用于含硫化氢的废水和地下水的生物硫化物氧化的非汽提式生物反应器制造技术

提出从地下水和工业水中生物脱除污染物如硫化物的方法。将一部分生物反应器流出水再循环至生物反应器并且硫化物氧化细菌通过生物氧化将水中的硫化物氧化以产生可溶性硫酸盐。本发明专利技术使用填充床生物反应器配置，其使用填料材料以使硫化物氧化细菌的浓度最大化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于含硫化氢的废水和地下水的生物硫化物氧化的非汽提式生物反应器优先权声明本申请要求2016年4月20日提交的美国申请No.62/324969的优先权，其内容全文经此引用并入本文。专利技术背景本专利技术大体上涉及从水中脱除污染物的方法。本专利技术更具体涉及从高盐度地下水和工业废水中生物脱除硫化物的方法。有环境意识的行业不断致力于从污染水中脱除污染物以使该水在地面层面和消费层面都安全的目标。政府监管机构建立许多常见工业污染物的限值。这些限值倾向于变严格，因为污染物减少和脱除技术行之有效地实现先前建立的要求。因此，地面和消费层面的水在纯度和安全性方面继续改进。在用于减少和脱除污染物的方法中，生物除污(bioremediation)构成有效和合意的技术。在广义上，生物除污包括使用作为食物源消化污染物，包括氮和碳化合物的微生物。细菌代谢可以将污染物转化成具有简单化学结构的代谢产物，在需氧过程中转化成二氧化碳和水，或在厌氧过程中转化成甲烷。在任何方面中，由细菌产生的代谢产物通常没有不良环境影响。在水力压裂或“压裂”(增强从含有机物的页岩矿床中采收天然气的技术)中使用大量水导致限制使用地上和来自饮用地下水的淡水储备。使用非饮用深层地下水盐水进行压裂不会对这些淡水储备造成负担，但其引入新的挑战，尤其是就盐水中存在的高硫化氢水平而言。已经开发出几种化学工艺，包括化学氧化或汽提/吸附技术以从废水中脱除硫化物，但它们往往相对昂贵并且不合意地需要大量的时间、机械和高运行成本。污泥处置是生物处理系统的主要运行成本之一。在悬浮生长系统中使用产生元素硫的硫氧化细菌产生大量固体，其有助于元素硫固体和生物固体的污泥形成。在生物反应器中通过化学无机营养菌(chemolithotrophicbacteria)氧化硫化物以脱除硫化物需要氧气。通常通过将空气直接鼓到生物反应器中供氧。但是，空气曝气会导致在细菌将硫化物生物化学氧化成元素硫或可溶性硫酸盐之前从水相中大量汽提出硫化氢。另外，汽提出的硫化物需要从排气中大量洗涤。因此，需要以成本和时间有效的方式从废水中脱除硫化物的改进的方法和装置。也希望提供可用改进的生物工艺替代一些用于脱除硫化物的常规化学工艺并由此减少实施这些工艺所需的时间、机械和运行成本的此类方法和系统。专利技术概述本专利技术的一个实施方案是一种在生物反应器中从给水料流中脱除硫化物的方法，其中所述水料流含有基于元素硫1mg/L至2500mg/L的硫化合物，其包含使所述水料流经过含有固定在生物反应器内的填料材料上的有效量的自养专性化学无机营养菌的固定膜生物反应器。将来自生物反应器流出物的一部分再循环水再循环到所述生物反应器。将空气通入所述再循环水以使所述再循环水饱和溶解氧。将再循环水与给水料流混合以提供混合水料流。将硫化物氧化成硫酸盐。从生物反应器中取出包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水料流。本专利技术试图提供以成本和时间有效的方式在生物反应器中从水料流中脱除硫化物的方法。本专利技术的一个益处在于该硫化物生物氧化法比现有技术方法快。此外，本专利技术通过使含硫化物的水料流与氧饱和再循环水接触解决生物反应器中的汽提问题。该方法有利地避免汽提、固体分离和处置问题。在考虑下列详述、附图和所附权利要求书时更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。附图简述图1是本专利技术的一个实施方案的方法的示意图。图2是根据本专利技术的一个实施方案用于从废水中脱除污染物的生物活性部件的剖视图。专利技术详述在悬浮生长模式中使用细菌，尤其是光合细菌(photosyntheticbacteria)将硫化物氧化成元素硫的还原硫物类的微生物氧化是已知的。细菌已产生比通过分子氧非生物氧化硫化物有效几个量级的酶。本专利技术提供使用可将硫化物氧化成可溶性硫酸盐而非元素硫的非光合化学无机营养型硫氧化细菌的方法。将硫化物氧化成元素硫的细菌通常产生硫颗粒以将硫保留在生物质中。不同于大多数其它生物体，用于本专利技术的自养专性化学无机营养菌是从还原硫化合物的氧化获得代谢能量而非从有机化合物的氧化获得能量的一类细菌。它们就像光合生物那样通过将二氧化碳固定到有机化合物中生长。它们使用来自硫化物氧化的化学能而非光能实现这一生物化学步骤。下面显示该机制中涉及的生物化学过程：用于本专利技术的化学无机营养菌是专性(obligatory)耐盐和嗜酸的。可以在具有超过1％总盐度的盐浓度的海洋或盐环境中发现该细菌。选择本专利技术的细菌的最佳区域是在水/沉积物界面处，在此该细菌可接触到硫化物和氧气。用于本专利技术的自养专性化学无机营养菌可选自下列种类嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)、Thermithiobacillustepidarius、Sulfurimonasdenitrificans、Desulfocapsasulfoexigens，以及硫杆菌属(Thiobacillus)、盐硫杆状菌属(Halothiobacillus)、嗜酸菌属(Acidiphilium)、硫微螺菌属(Thiomicrospira)、硫化叶菌属(Sulfolobus)、酸菌属(Acidianus)、Sulfurisphaera和Sulfurococcus的一些种类。本专利技术的化学无机营养型硫氧化细菌可以完全和有效地将硫化物氧化成可溶性硫酸盐。本专利技术提供可用于使用专用生物载体和反应器设计从气体和水料流中除去有机物和硫化物的高性能生物反应器系统。该生物反应器系统可用于从下水道排气和在含金属的采矿废物的处理过程中形成的有机物中除去硫化物。本专利技术的生物反应器具有鲁棒性并提供从污染水中除去硫化物的成本有效的解决方案。本专利技术使用填充床生物反应器配置，其使用两种不同的填料材料。所用填料可以是双重或混合介质填料。根据本专利技术使用的填料能在生物反应器中积累高浓度的专性耐盐嗜酸性化学无机营养菌以产生微生物生物膜。该化学无机营养菌可在固定膜生物反应器中的双重填料材料中定殖至10,000mg/L固定生物质的高浓度。该生物反应器中所用的填料也将堵塞减至最低并能使硫化物和细菌之间的接触最大化。该混合介质填料可以是聚氨酯泡沫和塑料球环的混合物。硫化物氧化成元素硫导致形成碱性条件：HS-+1/2O2→S0+OH-含盐地下水中的碱性条件由于钙盐的形成而造成结垢。另一方面，硫化物被化学无机营养型硫氧化细菌氧化产生酸性条件，这有助于防止在高盐地下水中的结垢问题。本专利技术提供一种将细菌固定在高孔隙载体基质中的方法，其防止细菌流失以及减少离开生物反应器的固体。结垢问题的防止允许来自生物反应器的水不经任何附加后处理，如过滤直接用作用于压裂的补给水。通常通过空气曝气(airsparging)向生物反应器供氧。但是，空气曝气会导致在化学无机营养菌有机会将硫化物生物化学氧化成可溶性硫酸盐之前从水相中大量汽提出硫化氢。汽提出的硫化物需要从排气中大量洗涤。本专利技术有益地提供允许水再循环以防止生物反应器中的大量汽提的设计和方法。可以参照图1获得解决汽提问题的允许水再循环的装置和方法的一般理解。已通过删除在这种性质的方法中常规使用的大量装置，如容器内部构件、温度和压力控制系统、流量控制阀、再循环泵等(它们不是阐明本专利技术的性能具体需要的)简化图1。图1显示三个生物反应器作为代表，但本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在生物反应器中从给水料流中脱除硫化物的方法，其中所述水料流含有基于元素硫1mg/L至2500mg/L的硫化合物，其包含：(a)使所述水料流经过含有固定在所述生物反应器内的填料材料上的有效量的自养专性化学无机营养菌的固定膜生物反应器；(b)将来自生物反应器流出物的一部分再循环水再循环到所述生物反应器；(c)将空气通入所述再循环水以使所述再循环水饱和溶解氧；(d)将所述再循环水与所述给水料流混合以提供混合水料流；(e)将所述硫化物氧化以形成硫酸盐；和(f)从所述生物反应器中取出包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水料流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.20 US 62/324,9691.一种在生物反应器中从给水料流中脱除硫化物的方法，其中所述水料流含有基于元素硫1mg/L至2500mg/L的硫化合物，其包含：(a)使所述水料流经过含有固定在所述生物反应器内的填料材料上的有效量的自养专性化学无机营养菌的固定膜生物反应器；(b)将来自生物反应器流出物的一部分再循环水再循环到所述生物反应器；(c)将空气通入所述再循环水以使所述再循环水饱和溶解氧；(d)将所述再循环水与所述给水料流混合以提供混合水料流；(e)将所述硫化物氧化以形成硫酸盐；和(f)从所述生物反应器中取出包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水料流。2.权利要求1的方法，其中所述给水料流选自含盐地下水、压裂废水、含硫苛性废水、来自精炼或来自石油化学加工的酸性水、含硫下水道水和由厌氧消化池生成的酸性水及其混合物。3.权利要求1的方法，其中所述自养专性化学无机营养菌选自嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)、Thermithiobaci...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·S·卢普顿，W·谢里丹，
申请(专利权)人：环球油品公司，
类型：发明
国别省市：美国,US