床反應(yīng)器EGSB， HRT為0.85d;厭氧生物濾池AF， HRT為1.25d;厭氧折流板反應(yīng)器ABR， HRT為1.0d;厭氧流化床反應(yīng)器AFBR， HRT為0.3d，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式4、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，溫度為3(TC，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式5、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，溫度為2(TC，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式6、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，COD/SO^值為0.9，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式7、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，COD/SO:值為1.5，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式8、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，進(jìn)水pH值為5.0,厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器EGSB，液體上升流速、為4.5m/h，回流比為140:1， HRT為0.5d;厭氧生物濾池AF， HRT為0.75d; 厭氧折流板反應(yīng)器ABR， HRT為0.6d;厭氧流化床反應(yīng)器AFBR， HRT為0.16d，其它同實(shí)施 方式l。實(shí)施方式9、硫酸鹽生物還原反應(yīng)器，進(jìn)水pH值為3.5，厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器EGSB，液體上升流速v^為6.0m/h，回流比為200:1， HRT為0.85d;厭氧生物濾池AF， HRT為1.25d; 厭氧折流板反應(yīng)器ABR， HRT為1.0d;厭氧流化床反應(yīng)器AFBR, HRT為0.3d,其它同實(shí)施方 式l。實(shí)施方式IO、無色硫細(xì)菌CSB生物氧化S2—反應(yīng)器，pH值為7.0，其它同實(shí)施方式8。 實(shí)施方式ll、無色硫細(xì)菌CSB生物氧化S2—反應(yīng)器，pH值為6.5，其它同實(shí)施方式9。 實(shí)施方式12、無色硫細(xì)菌CSB生物氧化S2—反應(yīng)器，溫度為2(TC，硫化物負(fù)荷為8.5kg/m3'd，反應(yīng)器中DO"3.8mg/L，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式13、無色硫細(xì)菌CSB生物氧化S^反應(yīng)器，溫度為25'C，硫化物負(fù)荷為5.0kg/m3*d，反應(yīng)器中DO"2.0mg/L，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式14、慢砂濾池，濾速為0.2m/h，過濾周期為17d，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式15、慢砂濾池，濾速為0.3m/h，過濾周期為8d，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式16、固液分離設(shè)備，由離心分離作用使萃取劑CS2溶液、砂濾料和脫落的生物膜相分離，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式17、固液分離設(shè)備，由重力沉淀作用使萃取劑CS2溶液、砂濾料和脫落的生物膜相分離，其它同實(shí)施方式l。實(shí)施方式18、蒸餾設(shè)備，溫度為5(TC，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式19、蒸餾設(shè)備，溫度為55'C，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式20、干燥設(shè)備，溫度為170'C，干燥1.5小時(shí)，其它同實(shí)施方式l。 實(shí)施方式21、干燥設(shè)備，溫度為165'C，干燥2小時(shí)，其它同實(shí)施方式l。
權(quán)利要求
1、一種生物處理酸性礦山廢水的工藝，其特征在于是一種利用污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為硫酸鹽還原菌的碳源生物處理酸性硫酸鹽廢水并回收單質(zhì)硫的工藝，其工藝流程為酸性礦山廢水(1)和污水廠污泥產(chǎn)酸發(fā)酵上清液(2)首先進(jìn)入硫酸鹽生物還原反應(yīng)器(3)中，利用硫酸鹽還原菌SRB將SO42-生物還原為H2S或S2-，反應(yīng)器(3)的部分出水(10)進(jìn)行回流，接著反應(yīng)器(3)的處理出水進(jìn)入H2S或S2-生物氧化反應(yīng)器(4)，利用無色硫細(xì)菌CSB將H2S或S2-生物氧化為單質(zhì)硫S，然后含單質(zhì)硫S的出水流經(jīng)慢砂濾池(5)進(jìn)行過濾、刮砂、截留單質(zhì)硫S，并排放生物處理出水(11)，再采用萃取設(shè)備(6)充分溶解砂濾料中的單質(zhì)硫S，由固液分離設(shè)備(7)將萃取劑與砂、濾料、生物膜相分離，由蒸餾設(shè)備(8)蒸餾萃取后溶液、析出單質(zhì)硫S，最后經(jīng)干燥設(shè)備(9)烘干，回收單質(zhì)硫(12)，其具體的步驟和條件如下I利用硫酸鹽還原菌SRB將硫酸鹽生物還原為H2S或S2-①硫酸鹽生物還原工藝在厭氧生物反應(yīng)器(3)中完成；②反應(yīng)器(3)中優(yōu)勢菌群為硫酸鹽還原菌SRB，SRB將硫酸鹽生物還原為H2S或S2-；③以污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為碳源，廢水中污泥酸性發(fā)酵液(2)的投加量按照混合液中COD/SO42-比值來控制，COD/SO42-的控制范圍為0.9～1.5；④硫酸鹽負(fù)荷為1.0～7.0kgSO42-/m3·d，溫度為20～35℃，進(jìn)水pH值為3.5～6.5，厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器EGSB上升流速vup為3.0～6.0m/h，回流比為80∶1～200∶1，水力停留時(shí)間HRT為0.2～0.85d，升流式厭氧濾池AF回流比為20∶1～60∶1，HRT為0.25～1.25d，厭氧折流板反應(yīng)器ABR，HRT為0.2～1.0d，厭氧流化床反應(yīng)器AFBR，HRT為0.02～0.3d；II利用無色硫細(xì)菌CSB將H2S或S2-生物氧化為單質(zhì)硫S①H2S或S2-生物氧化工藝在好氧生物膜反應(yīng)器(4)中進(jìn)行；②反應(yīng)器(4)中優(yōu)勢菌群為無色硫細(xì)菌CSB，CSB將H2S或S2-生物氧化為單質(zhì)硫S；③進(jìn)水pH值6.5～8.0，溫度15～25℃的條件下，控制硫化物負(fù)荷和溶解氧DO濃度，使H2S或S2-生物氧化產(chǎn)物為單質(zhì)硫，溶解氧DO濃度隨著硫化物負(fù)荷的升高而提高；④不同類型填料的CSB好氧生物反應(yīng)器中硫化物負(fù)荷與溶解氧濃度需由試驗(yàn)確定；III采用慢砂濾池(5)截留單質(zhì)硫S①過濾采用慢砂濾池(5)對CSB生物氧化H2S的出水進(jìn)行過濾，將水中單質(zhì)硫和脫落的生物膜截留在濾床表面，達(dá)到固液分離，慢砂濾池濾速0.1～0.3m/h，砂濾層粒徑0.5～1.2mm，厚度25cm，承托層砂粒由下至上粒徑5.0～10.0mm、2.5～5.0mm、1.2～2.5mm，每層高度3cm，單質(zhì)硫和脫落的生物膜截留于慢砂濾表層5～6cm的砂層中；②刮砂刮取砂濾料表層5～6cm厚度的含硫砂層；V回收單質(zhì)硫S①萃取以二硫化碳CS2作為萃取劑，采用萃取設(shè)備(6)將所刮取的砂濾料與萃取劑CS2溶液充分接觸，使CS2充分溶解單質(zhì)硫顆粒；②分離采用固液分離設(shè)備(7)，利用重力沉淀分離、離心分離或過濾分離操作將溶解單質(zhì)硫后的萃取劑CS2與砂濾料和脫落的生物膜相分離，獲得萃取劑CS2溶液；③蒸餾溫度為48～55℃，采用蒸餾設(shè)備(8)蒸餾析出單質(zhì)硫，萃取劑CS2進(jìn)行重復(fù)利用；④干燥溫度為165～175℃，采用干燥設(shè)備(9)將所析出的單質(zhì)硫干燥1～2小時(shí)，回收單質(zhì)硫。
全文摘要
一種含硫酸鹽酸性廢水生物處理并回收單質(zhì)硫的工藝，屬于環(huán)境保護(hù)和廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于是一種利用污水廠污泥酸性發(fā)酵產(chǎn)物為硫酸鹽還原菌的碳源處理酸性硫酸鹽廢水并回收單質(zhì)硫的工藝厭氧生物反應(yīng)器中硫酸鹽還原菌SRB將硫酸鹽SO₄^2-生物還原為硫化氫H₂S或S^2--好氧生物膜反應(yīng)器中無色硫細(xì)菌CSB將H₂S或S^2-生物氧化為單質(zhì)硫—慢砂濾池過濾、刮砂；采用萃取設(shè)備充分溶解砂濾料中的單質(zhì)硫S-固液分離設(shè)備將萃取劑CS₂與砂濾料、生物膜相分離—蒸餾設(shè)備蒸餾萃取后溶液—干燥設(shè)備烘干，回收單質(zhì)硫S。既處理了含硫酸鹽酸性礦山廢水，又回收了單質(zhì)硫，還使污水處理廠污泥達(dá)到資源化和無害化。
文檔編號(hào)C02F9/14GK101219844SQ20081005448
公開日2008年7月16日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月23日
發(fā)明者宋秀蘭, 李亞新, 蘇冰琴 申請人:太原理工大學(xué)