[发明专利]一种基于膜生物反应器用含硫磺污泥制备稀硫酸的方法

摘要

本发明涉及一种含硫磺污泥生物氧化绿色、连续、高效制备稀硫酸的资源化处理方法，属于危险固体废物资源化处置利用技术领域。本发明目的是为了彻底解决含硫磺污泥不能填埋和焚烧的行业难题，利用自养硫/铁氧化菌株(菌群)在膜生物反应器中高密度生长和高速率氧化，完成含硫磺污泥高效脱硫的无害化处置和稀硫酸快速制备的资源化利用。对于高毒性的含硫磺污泥通过水洗预处理和选育高耐受菌群，显著改善硫/铁氧化菌株的生长活性和氧化活性，大幅提高对含硫磺污泥的脱硫效率和制酸速率。产出的稀硫酸(pH0.75‑1.0)可用于碱性固废的中和反应或含重金属危废/固废的有价金属浸提回收；脱硫磺污泥则可用于砖瓦、路基和混凝土等生产。

主权项

1.一种基于膜生物反应器用含硫磺污泥制备稀硫酸的方法，其特征在于：步骤一、含硫磺污泥的水洗预处理。不同来源的含硫磺污泥含水率和有毒物质含量差别很大。视污泥有毒物质含量高低和微生物毒性大小，分别实施不处理或水洗预处理。水洗预处理按1∶4‑1∶10(v/w)进行水洗，1‑4次；水洗液为河水或自来水或再生水。水洗后的含硫磺污泥经压滤实现固液分离后备用。步骤二、高耐受硫/铁氧化菌株选育。借助紫外线照射、微波辐射和亚硝基胍等物理、化学和复合手段诱变各种硫/铁氧化菌株包括氧化硫硫杆菌、氧化亚铁硫杆菌和嗜铁钩端螺旋菌等；并通过梯度驯化定向选育获取可耐受不同来源含硫磺污泥毒性且以其为唯一/主要能源生长的高耐受硫/铁氧化菌群。步骤三、基于膜生物反应器生物氧化实现含硫磺污泥脱硫和稀硫酸不连续制备(1)配制微生物培养液。培养液包括：KH₂PO₄，0.25‑2.0g/L；Na₂HPO₄，0.25‑2.0g/L；KNO₃，0.25‑1.0g/L；(NH₄)₂SO₄，0.25‑1.0g/L；MgSO₄，0.1‑0.5g/L；CaCl₂，0.05‑0.25g/L；硫代硫酸钠，4.0～40.0g/L；含硫磺污泥或水洗预处理样(干基)，20.0～200.0g/L；黄铁矿，1.0～10.0g/L。溶剂为自来水、再生水或河水，自然pH值。(2)含硫磺污泥的生物脱硫和稀硫酸间歇外排。向膜反应器(有效容积10‑200m³)中注入含有污泥(或水洗预处理)的微生物培养液，并接种高抗毒的硫/铁氧化菌群(1.0％‑5％，v/v)。在一定温度(25℃‑40℃)、曝气(溶解氧40％‑100％饱和度)和搅拌(20‑80转/分)的运行条件下，检测体系pH，ORP，Fe²⁺，Fe³⁺和菌株浓度的变化，培养大约5‑25天后pH减至0.75‑1.0、Fe²⁺浓度达到50‑200mg/L、Fe³⁺浓度达到100‑400mg/L、菌株浓度达到(1.0‑4.0)×10⁹/mL，开启连接膜组件的自吸泵抽取pH 0.75‑1.0的稀硫酸或通过离心机和压滤机实现污泥和稀酸的分离(50％‑75％，v/v)。补加无机盐培养液于膜反应器之中以填充稀硫酸液的外排开路，启动第二次脱硫和产酸；待pH减至0.75‑1.0后进行第二次排酸。以此循环，直至污泥中的硫磺浓度达到脱毒所需的设计阈值。(3)将达到脱毒阈值的脱硫污泥排出，并用石灰中和其中的酸度至一类固废的pH要求。向腾空的膜生物反应器中注入含有新鲜污泥的微生物培养液，并接种高抗毒的硫/铁氧化菌群进行第二批含硫磺污泥的脱硫和制酸。步骤四、基于膜生物反应器生物氧化实现含硫磺污泥脱硫和硫酸连续制备(1)配制微生物培养液。培养液包括：KH₂PO₄，0.25‑2.0g/L；Na₂HPO₄，0.25‑2.0g/L；KNO₃，0.25‑1.0g/L；(NH₄)₂SO₄，0.25‑1.0g/L；MgSO₄，0.1‑0.5g/L；CaCl₂，0.05‑0.25g/L；硫代硫酸钠，4.0～40.0g/L；含硫磺污泥或水洗预处理样(干基)，20.0～200.0g/L；黄铁矿，1.0～10.0g/L。溶剂为自来水、再生水或河水，自然pH值。(2)含硫磺污泥的生物脱硫和稀硫酸连续外排。向膜反应器(有效容积10‑200m³)中注入含有污泥(或水洗预处理)的微生物培养液，并接种高抗毒的硫/铁氧化菌群(1.0％‑5％，v/v)。在一定温度(25℃‑40℃)、曝气(溶解氧40％‑100％饱和度)和搅拌(20‑80转/分)的运行条件下，检测体系pH，ORP，Fe²⁺，Fe³⁺和菌株浓度的变化，培养大约5‑25天后pH减至0.75‑1.0、Fe²⁺浓度达到50‑200mg/L、Fe³⁺浓度达到100‑400mg/L、菌株浓度达到(1.0‑4.0)×10⁹/mL，同时开启连接无机盐培养液储罐的进水泵和连接膜组件的自吸泵(出水泵)。控制出水流速以确保连续方式外排稀酸pH值稳定在0.8‑1.0；同时保持进水和出水的平衡以实现稀酸的稳定连续制备，每天制备稀酸体积为1.0‑4.0倍反应器有效容积)。生物脱硫和同步制酸连续运行5‑20天后产酸效率显著减低，污泥硫磺去除率达到85％‑95％。(3)借助膜组件自吸泵、离心机或压滤机将脱硫污泥和酸性培养液分离，并用石灰中和其中的酸度至一类固废的pH要求。向腾空的膜生物反应器中注入含有新鲜污泥的微生物培养液，并接种高抗毒的硫/铁氧化菌群进行第二批含硫磺污泥的生物脱硫和连续制酸。