專利名稱：硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，特別是以硫酸鹽廢水為原料制備單質(zhì)硫的設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前，硫酸鹽廢水主要通過(guò)傳統(tǒng)厭氧消化法、兩相及多級(jí)厭氧生物工藝進(jìn)行處理。這些工藝中，對(duì)硫化物的處理主要包括采用氮?dú)庋h(huán)吹脫，用NaOH溶液吸收循環(huán)氣體中的H2S和CO2；在酸相反應(yīng)器和甲烷相反應(yīng)器中間加一個(gè)除硫化氫器，在除硫化氫器中用空氣吹脫H2S；利用光合細(xì)菌或無(wú)色硫細(xì)菌從厭氧處理出水中氧化硫化物為單質(zhì)硫。上述對(duì)硫化物的處置方法存在一定不足，維持氮?dú)獯得撗b置正常有效工作有一定難度，且需要經(jīng)常補(bǔ)充氮?dú)?；用空氣吹脫后的污水含有一定溶解氧，?huì)對(duì)后續(xù)產(chǎn)甲烷相中產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生抑制且動(dòng)力消耗較大；利用光合硫細(xì)菌或無(wú)色硫細(xì)菌氧化污水中硫化物時(shí)，因產(chǎn)生的單質(zhì)硫與污泥混在一起使回收工藝復(fù)雜、分離困難而限制了其應(yīng)用。所以，在硫酸鹽廢水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)硫的資源化仍然是亟待解決的問(wèn)題，現(xiàn)在并沒有對(duì)硫酸鹽廢水進(jìn)行工業(yè)化處理生產(chǎn)單質(zhì)硫的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
為解決硫酸鹽廢水處理中硫的資源化問(wèn)題，本發(fā)明提供一種硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，它包括連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1，以及與連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1依次連通的氧化反應(yīng)器3和負(fù)壓抽提系統(tǒng)2，所述連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1的出氣管路1-1上并聯(lián)著U型壓力計(jì)4和限流閥5，U型壓力計(jì)4的另一端安裝傳感器探頭6，限流閥5的后端串聯(lián)兩個(gè)氧化反應(yīng)器3-1和氧化反應(yīng)器3-2，氧化反應(yīng)器3-2的出氣端與常閉電磁閥7的進(jìn)氣端連接，常閉電磁閥7的出氣端與負(fù)壓罐8連接，負(fù)壓罐8同時(shí)還與電接點(diǎn)真空壓力表9、真空泵10相連；所述傳感器探頭6、常閉電磁閥7、電接點(diǎn)真空壓力表9和真空泵10都與自控裝置11連接。本發(fā)明的有益效果是，在處理硫酸鹽廢水的同時(shí)，連續(xù)、自動(dòng)地進(jìn)行單質(zhì)硫的制備生產(chǎn)；單質(zhì)硫的純度高，可直接被利用；酸性氧化劑可電解再生循環(huán)使用，減少二次污染。


圖1是本發(fā)明設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是自控裝置實(shí)物連接圖，圖3是自控裝置電路原理圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本實(shí)施方式包括連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1，連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1依次與氧化反應(yīng)器3和負(fù)壓抽提系統(tǒng)2連通，所述連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1的出氣管路1-1上并聯(lián)著U型壓力計(jì)4和限流閥5，U型壓力計(jì)4的另一端安裝傳感器探頭6，限流閥5的后端串聯(lián)兩個(gè)氧化反應(yīng)器3-1和氧化反應(yīng)器3-2，兩個(gè)氧化反應(yīng)器3內(nèi)裝有氧化溶液，氧化溶液組成為HCl/FeCl3＝(5.5～6.5)/(3.0～4.0)mol/L，采用氧化反應(yīng)器3-1和氧化反應(yīng)器3-2兩級(jí)串聯(lián)的形式可確保硫化氫完全氧化。制備的單質(zhì)硫可進(jìn)行沉淀分離，用蒸餾水洗滌3次并沉淀分離、自然晾干后為無(wú)定型狀態(tài)，淡黃色，經(jīng)分析，單質(zhì)硫純度為99.0～99.9％，能夠直接進(jìn)行資源化利用。分離后的酸性氧化溶液通過(guò)電解法再生達(dá)到循環(huán)利用。氧化反應(yīng)器3-2的出氣端與常閉電磁閥7的進(jìn)氣端連接，常閉電磁閥7的出氣端與負(fù)壓罐8連接，負(fù)壓罐8同時(shí)還與電接點(diǎn)真空壓力表9、真空泵10相連；所述傳感器探頭6、常閉電磁閥7、電接點(diǎn)真空壓力表9和真空泵10都與自控裝置11連接。本實(shí)施方式采用的連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1的總?cè)莘e22.0L，有效容積9.7L，加入粒徑0.3～0.5mm的顆粒狀活性炭2.2L，活性炭既增加生物量、減少污泥流失，也起強(qiáng)化攪拌作用。反應(yīng)器外側(cè)纏繞加熱裝置控制溫度35±1℃。運(yùn)行參數(shù)為，進(jìn)水COD/SO42-比值＝2.5～3.5∶1，水力停留時(shí)間(HRT)＝6.5～9.0h，SO42-容積負(fù)荷＝5.5～7.5Kg·SO42-/m3·d，出水堿度＝2500～3500mg/L，出水pH5.5-6.5?？刂埔陨蠀?shù)，既能夠保證硫酸鹽的去除率達(dá)85～95％，又使反應(yīng)混合液中硫化氫的分布比例較高。調(diào)節(jié)抽提流量使連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1內(nèi)氣體負(fù)壓力控制在-40～-60mm H2O柱時(shí)，負(fù)壓抽提前后，硫化物的轉(zhuǎn)化率由45～50％升高為65～70％、硫化氫的氣化率由3.5～4.5％升高為45～50％、出水中硫離子濃度由12～14mmol/L下降為6.5～7.5mmol/L。
本發(fā)明的工作原理如下(1)、硫酸鹽在連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1內(nèi)的生物還原硫酸鹽的生物還原是在產(chǎn)酸相實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)產(chǎn)酸菌與硫酸鹽還原菌等微生物的協(xié)同作用，最終將硫酸鹽還原為硫化物。該過(guò)程可簡(jiǎn)單表述為
產(chǎn)酸相反應(yīng)混合液的pH值一般在pH5.5-6.5間，所以，硫化物多以硫化氫的形式存在。
(2)硫化氫的氣/液分離。通過(guò)負(fù)壓抽提作用實(shí)現(xiàn)氣/液分離，根據(jù)水溶液中揮發(fā)性物質(zhì)的氣相/液相平衡關(guān)系，氣相中的硫化氫被抽出系統(tǒng)會(huì)加速液相中硫化氫的氣化速率，提高整個(gè)硫酸鹽還原系統(tǒng)的硫化物轉(zhuǎn)化率。同時(shí)，反應(yīng)混合液中硫化氫的減少緩解了對(duì)微生物毒性和產(chǎn)物抑制作用，有利于微生物活性提高。另外，氣/液分離也是對(duì)硫化氫的純化和濃縮。
(3)硫化氫的氧化。氧化在氧化反應(yīng)器中進(jìn)行，氧化劑為鹽酸介質(zhì)的三氯化鐵溶液，化學(xué)反應(yīng)如下
單質(zhì)硫與氧化溶液可進(jìn)行沉淀分離，分離的單質(zhì)硫用蒸餾水3次洗滌后純度達(dá)99.0％-99.9％，酸性氧化溶液通過(guò)電解法再生達(dá)到循環(huán)利用。
本發(fā)明的工作過(guò)程是連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1是生物還原硫酸鹽的場(chǎng)所，在連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1內(nèi)有厭氧活性污泥，厭氧活性污泥中含有大量產(chǎn)酸菌和硫酸鹽還原菌，硫酸鹽被還原并產(chǎn)生大量硫化氫和二氧化碳?xì)怏w，連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1起著硫化氫發(fā)生器的作用。負(fù)壓罐8內(nèi)的壓力始終維持在一定負(fù)壓力范圍，由真空泵10和電接點(diǎn)真空壓力表9聯(lián)合控制，負(fù)壓罐10內(nèi)的壓力應(yīng)小于連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1內(nèi)氣體壓力。可以調(diào)節(jié)電接點(diǎn)真空壓力表9設(shè)定負(fù)壓罐8的負(fù)壓力范圍，當(dāng)負(fù)壓罐8的負(fù)壓力小于設(shè)定的下限時(shí)，真空泵10啟動(dòng)，負(fù)壓罐8的負(fù)壓力增加，當(dāng)負(fù)壓力達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，真空泵10關(guān)閉。這樣調(diào)節(jié)的目的是使負(fù)壓罐8中的壓力始終保持小于連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1中的氣體壓力。U型壓力計(jì)4內(nèi)裝有一定量的導(dǎo)電溶液(飽和KCl)，通過(guò)調(diào)整傳感器探頭6與液面的相對(duì)高度能夠控制連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1內(nèi)的氣體壓力，可以使連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1在負(fù)的氣體壓力下連續(xù)工作。氧化反應(yīng)器3內(nèi)裝有酸性氧化溶液，該酸性氧化溶液的作用是將硫化氫氧化為單質(zhì)硫，限流閥5控制著硫化氫進(jìn)入氧化反應(yīng)器的流量，氧化反應(yīng)器3-1和氧化反應(yīng)器3-2進(jìn)行串聯(lián)可保障硫化氫全部被氧化。隨著連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1中產(chǎn)生的硫化氫和二氧化碳?xì)怏w不斷增加，U型壓力計(jì)4的左側(cè)液柱逐漸升高，當(dāng)液面與傳感器探頭6剛剛接觸后，傳感器探頭6向自控裝置11發(fā)出信號(hào)，啟動(dòng)常閉電磁閥7，負(fù)壓罐8負(fù)壓抽提氧化反應(yīng)器3，氧化反應(yīng)器3中的氣體壓力降低，從而導(dǎo)致連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器1中的硫化氫和二氧化碳?xì)怏w流向氧化反應(yīng)器3。硫化氫在氧化反應(yīng)器3中被酸性氧化溶液氧化為單質(zhì)硫，二氧化碳不被氧化直接經(jīng)真空泵10排出。
參照?qǐng)D2，自控裝置11包括24V直流變壓器11-1、交流接觸器J、時(shí)間繼電器J1、常開繼電器J2、常開繼電器J3和常閉繼電器J4，24V直流變壓器11-1的輸入端與220V電源相連、24V直流變壓器11-1的輸出端分別與接點(diǎn)J1-1和接點(diǎn)J2-1連接，接點(diǎn)J-1和接點(diǎn)J-2分別與220V電源的兩端連接，接點(diǎn)J-3和接點(diǎn)J-4分別與真空泵10的電機(jī)兩端連接，接點(diǎn)J-5與接點(diǎn)接點(diǎn)J-2、接點(diǎn)J3-1、接點(diǎn)J4-1連接，接點(diǎn)J-6與接點(diǎn)J3-4連接，接點(diǎn)J1-3與接點(diǎn)J-1連接，接點(diǎn)J1-2與接點(diǎn)J2-4連接，接點(diǎn)J1-4與接點(diǎn)J2-6連接，接點(diǎn)J2-2與接點(diǎn)J2-3連接，傳感器探頭6的兩端分別與接點(diǎn)J2-3和接點(diǎn)J2-6連接，接點(diǎn)J2-8、接點(diǎn)J2-7、接點(diǎn)J-2都連接220V電源一端，電磁閥7線圈的一端與220V電源連接、電磁閥7線圈的另一端與接點(diǎn)J2-5連接，接點(diǎn)J3-2、接點(diǎn)J3-3與電接點(diǎn)真空壓力表9的下限觸點(diǎn)D相連，接點(diǎn)J3-6與接點(diǎn)J4-4連接，接點(diǎn)J3-5與接點(diǎn)J4-3、電接點(diǎn)真空壓力表9的指針9-1相連接，接點(diǎn)J4-2與電接點(diǎn)真空壓力表9的上限觸點(diǎn)C連接，接點(diǎn)J4-3與接點(diǎn)J-1連接。
自控系統(tǒng)工作模式參照?qǐng)D3，當(dāng)U型壓力計(jì)4的左側(cè)液柱逐漸升高至與傳感器探頭6剛一接觸時(shí)，繼電器J2工作，開關(guān)JK21、JK22、JK23連通，時(shí)間繼電器J1開始記時(shí)，同時(shí)，電磁閥7的線圈通電，電磁閥7工作。當(dāng)時(shí)間繼電器J1記時(shí)結(jié)束時(shí)，常閉開關(guān)JK1被打開，繼電器J2斷電，開關(guān)JK21、JK22、JK23斷開。JK23斷開后，時(shí)間繼電器J1停止工作，常閉開關(guān)JK1閉合。
當(dāng)負(fù)壓罐8的負(fù)壓力逐漸降低，電接點(diǎn)真空壓力表9的指針9-1會(huì)漸漸向下移動(dòng)，當(dāng)指針9-1向下移動(dòng)到與電接點(diǎn)真空壓力表9的下限觸點(diǎn)D接觸時(shí)，繼電器J3通電，開關(guān)JK31、JK32閉合。JK31閉合后，交流接觸器J被聯(lián)通，開關(guān)JK閉合，真空泵10的電機(jī)接通，真空泵10開始工作，負(fù)壓罐8的負(fù)壓力逐漸增加，指針9-1漸漸向上移動(dòng)。當(dāng)指針9-1移動(dòng)到與電接點(diǎn)真空壓力表9的上限觸點(diǎn)C接觸上時(shí)，繼電器J4被聯(lián)通，常閉開關(guān)JK4打開，繼電器J3斷電，開關(guān)JK31、JK32斷開。JK31斷開后，交流接觸器J停止工作，開關(guān)JK打開，真空泵10的電機(jī)停止工作。隨著負(fù)壓罐8的負(fù)壓力逐漸降低，指針9-1漸漸離開觸點(diǎn)C向下移動(dòng)，線路重新回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，它包括連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器(1)，其特征在于連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器(1)依次與氧化反應(yīng)器(3)和負(fù)壓抽提系統(tǒng)(2)連通，所述連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器(1)的出氣管路(1-1)上，并聯(lián)著U型壓力計(jì)(4)和限流閥(5)，U型壓力計(jì)(4)的另一端安裝傳感器探頭(6)，限流閥(5)的后端串聯(lián)兩個(gè)氧化反應(yīng)器(3-1)和氧化反應(yīng)器(3-2)，氧化反應(yīng)器(3-2)的出氣端與常閉電磁閥(7)的進(jìn)氣端連接，常閉電磁閥(7)的出氣端與負(fù)壓罐(8)連接，負(fù)壓罐(8)同時(shí)還與電接點(diǎn)真空壓力表(9)、真空泵(10)相連；所述傳感器探頭(6)、常閉電磁閥(7)、電接點(diǎn)真空壓力表(9)和真空泵(10)都與自控裝置(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，其特征在于所述自控裝置(11)包括24V直流變壓器(11-1)、交流接觸器(J)、時(shí)間繼電器(J1)、常開繼電器(J2)、常開繼電器(J3)和常閉繼電器(J4)，24V直流變壓器(11-1)的輸入端與220V電源相連、24V直流變壓器(11-1)的輸出端分別與接點(diǎn)(J1-1)和接點(diǎn)(J2-1)連接，接點(diǎn)(J-1)和接點(diǎn)(J-2)分別與220V電源的兩端連接，接點(diǎn)(J-3)和接點(diǎn)(J-4)分別與真空泵(10)的電機(jī)兩端連接，接點(diǎn)(J-5)與接點(diǎn)(J-2)、接點(diǎn)(J3-1)、接點(diǎn)(J4-1)連接，接點(diǎn)(J-6)與接點(diǎn)(J3-4)連接，接點(diǎn)(J1-3)與接點(diǎn)(J-1)連接，接點(diǎn)(J1-2)與接點(diǎn)(J2-4)連接，接點(diǎn)(J1-4)與接點(diǎn)(J2-6)連接，接點(diǎn)(J2-2)與接點(diǎn)(J2-3)連接，傳感器探頭(6)的兩端分別與接點(diǎn)(J2-3)和接點(diǎn)(J2-6)連接，接點(diǎn)(J2-8)、接點(diǎn)(J2-7)連接并同時(shí)與接點(diǎn)(J-2)連接220V電源一端，電磁閥(7)的線圈一端與220V電源連接、另一端與接點(diǎn)(J2-5)連接，接點(diǎn)(J3-2)、接點(diǎn)(J3-3)與電接點(diǎn)真空壓力表(9)的下限觸點(diǎn)(D)相連，接點(diǎn)(J3-6)與接點(diǎn)(J4-4)連接，接點(diǎn)(J3-5)與接點(diǎn)(J4-3)、電接點(diǎn)真空壓力表(9)的指針(A)相連接，接點(diǎn)(J4-2)與電接點(diǎn)真空壓力表(9)的上限觸點(diǎn)(C)連接，接點(diǎn)(J4-3)與接點(diǎn)(J-1)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，其特征在于連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器(1)的運(yùn)行參數(shù)為，進(jìn)水COD/SO42-＝2.5～3.5∶1，HRT＝6.5～9.0h，SO42-容積負(fù)荷＝5.5～7.5Kg·SO42-/m3·d，出水堿度＝2500～3500mg/L，出水pH＝5.5～6.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，其特征在于調(diào)節(jié)負(fù)壓抽提系統(tǒng)(2)使連續(xù)流完全混合攪拌槽式反應(yīng)器(1)內(nèi)氣體負(fù)壓力控制在-40～-60mm H2O柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硫酸鹽廢水“生物-物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，其特征在于氧化反應(yīng)器(3)內(nèi)氧化溶液組成為HCl/FeCl3＝(5.5～6.5)/(3.0～4.0)mol/L。
全文摘要
硫酸鹽廢水“生物－物化”法制備高純度單質(zhì)硫的設(shè)備，涉及污水處理領(lǐng)域。在硫酸鹽廢水處理領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)硫的資源化是亟待解決的問(wèn)題，現(xiàn)在并沒有對(duì)硫酸鹽廢水進(jìn)行工業(yè)化處理生產(chǎn)單質(zhì)硫的設(shè)備。本發(fā)明反應(yīng)器(1)依次與氧化反應(yīng)器(3)和負(fù)壓抽提系統(tǒng)(2)連通，反應(yīng)器(1)并聯(lián)著U型壓力計(jì)(4)，U型壓力計(jì)(4)上安裝傳感器探頭(6)，氧化反應(yīng)器(3－2)的出氣端與常閉電磁閥(7)連接，常閉電磁閥(7)與負(fù)壓罐(8)連接，負(fù)壓罐(8)與電接點(diǎn)真空壓力表(9)、真空泵(10)相連；所述傳感器探頭(6)、常閉電磁閥(7)、電接點(diǎn)真空壓力表(9)和真空泵(10)都與自控裝置(11)連接。本發(fā)明在處理硫酸鹽廢水的同時(shí)，連續(xù)、自動(dòng)地進(jìn)行單質(zhì)硫的制備生產(chǎn)；單質(zhì)硫的純度高，減少二次污染。
文檔編號(hào)C01B17/06GK1544313SQ20031010768
公開日2004年11月10日 申請(qǐng)日期2003年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月11日
發(fā)明者任南琪, 劉廣民, 王愛杰, 丁杰, 王旭, 杜大仲, 唐婧 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)