生物法处理含硫酸盐酸性废水及回收单质硫工艺

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1、生物法处理含硫酸盐酸性废水及回收单质硫工艺　　　化工、制药、金属加工和采矿等工业部门排出的废水中以及用某些固体脱硫剂去除烟气中SO2时固体脱硫剂再生废液中都含有高浓度的硫酸盐。特别是硫化系矿山在开采过程中所含的硫化物被氧化为硫酸而产生的酸性矿山废水中含有高浓度的硫酸盐。我国北方酸性矿井水主要分布在陕、宁、鲁和内蒙等省区。我国南方煤矿大部分为高硫煤，特别是川、贵、桂等省区，矿井水多呈酸性，pH值最低至2.5～3.0，其硫酸盐含量高达3000mg/L。含硫酸盐酸性废水不经处理直接排入水体使受纳水体酸化，降低pH

2、，危害水生生物，并产生潜在腐蚀性。含硫酸盐酸性废水也会破坏土壤结构，减少农作物产量。酸性矿山废水的污染是一个全球性问题，因此酸性矿山废水处理受到国内外学者的广泛关注。目前，国内外处理酸性矿山废水主要采用石灰石或石灰作中和剂的中和法处理。该法的严重缺点是中和产生巨量难以处置的固体废弃物硫酸钙(石膏)，产生严重的二次污染［１］。湿地法是国内外近年来研究的一种新处理工艺。但由于湿地法占地面积大，处理程度受环境影响很大，而且由于残余硫化氢从土壤中逸出污染大气环境，因此湿地法在应用上有很大的局限性［２］。

3、由于中和法和湿地法的明显缺陷和局限，利用自然界硫循环原理的生物法处理酸性矿山废水技术就成为研究的前沿课题［３］。生物法处理酸性矿山废水的基本原理就是在厌氧条件下利用硫酸盐还原菌(SulfateReductionBacteria,SRB)使SO42-还原为H2S，再用化学法或生物法将H2S氧化为单质硫，进而从水中回收紧缺物资单质硫。由于单质硫的回收，使处理本身产生环境社会效益的同时又具有一定的经济效益。　　只有当存在电子供体时SRB才能将SO42-还原为H2S。酸性矿山废水中有机物含量通常很低，所以利用

4、SRB还原SO42-的关键是选择技术可行、经济合理的碳源物质［４］。一些学者曾采用过多种碳源对SRB还原SO42-进行了研究，这些碳源物质有乙酸、糖蜜、乙醇、发生炉煤气、H2/CO/CO2混合气体、初沉池污泥、剩余活性污泥、橡胶废水以及经过气提的乳清废水。上述碳源或由于成本高或由于SO42-还原能力低，限制了生产上的应用。生活垃圾来源充足方便，生活垃圾酸性发酵成本低廉，发酵产物挥发脂肪酸浓度高，因此生活垃圾酸性发酵产物有可能成为利用SRB生物处理含SO42-废水的经济合理的碳源，使生物处理含SO42-

5、酸性废水工艺经济可行。用垃圾酸性发酵产物作SRB碳源还原SO42-处理含SO42-酸性废水国内外尚未见其他人的有关报道。　　课题组通过三年的实验室研究提出了以生活垃圾酸性发酵产物为硫酸盐还原菌碳源的生物法处理含硫酸盐酸性废水及单质硫回收工艺路线。其工艺流程如图1。以生活垃圾酸性发酵产物为硫酸盐还原菌碳源生物法处理含硫酸盐酸性废水及单质硫回收的研究分为四个部分：(1)生活垃圾酸性发酵的产酸特性研究；(2)以生活垃圾酸性发酵产物为碳源，利用硫酸盐还原菌处理含硫酸盐酸性废水的研究；(3)利用无色硫细菌生物氧化硫化

6、物生成单质硫的研究；(4)无色硫细菌生物氧化硫化物出水中单质硫的回收。　　现将四个部分的研究结果总结如下：1　生活垃圾的产酸发酵[5]　　对于垃圾的厌氧产酸发酵，研究报道很少。研究者多是关注垃圾厌氧发酵过程中产酸阶段结束时挥发有机酸的浓度及由产酸阶段进入产甲烷阶段中间存在的停滞期的长短[6]。研究生活垃圾酸性发酵的特点，目的是为SRB处理含硫酸盐酸性废水寻找一种新的经济碳源。试验中取太原理工大学北区生活垃圾进行酸性发酵研究。其成分为塑料4.6%，纸张7.6%，无机成分7.8%，易于生物分解的厨房垃圾80.0

7、%。采用手工分拣、粉碎的厨房垃圾作酸性发酵原料，其粉碎粒度为0.5～1.0cm。经测定，试验所用生活垃圾含水率为67.4%，挥发性固体含量为29.6%。一次投料批量运行小试研究结果表明：生活垃圾产酸发酵可以在较低的pH值(4.35～4.45)和较高的氧化还原电位(+200～+340mV)下进行。酸性发酵最佳固体浓度为15%。采用无回流CSTR反应器进行生活垃圾产酸发酵时，进料固体浓度为15%，最佳HRT为30d。连续126d稳定运行结果表明，反应器中VFA浓度稳定在18g/L左右，VFA产率为0.361gV

8、FA/(L·d)或22.54gVFA/(kg垃圾·d)。　2　以生活垃圾酸性发酵产物为碳源，利用SRB还原硫酸盐[6]　　在温度为35℃时，利用以陶粒为填料的上向流厌氧滤池研究了以生活垃圾中温发酵产物为碳源生物还原SO42-的影响因素和反应器的还原能力。研究结果表明：通过反应器出水回流可以防止SO42-还原产物H2S对SRB的抑制作用并可以提高进入反应器酸性废水的pH值，最佳回流比为50∶1。作为SRB碳源的VF