一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置及方法与流程

1.本发明涉及一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置及方法，属于污水处理技术领域。


背景技术：

2.目前大部分科学研究及工程应用利用硫自养反硝化脱氮技术进行污水深度脱氮，硫自养反硝化脱氮技术是以硫化钠(na2s)、硫代硫酸钠(na2s2o3)和单质硫(s)等还原态硫源为电子供体，co
32-、hco
3-、co2作为无机碳源，在缺氧环境下将no
3-‑
n还原为n2的一种新型的自养反硝化技术。在运行过程中无需投加碳源，具有脱氮效率高、避免cod二次污染、运行成本低等特点。但是，仍存在以下问题：
3.在硫自养反硝化脱氮过程中，会产生硫化物、硫酸盐等副产物，其中硫化物包括硫化氢、硫氢根离子、硫离子等，若污水中含有no
3-‑
n，则no
3-‑
n会与硫化氢、硫氢根离子、硫离子等硫化物进一步发生反应生成n2，从而抑制硫化氢的产生。但是当no
3-‑
n浓度低至0mg/l时，硫化氢、硫氢根离子、硫离子等硫化物就会与h
+
结合形成h2s，h2s会从水中逸散到空气中，形成恶臭污染。
4.h2s硫化氢，具有强烈的臭鸡蛋恶臭气味，不仅直接危害人体健康，而且在污水中还会腐蚀设备、管道和仪表等，因此，解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的相关研究备受关注。然而，现有方法主要是将产生的硫化氢气体进行收集，进入除臭装置通过吸附、中和、氧化等方法进行去除，存在投资大、成本高、二次污染等问题，更重要的是没有从根源上抑制硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置及方法。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明首先提供一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，包括反应器、进水管、进水泵、plc控制柜、硝酸盐探头、溶解氧探头、鼓风机、电磁阀、空气管道、出水管；
6.所述反应器为柱形容器，优选的，可以是圆柱形容器、四棱柱形容器；所述鼓风机与所述plc控制柜连接，所述plc控制柜由信号线连接硝酸盐探头和溶解氧探头，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均从所述反应器的顶部伸入反应器内部；
7.应当理解，所述鼓风机、plc控制柜均位于所述反应器外部，优选的，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头可通过信号线悬挂在反应器内部；所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头分别是用于测量反应器内部的硝酸盐浓度和溶解氧浓度的探头。
8.所述空气管道一端连接所述鼓风机，另一端穿过所述反应器的内壁并伸入反应器内部，所述空气管道两侧对称设置有多个配气管，每个所述配气管设置有朝向反应器底部的一个或多个布气管；所述电磁阀设置在所述空气管道且位于所述反应器外部，所述电磁阀与所述plc控制柜连接；选用电磁阀的原因是实现plc对电磁阀的自动控制；所述进水管上设置有进水泵、硫加药泵、碱度加药泵。
9.在本发明中，所述反应器底部为反应器距离地面高度最小的部分，所述反应器顶部为反应器距离地面高度最大的部分；
10.应当理解，所述空气管道可以是用于通空气的任何常见管道，所述空气管道两侧指的是垂直于空气通入方向的两侧，配气管以空气管道为对称轴在空气管道两侧对称布置，所述配气管、布气管均为长度小于空气管道的管件且均与所述空气管道连通；所述电磁阀用于鼓风机关闭状态下将反应器内部与外界隔绝，防止通过空气管道泄露反应器内污水。
11.在所述反应器内部，所述空气管道、所述配气管、所述布气管均位于1/20-1/15反应器高度的高度空间内，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均位于大于1/2反应器高度的高度空间内；
12.在本发明中，所述反应器高度指的是反应器顶部距离反应器底部的垂直距离，所述高度空间指的是特定比例的反应器内部的高度区间内形成的垂直柱形空间，优选的，所述空气管道、配气管、布气管位于1/20-1/15反应器高度的高度空间内；优选的，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均位于3/4反应器高度的位置。
13.所述空气管道与所述反应器底部之间的高度空间与所述进水管连通，所述空气管道上设置有电磁阀；所述硝酸盐探头、所述溶解氧探头与所述顶部之间的高度空间与所述出水管连通。
14.本发明还提供一种基于解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置的使用方法，包括如下步骤：
15.步骤一：由进水泵、硫加药泵、碱度加药泵分别向反应器内通入含有硝酸盐的污水、硫和碳酸氢钠碱度物质，进行硫自养反硝化脱氮反应；
16.理论上，硫自养反硝化脱氮反应过程中，反应器内微生物以硫单质作为电子供体，碳酸氢钠碱度物质作为无机碳源，在缺氧环境下将no
3-‑
n还原为n2，硝酸盐会被逐渐去除。在这个过程中，会产生硫化物、硫酸盐等副产物，其中硫化物包括硫化氢、硫氢根离子、硫离子等，污水中含有的硝酸盐会与硫化物进一步发生反应生成n2，从而抑制硫化氢的产生。
17.通过硝酸盐探头实时监测反应器内污水中硝酸盐浓度，当监测到硝酸盐浓度下降至0mg/l时，污水中就不会含有硝酸盐，无法进一步与硫化物发生反应生成n2，这时反应器内污水中的硫化物就会与污水中h
+
结合形成硫化氢；为解决反应器内污水中硫化氢的产生，通过plc控制柜控制依次打开电磁阀和鼓风机，通过空气管道向反应器内通入空气，使得反应器内的硫化氢与空气中的氧气发生反应，生成硫单质和水，从而硫化氢被初步去除；这样的做法不仅解决了污水中已产生的硫化氢问题，还会产生硫单质，硫单质可以作为硫自养反硝化脱氮所需的电子供体，实现资源回收再利用；
18.同时，随着空气的通入，反应器内由缺氧环境(即溶解氧浓度为0)变成兼氧环境(即溶解氧浓度介于0-0.5mg/l范围内且非0)，兼氧环境对硫自养反硝化缺氧脱氮效果起到一定抑制效果，使得污水中的硝酸盐无法完全去除和硝酸盐浓度逐渐上升，利用浓度逐渐上升的硝酸盐与硫化氢发生反应并生成n2，实现了进一步去除硫化氢。
19.考虑到在解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的问题过程中不破坏硫自养反硝化缺氧脱氮效果，进一步设计了如下步骤，一方面是监控溶解氧浓度不高于0.5mg/l以确保反应器内部不会变成好氧环境(即溶解氧浓度大于0.5mg/l)，在鼓风机和电磁阀关闭后
便于反应器内缺氧环境和硫自养反硝化脱氮效果的快速恢复；另一方面，监控硝酸盐浓度不高于4mg/l以确保反应器出水硝酸盐浓度处于较低水平，实现污水深度脱氮。
20.步骤二：随着空气的持续通入，当plc控制柜监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时关闭鼓风机和电磁阀，进而反应器内污水中溶解氧浓度开始下降，当plc控制柜监测到溶解氧浓度达到0mg/l，反应器内由兼氧环境变成缺氧环境，开始进行硫自养反硝化脱氮反应，硝酸盐继续被消耗从而浓度降低，反应器内微生物以硫单质作为电子供体，碱度作为无机碳源，在缺氧环境下将污水中no
3-‑
n还原为n2；
21.步骤三：随着反应器内硫自养反硝化脱氮反应的进行，plc控制柜实时监测硝酸盐浓度，当监测到反应器内污水中硝酸盐浓度低于2mg/l时，重新打开电磁阀和鼓风机；
22.步骤四：随着空气的通入，由于硫自养反硝化缺氧脱氮效果受到一定抑制效果和污水通过进水泵持续进入反应器内，反应器内污水中硝酸盐浓度会逐渐上升；当plc控制柜再次监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时依次关闭电磁阀和鼓风机，重复步骤二至步骤三，从而始终保持硝酸盐浓度维持在2mg/l以上，确保反应器内始终有no
3-‑
n，会与硫化氢、硫氢根离子、硫离子等硫化物进一步发生反应生成n2，从而解决和避免硫化氢的产生。
23.本发明的有益效果：
24.1、本发明利用氧气少量时硫化氢与氧气反应生成硫单质和水的原理，不仅解决了污水中已产生的硫化氢问题，还会产生硫单质，可以作为硫自养反硝化脱氮所需的电子供体，实现资源回收。
25.2、本发明利用氧气少量时可将硫自养反硝化脱氮系统环境由缺氧环境变成兼氧环境的原理，实现对硫自养反硝化脱氮效果的抑制，让污水中携带的硝酸盐无法完全被去除，即使得硫自养反硝化脱氮系统残留一定量的硝酸盐，进而，残留的硝酸盐会与硫化氢进一步发生反应生成n2，从而从根源上解决了硫化氢产生的问题；同时，也保证了深度脱氮的效果。
26.3、本发明装置上设置了硝酸盐、溶解氧监测仪表和plc控制柜，根据硝酸盐浓度、溶解氧浓度，plc实时启停鼓风机和电磁阀，具有实时监测、自动控制优势，确保不会有硫化氢产生的问题。
27.4、本发明装置及其使用方法从根源上彻底解决了硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的问题，不需要像传统方法那样增加除臭装置，既实现了资源回收再利用，又不会对空气造成恶臭污染。
附图说明
28.图1为本发明的一种实施方式中整体结构主视图。
29.图2为本发明的一种实施方式中一种反应器中的配气管结构俯视图。
30.图3为本发明的一种实施方式中另一种反应器中的配气管结构俯视图。
31.图中，1、反应器，2、进水管，3、进水泵，4、鼓风机，5、空气管道，6、电磁阀，7、配气管，8、布气管，9、硝酸盐探头，10、溶解氧探头，11、信号线，12、plc控制柜，13、出水管，14、硫加药泵，15、碱度加药泵。
具体实施方式
32.实施例1
33.如图1所示，本发明首先提供一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，包括反应器1、进水管2、进水泵3、、鼓风机4、空气管道5、电磁阀6、配气管7、布气管8、硝酸盐探头9、溶解氧探头10、信号线11、plc控制柜12、出水管13、硫加药泵14、碱度加药泵15。
34.所述鼓风机4与所述plc控制柜12连接，所述plc控制柜12由两根信号线11连接硝酸盐探头9和溶解氧探头10，所述硝酸盐探头9和所述溶解氧探头10均从所述反应器1的顶部伸入反应器1内部。
35.如图2、图3所示，所述反应器1可以是圆柱形容器或四棱柱形容器；所述空气管道5一端连接所述鼓风机4，另一端穿过所述反应器1的内壁并伸入反应器1内部，所述空气管道5两侧在对称设置有多个配气管7，每个所述配气管7设置有朝向反应器底部的多个布气管8；所述电磁阀6设置在所述空气管道5且位于所述反应器1外部，所述电磁阀6与所述plc控制柜12连接。
36.在所述反应器1内部，所述空气管道5、配气管7均位于1/10反应器高度的位置，所述布气管8位于1/20-1/15反应器高度的高度空间内；所述硝酸盐探头9和所述溶解氧探头10均位于3/4反应器高度的位置。
37.所述空气管道5与所述反应器1底部之间的高度空间与所述进水管2连通，所述空气管道5上设置有进水泵3；所述硝酸盐探头9、所述溶解氧探头10与所述顶部开口之间的高度空间与所述出水管13连通。
38.所述进水管2上设置有进水泵3、硫加药泵14、碱度加药泵15。
39.实施例2
40.本发明还提供一种基于解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置的使用方法，包括如下步骤：
41.步骤一：由进水泵3、硫加药泵14、碱度加药泵15分别向反应器1内通入含有硝酸盐的污水、硫和碳酸氢钠碱度物质，进行硫自养反硝化脱氮反应；
42.理论上，硫自养反硝化脱氮反应过程中，反应器1内微生物以硫单质作为电子供体，碳酸氢钠碱度物质作为无机碳源，在缺氧环境下将no
3-‑
n还原为n2，硝酸盐会被逐渐去除。在这个过程中，会产生硫化物、硫酸盐等副产物，其中硫化物包括硫化氢、硫氢根离子、硫离子等，污水中的硝酸盐与硫化物进一步发生反应生成n2。
43.通过硝酸盐探头9实时监测反应器1内污水中硝酸盐浓度，当监测到硝酸盐浓度下降至0mg/l时，反应器1内污水中的硫化物与h
+
结合形成硫化氢；为解决反应器1内污水中硫化氢的产生，通过plc控制柜12控制依次打开电磁阀6和鼓风机4，通过空气管道5向反应器1内通入空气，使得反应器1内的硫化氢与空气中的氧气发生反应，生成硫单质和水，从而硫化氢被初步去除；这样的做法不仅解决了污水中已产生的硫化氢问题，还会产生硫单质，硫单质可以作为硫自养反硝化脱氮所需的电子供体，实现资源回收再利用；
44.同时，随着空气的通入，反应器1内由缺氧环境(即溶解氧浓度为0)变成兼氧环境(即溶解氧浓度介于0-0.5mg/l范围内且非0)，兼氧环境对硫自养反硝化缺氧脱氮效果起到一定抑制效果，使得污水中的硝酸盐无法完全去除和硝酸盐浓度逐渐上升，利用残留的硝酸盐与硫化氢发生反应并生成n2，实现了进一步去除硫化氢。
45.考虑到在解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的问题过程中不破坏硫自养反硝化缺氧脱氮效果，进一步设计了如下步骤，一方面是监控溶解氧浓度不高于0.5mg/l以确保反应器1内部变成好氧环境，在鼓风机4和电磁阀6关闭后便于反应器1内缺氧环境和硫自养反硝化脱氮效果的快速恢复；另一方面，监控硝酸盐浓度不高于4mg/l以确保反应器1出水硝酸盐浓度处于较低水平，实现污水深度脱氮。
46.步骤二：随着空气的持续通入，当plc控制柜12监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时关闭鼓风机4和电磁阀6，进而反应器1内污水中溶解氧浓度开始下降，当plc控制柜12监测到溶解氧浓度达到0mg/l，反应器1内由兼氧环境变成缺氧环境，开始进行硫自养反硝化脱氮反应，硝酸盐继续被消耗从而浓度降低，反应器1内微生物以硫单质作为电子供体，碱度作为无机碳源，在缺氧环境下将污水中no3‑‑
n还原为n2；
47.步骤三：随着反应器1内硫自养反硝化脱氮反应的进行，plc控制柜12实时监测硝酸盐浓度，当监测到反应器1内污水中硝酸盐浓度低于2mg/l时，重新打开电磁阀6和鼓风机4；
48.步骤四：随着空气的通入，由于硫自养反硝化缺氧脱氮效果受到一定抑制效果和污水通过进水泵持续进入反应器1内，反应器1内污水中硝酸盐浓度会逐渐上升；当plc控制柜12再次监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时依次关闭电磁阀6和鼓风机4，重复步骤二至步骤三，从而始终保持硝酸盐浓度维持在2mg/l以上，确保反应器1内始终有no3‑‑
n，会与硫化氢、硫氢根离子、硫离子等硫化物进一步发生反应生成n2，从而解决和避免硫化氢的产生。
49.虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

技术特征：
1.一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，其特征在于，包括反应器、进水管、进水泵、plc控制柜、硝酸盐探头、溶解氧探头、鼓风机、电磁阀、空气管道、出水管；所述反应器为柱形容器；所述鼓风机与所述plc控制柜连接，所述plc控制柜由信号线连接硝酸盐探头和溶解氧探头，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均从所述反应器的顶部伸入反应器内部；所述空气管道一端连接所述鼓风机，另一端穿过所述反应器的内壁并伸入反应器内部，所述空气管道两侧对称设置有多个配气管，每个所述配气管设置有朝向反应器底部的一个或多个布气管；所述电磁阀设置在所述空气管道且位于所述反应器外部，所述电磁阀通过信号线与所述plc控制柜连接；在所述反应器内部，所述空气管道、所述配气管、所述布气管均位于1/20-1/15反应器高度的高度空间内，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均位于大于1/2反应器高度的高度空间内；所述空气管道与所述反应器底部之间的高度空间与所述进水管连通，所述空气管道上设置有电磁阀；所述硝酸盐探头、所述溶解氧探头与所述顶部之间的高度空间与所述出水管连通；所述进水管上设置有进水泵、硫加药泵、碱度加药泵。2.根据权利要求1所述的一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，其特征在于，所述反应器为圆柱形容器。3.根据权利要求1所述的一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，其特征在于，所述反应器为四棱柱形容器。4.根据权利要求1所述的一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置，其特征在于，所述硝酸盐探头和所述溶解氧探头均位于3/4反应器高度的位置。5.一种基于权利要求1所述的一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：由进水泵、硫加药泵、碱度加药泵分别向反应器内通入含有硝酸盐的污水、硫和碳酸氢钠碱度物质，进行硫自养反硝化脱氮反应；通过硝酸盐探头实时监测反应器内污水中硝酸盐浓度，当监测到硝酸盐浓度下降至0mg/l时，反应器内污水中的硫化物与h
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结合形成硫化氢；通过plc控制柜控制依次打开电磁阀和鼓风机，通过空气管道向反应器内通入空气，使得反应器内的硫化氢与空气中的氧气发生反应，生成硫单质和水，从而硫化氢被初步去除；步骤二：随着空气的持续通入，当plc控制柜监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时关闭鼓风机和电磁阀；当plc控制柜监测到溶解氧浓度达到0mg/l，反应器内由兼氧环境变成缺氧环境，开始进行硫自养反硝化脱氮反应，硝酸盐继续被消耗从而浓度降低，反应器内微生物以硫单质作为电子供体，碱度作为无机碳源，在缺氧环境下将污水中no
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n还原为n2；步骤三：随着反应器内硫自养反硝化脱氮反应的进行，plc控制柜实时监测硝酸盐浓度，当监测到反应器内污水中硝酸盐浓度低于2mg/l时，重新打开电磁阀和鼓风机；步骤四：当plc控制柜再次监测到溶解氧浓度高于0.5mg/l或硝酸盐浓度高于4mg/l时依次关闭电磁阀和鼓风机，重复步骤二至步骤三。

技术总结
本发明涉及一种解决硫自养反硝化脱氮系统硫化氢产生的装置及方法，属于污水处理技术领域。本发明装置包括反应器、进水管、进水泵、PLC控制柜、硝酸盐探头、溶解氧探头、鼓风机、电磁阀、空气管道、出水管；本发明一方面利用氧气少量时，硫化氢与氧气反应生成硫单质，一方面将硫单质作为硫自养反硝化脱氮所需的电子供体，去除硫化氢的同时实现资源回收；另一方面，改变硫自养反硝化脱氮系统环境，由缺氧环境变成兼氧环境，从而对硫自养反硝化脱氮效果起到一定抑制效果，让污水中携带的硝酸盐无法实现完全去除，使硫自养反硝化脱氮系统残留一定量的硝酸盐，进而残留的硝酸盐会与硫化氢进一步发生反应生成N2，从而从根源上解决了硫化氢产生的问题。生的问题。生的问题。


技术研发人员：支尧 王燕 郑凯凯 王小飞 王志豪
受保护的技术使用者：无锡普汇环保科技有限公司
技术研发日：2023.07.17
技术公布日：2023/10/11