Nuevo proceso para la eliminación de sulfatos mediante reacción anaeróbica
En los últimos años, debido al desarrollo de la industria ligera, la medicina y otras industrias, es necesario tratar con urgencia una gran cantidad de aguas residuales industriales que contienen altas concentraciones de sulfatos, como las aguas residuales de la fabricación de papel y cítricos. aguas residuales ácidas, etc. Los principales problemas causados por la presencia de sulfato en las aguas residuales orgánicas industriales incluyen: las altas concentraciones de sulfato inhiben fuertemente las bacterias metanogénicas (MPB), dificultando el proceso de digestión; en segundo lugar, se vierten grandes cantidades de aguas residuales con sulfato en cuerpos de agua gravemente contaminados; No solo produce sulfuro de hidrógeno corrosivo y oloroso, también puede dañar directamente la salud humana y afectar el equilibrio ecológico. Se propone un nuevo proceso para el tratamiento de aguas residuales sulfatadas, que consta principalmente de un reactor anaeróbico de dos fases y un tanque de reacción de microelectrólisis. Las bacterias reductoras de sulfato (SRB) se utilizan para reducir el SO42- a sulfuro, y luego se combinan con Fe2+ en la celda de reacción de microelectrólisis para formar precipitación de FeS para eliminar la mayor parte del sulfato, de modo que el proceso de metanogénesis de la reacción anaeróbica posterior no sea interrumpido. inhibido.
1 Comparación y evaluación de procesos
En el pasado, los principales métodos para tratar aguas residuales que contienen sulfuros y sulfatos son:
(1) Controlar el valor del pH del líquido de digestión Afecta el grado de disociación del H2S. El sulfuro que inhibe la digestión anaeróbica es principalmente H2S no ionizado. A medida que aumenta el pH, la concentración de H2S sindicalizado disminuye y por tanto su toxicidad disminuye en consecuencia. En términos generales, el valor del pH está en el rango de 7,5 ~ 8,0.
(2) El proceso de digestión anaeróbica de dos etapas utiliza un proceso de digestión anaeróbica de dos etapas. En la primera etapa se controlan las condiciones ambientales adecuadas de las bacterias productoras de ácido, y los productos son principalmente ácidos grasos inferiores y H2S. El efluente se elimina a través de un dispositivo de eliminación de H2S y en la segunda etapa se realiza la fermentación del metano con metano como producto principal.
(3) La adición de inhibidores de SRB inhibe principalmente la actividad de SRB y reduce la cantidad de bacterias que normalmente participan en el proceso de producción de hidrógeno y producción de acetato.
Para el método (1), controlar el valor del pH es muy difícil y complicado porque requiere una monitorización constante y un control muy preciso. Este método es difícil de promover, requiere una gran cantidad de productos químicos y tiene altos costos operativos. El propósito del segundo método es eliminar el sulfato antes del segundo tratamiento anaeróbico, lo cual depende de la capacidad reductora del sistema anaeróbico anterior y del funcionamiento del sistema anaeróbico. Debido a la complejidad del dispositivo de eliminación de H2S y la dificultad de funcionamiento real, no se puede garantizar el efecto del tratamiento. En el método (3), aunque se suprime la producción de H2S añadiendo un inhibidor, también se suprime la actividad de MPB, lo que reduce la producción de metano.
Todos los procesos mencionados anteriormente tienen sus propias deficiencias y dificultades prácticas, por lo que es necesario proponer un nuevo proceso más práctico. El proceso es una combinación de un reactor anaeróbico de dos fases y microelectrólisis. El sulfato se reduce principalmente a sulfuro mediante bacterias reductoras de sulfato (SRB) y luego se combina con Fe2+ en la celda de reacción de microelectrólisis para formar precipitación de FeS para eliminar la mayor parte del sulfato, de modo que el proceso de metanogénesis en el reactor anaeróbico posterior no se inhiba. y Agregar instalaciones de reflujo mejora la tasa de conversión de sulfato. El flujo del nuevo proceso se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Nuevo flujo de proceso
1 Rejilla gruesa y fina 2 Tanque de sedimentación de coagulación 3 El primer tanque de reacción de microelectrólisis 4 Tanque de sedimentación
5 El primer tanque anaeróbico Reactor 6 Segunda piscina de reacción de microelectrólisis 7 Segundo reactor anaeróbico
2 Características y principios de la nueva tecnología
2.1 Función
El propósito de todo el proceso Se divide la reacción anaeróbica en dos etapas para eliminar eficazmente el sulfato, mejorar la biodegradabilidad y reducir la DQO y la DBO. El primer reactor anaeróbico convierte el sulfato en sulfuro, que luego se elimina en la segunda celda microelectrolítica. La eliminación del sulfuro efluente elimina la inhibición secundaria de MPB y crea condiciones adecuadas para la digestión anaeróbica de materia orgánica en el segundo reactor anaeróbico. Además, se agregó una instalación de reflujo al proceso, principalmente porque cuando el agua entrante contiene un alto contenido de sulfato, el reflujo puede reducir la concentración de sulfato y aumentar la tasa de reducción de sulfato.
2.2 Principio
2.2.1 Según la teoría de la corrosión de materiales metálicos en solución acuosa, la primera celda de reacción de microelectrólisis sabe que cualquier forma de corrosión debe ocurrir entre los electrodos. Hay corriente que fluye entre ellos. El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono, por lo que cuando las limaduras de hierro fundido se sumergen en agua, se forma un circuito eléctrico completo y la corriente fluye a través de la superficie. La electricidad fluye en miles de pequeñas microbaterías, en las que el hierro puro se convierte en ánodo y se corroe, y el carbono en cátodo. En condiciones ácidas, las principales reacciones son las siguientes:
Reacción anódica: Fe-2efe2+
Reacción catódica: 2 h++2eh2 =
En este proceso , Para oxidar Fe2+ a Fe3+, el primer tanque de reacción de microelectrólisis se airea y luego se produce una reacción redox:
4Fe2++O2+2H2O4 Fe3++4OH- (oxidación por aireación)
Fe3++3OH-Fe (OH) 3↓ (floculación de neutralización)
El Fe(OH)3 producido al neutralizar el nuevo Fe3+ ecológico con cal es un coagulante coloidal. La capacidad de adsorción es mayor. que el del método de hidrólisis química general, de modo que los sólidos suspendidos originales en las aguas residuales, la materia insoluble producida por la microelectrólisis y la materia orgánica que constituye el color son adsorbidos y condensados.
2.2.2 Tanque de coagulación y sedimentación
Su función es separar aún más parte de los sólidos residuales en suspensión, parte de la materia orgánica y parte de la materia orgánica producida en la primera micro -tanque de reacción de electrólisis mediante mezcla, floculación y sedimentación del flóculo de Fe(OH)3, evitando que entre al primer reactor anaeróbico y eliminando al mismo tiempo parte de la DQO.
2.2.3 El primer reactor anaeróbico
La reducción de sulfato se completa bajo la acción de SRB (las bacterias reductoras de sulfato son una bacteria anaeróbica obligada). Los hidrógenos y los acetógenos se encuentran entre los cuatro. Poblaciones microbianas que desempeñan un papel importante en la digestión anaeróbica. En un entorno anaeróbico libre de sulfatos, la SRB funciona como una bacteria acetogénica productora de hidrógeno. Durante la digestión anaeróbica en estado estacionario, los MPB (metanógenos) utilizan hidrógeno y ácido acético, los metabolitos de las bacterias acetogénicas y productoras de hidrógeno, para producir metano y dióxido de carbono. Cuando el sulfato está presente en la digestión anaeróbica, la SRB no sólo tiene la función de convertir ácidos orgánicos y ácido acético mediante bacterias acetogénicas productoras de hidrógeno, sino que también tiene la propiedad de reducir el sulfato a H2S. Durante el proceso de digestión anaeróbica con sulfato, todo el hidrógeno molecular que MPB puede reducir para generar metano es utilizado de manera competitiva por SRB, bloqueando así la reacción de reducción del dióxido de carbono para generar metano. El sulfato se reduce a sulfuro bajo la acción de SRB, que es un proceso de domesticación de lodos. Cuando la concentración de sulfuro supera los 100 mg/l, inhibe directamente la función de los metanógenos. Cuando el contenido de SO42 en el agua cruda es alto (≥400 mg/L), puede convertirse en altas concentraciones de sulfuro, lo cual es inevitable. Por lo tanto, el primer reactor anaeróbico se utiliza para convertir la mayor parte del sulfato en sulfuro.
2.2.4 La segunda celda de reacción de microelectrólisis
La segunda celda de reacción de microelectrólisis es un dispositivo cerrado, que evita principalmente que el oxígeno del aire ingrese al sistema anaeróbico posterior. órgano de reacción, inhibiendo así las reacciones anaeróbicas. El agua que contiene una gran cantidad de sulfuro del primer reactor anaeróbico ingresa al segundo tanque de reacción de microelectrólisis y se combina con Fe2+ para formar precipitación de FeS;
? Fe2++S2-FeS↓
? Ksp=6,3×1018?
Esto elimina el efecto inhibidor del sulfato sobre el MPB y asegura el buen funcionamiento del segundo reactor anaeróbico. Además, hay un dispositivo de corte en el tanque de reacción para que el sedimento no salga del tanque de reacción.
2.2.5 El segundo reactor anaeróbico
El S2- producido por el sulfato en el agua entrante se elimina en la etapa anterior, reduciendo la concentración de sulfato en el segundo reactor anaeróbico, la inhibidora. Se elimina el efecto sobre la reacción anaeróbica y el reactor puede funcionar sin problemas. El proceso de producción de biogás se desarrolla sin problemas y la DQO y la DBO se eliminan en gran medida.
3 Verificación de prueba de nueva tecnología
3.1 Verificación de la distribución de agua en el laboratorio
Se midió que el contenido de SO42 en las aguas residuales domésticas era de 38 ~ 44 mg/L. y el valor experimental fue 40 mg/L, después de agregar Na2SO4, el contenido de SO42- en el agua cruda se ajusta al valor entero en la Tabla 1. Los datos de la prueba se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Resultados de la prueba de distribución de agua
SO42-concentración de agua de entrada (mg/L) SO42-concentración de efluente del primer tanque anaeróbico (mg/L) SO42-tasa de conversión (%) Efluente del primer tanque anaeróbico (mg/L) Efluente del segundo tanque microelectrolítico (mg/L) Tasa de eliminación (%)
1000 396,0 60,40 194,6 12,7 93,47
1205 11,8 57,35 190,4 13.1 93.12
1500 670.2 55.32 200.1 13.4 93.30
1800 894.96 50.28 196.7 14.3 92.73
3.2 Verificación final del proceso de efluente
Basado en In Para la distribución de agua se utilizó una prueba de aguas residuales de una fábrica farmacéutica, aguas residuales biofarmacéuticas y el 30% de las aguas residuales domésticas. Los datos de la prueba se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2 Resultados de las pruebas de aguas residuales biofarmacéuticas más aguas residuales domésticas
Tasa de eliminación total del efluente del tanque de sedimentación de agua cruda, el primer tanque anaeróbico, el segundo tanque de microelectrólisis y el efluente del segundo tanque anaeróbico (% )
Demanda química de oxígeno (mg/L) 1860 1302,8 1004,6 883,13 204,7 88,99
Demanda bioquímica de oxígeno (mg/L) 672 706,5 642,4 667,1 114,6 82,95
SO42-(mg/L)1275 1264,4 521,7 17.1.16.2 98,73
SS(mg/L)984 470,35 361,6 143,2 95,5 90,29
Croma (X)1360 575,28 464,5 182,5. 7 93,48
Los datos anteriores se miden sin abrir el dispositivo de reflujo. Cuando la concentración de sulfato en el agua entrante es muy alta, el dispositivo de reflujo se enciende para aumentar la tasa de conversión de sulfato, reduciendo así la concentración de sulfato y suavizando la posterior reacción del reactor anaeróbico.
Estos resultados experimentales sientan una base teórica para futuras investigaciones y prácticas de ingeniería de este nuevo proceso para el tratamiento de aguas residuales orgánicas con sulfato de alta concentración.
4 Conclusiones
(1) El nuevo proceso de reducción de sulfato-desulfuración por microelectrólisis-reacción anaeróbica puede eliminar eficazmente el impacto de altas concentraciones de sulfato sobre los metanógenos (MPB), logrando el nivel anaeróbico. El proceso de reacción de metanogénesis no se inhibe.
(2) Al utilizar la tecnología de microelectrólisis, el equipo es simple, el costo operativo es bajo y el efecto de eliminación de DQO y croma es bueno. Puede mejorar en gran medida la biodegradabilidad de las aguas residuales y crear condiciones favorables. tratamiento bioquímico posterior. Después de que la segunda celda microelectrolítica se haya utilizado durante un período de tiempo, se puede regenerar con ácido diluido y reutilizar.
(3) A juzgar por el análisis teórico y los datos de pruebas a pequeña escala, este proceso es técnica y económicamente factible, pero su valor práctico debe ser verificado mediante investigaciones y prácticas más profundas.