內循環三相好氧流化床用于廢水脫硫
摘要：采用內循環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，總存在一個最佳曝氣量，使反應器的處理效率達到92%以上；HRT的減小、進水硫化物濃度的增加會降低硫化物的去除率；增加曝氣量會提高反應器的去除能力；進水pH在7.5～8.5變化時對處理效果沒有明顯的影響；尾氣中硫化物損失比率與出水硫化物濃度呈正相關，與進水pH有一定關系；反應器出水呈乳白色渾濁狀時，處理效果最好。
近年來，煙氣的微生物脫硫技術與含硫酸鹽廢水的厭氧處理工藝迅速發展，產生大量的硫化物留在廢水中，對環境造成嚴重危害。本文采用人工合成的含硫廢水來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三相流化床反應器去除硫化物并將其轉化為單質硫的工藝特性，對生物脫硫的效果及主要影響因素進行研究，控制條件使硫化物主要被氧化成單質硫從而對其進行回收。
1材料與方法
1.1試驗裝置
采用內循環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碳源，加尿素、NaH2PO4以保證微生物生長，配制比例為COD:N:P=100:5:1，馴化階段加入微生物生長需要的微量元素。
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法和快速排泥掛膜法，但密閉循環法掛膜需要設置循環池和循環泵，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時間，采用快速排泥掛膜法。取實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后開始連續進料。
2結果與討論
流化床連續進水4d后，載體表面開始有生物膜生長，此后15d內，反應器的水力停留時間（HRT）從3.7h降低到1h，進水硫化物（S2-）從50mg·L-1提高到120mg·L-1，進水COD控制在250～300mg·L-1之間，曝氣量從75L·h-1提高到90L·h-1，進水pH控制在7.5～8.5之間。反應器運行到第19d時，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硫顆粒，出水pH升高0.5左右。同時，根據顯微鏡觀察，發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，說明生物膜馴化成功。從第20d起反應器正常運行，開始正式試驗。試驗廢水溫度為18～21℃，進水COD確定為350mg·L-1左右。試驗分為五個階段，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階段研究進水pH的改變對反應器處理效果的影響，第Ⅴ階段研究進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12d，第Ⅴ階段歷時20d。反應器整體運行情況見表1。
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2.1硫化物容積負荷與曝氣量
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硫化物容積負荷直接影響著無色硫細菌的生長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，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行第一步生成單質硫，同時進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，對于反應器來說，在一定范圍內任意一個給定的硫化物容積負荷，都可以通過改變曝氣量，提高硫化物的去除率，同時S占氧化產物的比例也比較高。
反應器運行過程中，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，說明反應器具有很好的抗沖擊性。
結論
(1)內循環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，即給定某個HRT、進水硫化物濃度、曝氣量和進水pH值，都可以通過調整，使得反應器處理硫化物的去除率達到95%以上，同時氧化產物中S占的比例超過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，當反應器運行良好時，反應器內所需要的硫化物容積負荷和曝氣量具有正相關性。
(4)隨著硫化物被氧化，反應器內pH值會升高，其升高值由單質硫生成量決定。
(5)尾氣中H2S含量與出水硫化物濃度是正相關的，另外與反應器的pH值有一定關系。
(6)反應器進水硫化物濃度高或者曝氣量小時，會出現出水SO42-濃度比進水SO42-濃度低的情況。
(7)反應器出水的形態與操作條件密切相關，只有在出水呈乳白色渾濁狀時，反應器的處理效果才好，單質硫生成率也高。
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