一种利用厌氧膜生物反应器制备H制造技术

本发明专利技术应用厌氧膜生物反应器制取气态和液态H

【技术实现步骤摘要】
一种利用厌氧膜生物反应器制备H2S处理重金属废水和污酸的方法
本专利技术涉及一种利用厌氧膜生物反应器稳定、高效、低成本、大规模制备H2S气体并用于重金属废水及冶炼行业污酸中有毒重金属硫化沉淀脱除的方法，属于废水处理、固废处置和环境微生物技术交叉领域。
技术介绍
重金属废水指含有汞、铅、铬、镉、砷、铜、镍、锌、钴等一种或多种重金属离子的工业废水。不同于有机类毒物，重金属在自然界中不能降解，因此具有更大的潜在环境危害和健康威胁。选矿、冶炼、电子、仪表、电镀、酸洗、化工、电池生产、机械制造等诸多行业都产生重金属废水，故其水质复杂多变、排放量巨大、来源广泛。通常重金属废水中不仅含有多种金属离子，还含有各种有机物、氟氯硫磷氮阴离子以及不同浓度的氢离子(单一酸或混合酸)，如冶金行业硫酸制备产生的污酸和不锈钢酸洗产生的酸洗废水等。包括污酸和酸洗废水在内的重金属废水的处理处置技术也多种多样，包括物理法(如离子交换，活性炭吸附，膜分离)、化学法(如化学沉淀，氧化还原，溶剂萃取)、生物法(生物絮凝，生物吸附、生物还原)。其中，化学沉淀法因其极强的水质适应性成为应用最广的处理工艺。石灰沉淀法应用廉价易得的石灰石/石灰乳辅以无机/有机高分子絮凝剂，可同时中和废水酸度并去除有毒金属，是重金属废水处理处置的主流工艺。但该工艺产生大量的涉重危废污泥，需要很高的无害化处置费用；此外，酸碱中和消耗很多药剂，不但增加了处理成本而且酸回用可能完全丧失。与石灰沉淀法相比，硫化钠沉淀法大幅减低了废渣产生量，而且在去除有毒金属的同时保留了酸；但生成的钠盐又为酸的回用造成了困扰。H2S通气沉淀法在高效硫化沉淀脱除有毒金属的同时对废水水质不产生任何影响，为酸回用创造了有条件；但当前主流的H2S化学制备工艺通过催化裂解甲醇生成H2，后者与硫磺激烈反应所得。该化学制备工艺虽然速度快、效率高、产率大；但高爆中间物生成以及氢气-硫磺高反应使得制备过程存在极大安全风险，对于过程防泄漏和防腐蚀带来很大挑战。国内几个示范工程都由于存在安全隐患和泄露腐蚀方面的问题而不得不中止或停止运行。硫酸盐还原菌(SRB)是一类以小分子有机物为电子供体、以SO42-为电子受体的古生菌。该类菌群在厌氧环境中氧化小分子有机物得到NADH/NADPH，后者还原SO42-生成大量H2S，此过程释放的能量用于菌株生长繁殖和其他生理活动。厌氧条件下SRB和产甲烷菌争夺小分子碳源；但通过pH调节、温度调控、搅拌方式改变、添加微量生长调理剂等可以抑制产甲烷菌生长并促进SRB的优势生长，从而大幅提高H2S产率。选择廉价、易得、广谱的有机碳源生物还原SO42-，绿色、安全、低成本、高效率生物制备H2S气体替代化学制备对于污酸和重金属废水的硫化沉淀脱除具有非常重要的意义。当前，硫酸盐还原菌生物制备硫化氢并用于废水重金属的硫化沉淀脱除已成为环境科学和工程应用研究的热点课题。但长期以来，厌氧生化系统中SRB密度低、活性低、优势度差，导致H2S(S2-)产率低、稳定性差、金属去除效率难以保证。研究表明，5-10mM硫源如硫代硫酸盐或亚硫酸盐所产H2S(S2-)的最高浓度为0.5mM，即H2S(S2-)产率只有10％。当前，国内外学者积极研发各种固定化技术以提高SRB的菌体密度和H2S(S2-)的产率。另一方面，生物硫化沉淀通常是向重金属废水中加入硫酸盐和小分子有机物并接入SRB，一旦H2S(S2-)生成即和废水中重金属形成沉淀得以去除。但由于重金属离子和其它有毒物质强烈的生物毒性，导致SRB生长减弱、活性减低、硫化氢产率减小、重金属脱除效能严重下降。目前，将硫化氢生物制取和重金属硫化沉淀相分离是生物硫化沉淀技术研究的另一重点。膜生物反应器(membranebioreactor，MBR)是一种将膜分离技术与生物处理技术相结合的废水处理系统。微滤膜孔径为0.1-0.5微米，在微负压条件下即可实现细菌的高效截留和高通量出水。通过膜的高效截留作用在反应器内获得高密度、高活性、高稳定微生物菌群；通过膜的高效透过作用获得高标准、低残留出水水质。利用膜的高效分离特性取代活性污泥法的二沉池，大幅减低了传统活性污泥法的占地面积；利用膜的高效截留作用可使硝化菌完全保留在生物反应器内，赋予反应器完全硝化功能，因此好氧MBR在市政污水活性污泥处理中得到广泛应用。但运用厌氧MBR制取H2S(S2-)并生物硫化沉淀脱除废水重金属尚未见报道。通过厌氧MBR的高效截留作用大幅提高反应器中SRB的种群密度，通过厌氧MBR的水力停留时间(HydraulicRetentionTime，HRT)调节获得高活性和高稳定的SRB种群，通过优化厌氧MBR中有机碳源类型/浓度、硫酸盐类型/浓度、COD/SO42-、pH、温度、搅拌方式等营养培养条件获得SRB的优势生长和H2S/HS-/S2-的高产率、高稳定和连续制取。针对具有酸回收价值的高酸度重金属废水如冶炼行业污酸和不锈钢加工行业酸洗废水，生物制取H2S气体并通入废水实现硫化沉淀脱除重金属；针对不具有酸回收价值的低酸度甚至中性重金属废水生物制取含H2S/HS-/S2-生物培养液并直接和废水混合实现硫化沉淀脱除有毒金属。
技术实现思路
本专利技术目的通过厌氧MBR截留富集功能获得高密度、高活性、高稳定SRB菌群；通过过程调控和条件优化实现SO42-的高效生物还原以及气态H2S/含H2S/HS-/S2-生物培养液的快速、稳定、持续生物制备；将气态H2S/含H2S/HS-/S2-生物培养液通入/混入高酸度/低酸度重金属废水实现微生物介导生物硫化沉淀脱除有毒金属。本专利技术目的通过下列技术方案得以实现。一种利用厌氧MBR制备H2S(S2-)硫化沉淀脱除废水重金属的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配置液体培养基。培养基组分包括：2.5-25g/L乳酸或丙酮酸或乙酸或乙醇或葡萄糖或淀粉或餐厨垃圾浆糊或食品废水或酿酒废水或淀粉废水或制糖废水等高浓度有机易生物降解废水，2.5-25g/LNa2SO4或CaSO4或MgSO4(以SO42-计)，0.2-2.0g/LNH4Cl或NH4NO3或KNO3或NaNO3，0.1-1.0g/LKH2PO4或K2HPO4或Na3PO4，0.05-0.5g/LCaCl2或MgCl2和FeCl2，0.05-0.5g/L酵母浸粉，5-50mg/L抗坏血酸，溶剂为自来水或河湖水或中水或轻工废水，培养基pH4.0-8.0。(2)液体培养基的脱氧和转移。电力或蒸汽加热液体培养基至100℃并保持20-30分钟后降至室温，或通入氮气(0.5-2个溶液体积/小时)5-20分钟。脱氧后的液体培养基自流或泵入厌氧MBR之中，再次通入氮气5-10分钟保证厌氧MBR所有空间隔绝空气(氧气)。(3)厌氧MBR的接种和SBR菌群的生长。厌氧MBR(附图1)是圆柱形密闭容器，顶部收窄与一个管道连接以负压收集溢出的气态H2S，该气态H2S通入高酸度重金属废水用于硫化沉淀脱除有毒金属和酸回收。厌氧MBR安装上搅拌或下搅拌用于MBR的慢速搅拌(10-30转/分钟)，电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用厌氧膜生物反应器制备H

【技术特征摘要】
1.一种利用厌氧膜生物反应器制备H2S硫化沉淀处理重金属废水和污酸的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：液体培养基的配置和脱氧；
步骤二：厌氧MBR的接种和SBR菌群的生长；
步骤三：厌氧MBR中气态和液态H2S的连续稳定制取；
步骤三：气态和液态H2S用于污酸和重金属废水的硫化沉淀处理。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厌氧MBR中膜组件或内置或外置，膜类型包括平板膜、管式膜、卷式膜或中空纤维膜，膜的孔径为微滤或纳滤，膜的材质是聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯或陶瓷等有机、无机或复合膜。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述厌氧MBR是不与空气联通的密闭容器；脱氧液体培养基通过自流或泵送输入MBR之中；厌氧MBR通过膜组件泵出含H2S(S2-)的培养液；厌氧MBR上端收窄用于气态H2S的负压抽排或自行排出。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：厌氧MBR之中接入SRB菌群，接种浓度为5％-20％(v/v)，SRB菌群包含Desulfovbriosp.、Clostridiaceaesp.、Proteiniphilumsp.、Geotogasp.和Sphaerochaetasp.等多种硫酸盐还原菌。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：液体培养基包括2.5-25g/L乳酸或丙酮酸或乙酸或乙醇或葡萄糖或淀粉或餐厨垃圾浆糊或食品废水或酿酒废水或淀粉废水或制糖废水等高浓度有机易生物降解废水，2.5-25g/LNa2SO4或CaSO4或MgSO4(以SO42-计)，0.2-2.0g/LNH4Cl或NH4NO3或KNO3或NaNO3，0.1-1.0g/LKH2PO4或K2HPO4或Na3PO4，0.05-0.5g/LCaCl2或M...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛宝平，祁诗月，董凯，王佳，陈吉，苗雅慧，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11