[發明專利]一種利用厭氧膜生物反應器制備H2

在審

• 申請號: 202010927972.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112028237A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 辛寶平;祁詩月;董凱;王佳;陳吉;苗雅慧
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C02F3/28
• 分類號: C02F3/28;C02F3/34;C02F101/20;C02F101/22
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本發明應用厭氧膜生物反應器制取氣態和液態H₂S，分別用于高酸度重金屬廢水(冶煉行業污酸和不銹鋼行業酸洗廢水)和低酸度(中性)重金屬廢水(電鍍廢水和電池生產廢水)中有毒金屬離子的硫化沉淀脫除。通過膜的高效截留作用和營養培養條件調控大幅提高了厭氧MBR反應器中SRB種群濃度，解決了傳統工藝SRB生長緩慢且難以優勢生長的難題，從而增加了H₂S(S^2?)的產收率。同時該發明將厭氧MBR高效、穩定、持續的H₂S(S^2?)生物制備和廢水中重金屬硫化沉淀去除相耦合，隔絕了SRB與有毒金屬離子的直接接觸，不但消除了有毒金屬對SRB的毒害而且提高了H₂S(S^2?)的產收率，顯著改善了重金屬的硫化沉淀脫除效能。

技術領域

本發明涉及一種利用厭氧膜生物反應器穩定、高效、低成本、大規模制備H₂S氣體并用于重金屬廢水及冶煉行業污酸中有毒重金屬硫化沉淀脫除的方法，屬于廢水處理、固廢處置和環境微生物技術交叉領域。

背景技術

重金屬廢水指含有汞、鉛、鉻、鎘、砷、銅、鎳、鋅、鈷等一種或多種重金屬離子的工業廢水。不同于有機類毒物，重金屬在自然界中不能降解，因此具有更大的潛在環境危害和健康威脅。選礦、冶煉、電子、儀表、電鍍、酸洗、化工、電池生產、機械制造等諸多行業都產生重金屬廢水，故其水質復雜多變、排放量巨大、來源廣泛。通常重金屬廢水中不僅含有多種金屬離子，還含有各種有機物、氟氯硫磷氮陰離子以及不同濃度的氫離子(單一酸或混合酸)，如冶金行業硫酸制備產生的污酸和不銹鋼酸洗產生的酸洗廢水等。

包括污酸和酸洗廢水在內的重金屬廢水的處理處置技術也多種多樣，包括物理法(如離子交換，活性炭吸附，膜分離)、化學法(如化學沉淀，氧化還原，溶劑萃取)、生物法(生物絮凝，生物吸附、生物還原)。其中，化學沉淀法因其極強的水質適應性成為應用最廣的處理工藝。石灰沉淀法應用廉價易得的石灰石/石灰乳輔以無機/有機高分子絮凝劑，可同時中和廢水酸度并去除有毒金屬，是重金屬廢水處理處置的主流工藝。但該工藝產生大量的涉重危廢污泥，需要很高的無害化處置費用；此外，酸堿中和消耗很多藥劑，不但增加了處理成本而且酸回用可能完全喪失。

與石灰沉淀法相比，硫化鈉沉淀法大幅減低了廢渣產生量，而且在去除有毒金屬的同時保留了酸；但生成的鈉鹽又為酸的回用造成了困擾。H₂S通氣沉淀法在高效硫化沉淀脫除有毒金屬的同時對廢水水質不產生任何影響，為酸回用創造了有條件；但當前主流的H₂S化學制備工藝通過催化裂解甲醇生成H₂，后者與硫磺激烈反應所得。該化學制備工藝雖然速度快、效率高、產率大；但高爆中間物生成以及氫氣-硫磺高反應使得制備過程存在極大安全風險，對于過程防泄漏和防腐蝕帶來很大挑戰。國內幾個示范工程都由于存在安全隱患和泄露腐蝕方面的問題而不得不中止或停止運行。

硫酸鹽還原菌(SRB)是一類以小分子有機物為電子供體、以SO₄^2-為電子受體的古生菌。該類菌群在厭氧環境中氧化小分子有機物得到 NADH/NADPH，后者還原SO₄^2-生成大量H₂S，此過程釋放的能量用于菌株生長繁殖和其他生理活動。厭氧條件下SRB和產甲烷菌爭奪小分子碳源；但通過 pH調節、溫度調控、攪拌方式改變、添加微量生長調理劑等可以抑制產甲烷菌生長并促進SRB的優勢生長，從而大幅提高H₂S產率。選擇廉價、易得、廣譜的有機碳源生物還原SO₄^2-，綠色、安全、低成本、高效率生物制備H₂S氣體替代化學制備對于污酸和重金屬廢水的硫化沉淀脫除具有非常重要的意義。