生物去除水中硫化物的方法技术

提供了一种从地下水和工业水中生物去除污染物如硫化物的方法。硫化物氧化细菌通过生物氧化而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料床生物反应器构造，其使用填料材料来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】生物去除水中硫化物的方法优先权声明本申请要求2015年12月17日提交的美国申请62/268,647的优先权，其内容通过引用整体并入本文。
本专利技术一般涉及从水中去除污染物的方法。更具体地说，本专利技术涉及从高盐度地下水和工业废水中生物去除硫化物的方法。背景环境意识型工业不断努力实现从污染水中去除污染物的目标，以使水在地下水级别和消费级别都安全。政府管制的机构为许多常见的工业污染物设定限制。由于污染物减少和清除技术在达到先前建立的要求方面证明是有效的，因此这些限制趋于变得更加严格。因此，地下水和消费级别的水在纯度和安全性方面不断改进。在用于减少和去除污染物的方法中，生物修复构成了有效和理想的技术。从广义上说，生物修复包括使用消化污染物作为食物来源的微生物，包括氮和碳化合物。菌代谢可以将污染物转化为具有简单化学结构的代谢物，在需氧方法中转化为二氧化碳和水，或者在厌氧方法中转化为甲烷。在任何方面，由菌产生的代谢产物通常不具有不利的环境影响。在水力破碎或“压裂”中使用大量的水，这是一种用于提高从含有机物的页岩沉积物中回收天然气的技术，导致地上水和来自饮用地下水的淡水储备使用的限制。使用非饮用深层地下水盐水进行压裂并不会对这些淡水储量造成压力，但它确实带来了新的挑战，特别是在盐水中存在高含量硫化氢方面。已经开发了几种化学工艺，包括用于从废水中去除硫化物的化学氧化或汽提/吸附技术，但是它们倾向于相对昂贵并且需要不理想的大量时间、机械和高运行成本。污泥处置是生物处理系统的主要运营成本之一。在悬浮生长系统中使用产生单质硫的硫氧化菌会产生大量的固体，这些固体有助于单质硫固体和生物固体的污泥形成。因此，需要一种以成本和时间效率的方式从废水中去除硫化物的改进方法和设备。还希望提供这样的方法和系统，其可以用改进的生物方法代替用于除去硫化物的一些常规化学方法，从而减少进行这些方法所需的时间、机械和操作成本。概要本专利技术的一个实施方案是在生物反应器中从水流中除去硫化物的方法，其中水流含有基于单质硫1mg/L-2500mg/L的硫化合物，包括将水流传送通过固定膜生物反应器，所述固定膜生物反应器含有有效量的固定在生物反应器内的填料材料上的自养专性无机化能营养菌。硫化物被氧化成硫酸盐。空气循环到生物反应器中以向菌提供氧气，并除去含有硫化物的空气，其中硫化物挥发成气相到空气中。一部分含有硫化物的空气被再循环到生物反应器中，以允许再循环空气中的残余硫化物被菌氧化。将包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水流从生物反应器中取出。本专利技术寻求提供一种以成本和时间有效的方式在生物反应器中从水流中除去硫化物的方法。本专利技术的益处在于硫化物的生物氧化方法比现有技术方法快并且产生可溶性硫酸盐而不是单质硫，其在从咸地下水中去除硫化物方面存在问题。该方法有利地避免了固体分离和处置问题。考虑到以下详细描述、附图和所附权利要求，本专利技术的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。附图的简要说明图1是本专利技术实施方案的方法的示意图。图2是根据本专利技术实施方案的用于从废水中去除污染物的生物活性组件的横截面图。详细说明通过使用菌，特别是光合作用细菌将硫化物氧化成悬浮生长模式的单质硫而将还原硫物质微生物氧化是已知的。细菌已经开发出比通过分子氧非生物氧化硫化物更高效的酶。本专利技术提供了一种使用非光合作用无机化能营养的硫氧化细菌的方法，其可将硫化物氧化成可溶性硫酸盐而不是单质硫。将硫化物氧化成单质硫的细菌经常产生硫颗粒，使得硫保留在生物质中。用于本专利技术的自养专性无机化能营养菌是一组细菌，与大多数其他有机体不同，它们从将还原硫化合物氧化而获得代谢能量，而不是从将有机化合物氧化而获得能量。它们通过将二氧化碳固定在有机化合物上而生长，就像光合作用有机体一样。他们利用来自硫化物氧化的化学能而不是光能来完成这一生物化学步骤。该机制涉及的生物化学方法如下：本专利技术中使用的无机化能营养菌是专性耐盐和嗜酸的。细菌可以在海水或盐水环境中发现，盐浓度超过总盐度的1％。选择本专利技术细菌的最佳区域是在水/沉积物界面，在那里细菌可以接触硫化物和氧气。本专利技术中使用的自养专性无机化能营养菌可以选自以下物种嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)，Thermithiobacillustepidarius，脱氮硫单胞菌(Sulfurimonasdenitrificans)，脱硫硫磺硫杆菌(Desulfocapsasulfoexigens)和一些物种的硫杆菌属，盐硫杆菌属(Halothiobacillus)，嗜酸杆菌属(Acidiphilium)，硫微螺菌属(Thiomicrospira)，硫化叶菌属(Sulfolobus)，酸菌属(Acidianus)，硫磺球形菌属(Sulfurisphaera)，和硫化小球菌属(Sulfurococcus)。本专利技术无机化能营养的硫氧化细菌可以充分和有效地将硫化物氧化为可溶性硫酸盐。本专利技术提供了一种高性能生物反应器系统，其可以用于使用专用生物载体和反应器设计从气流和水流中去除有机物和硫化物。生物反应器系统可用于从处理含金属采矿废料期间形成的下水道排放气体和有机体中去除硫化物。本专利技术生物反应器结实并且提供用于从污染水中去除硫化物的成本有效的解决方案。本专利技术使用使用两种不同填料材料的填料床生物反应器构造。所使用的填料可以是双或混合介质填料。根据本专利技术使用的填料允许在生物反应器中集结高浓度专性耐盐嗜酸性无机化能营养菌以在微生物生物膜中发育。无机化能营养菌可以定居在固定膜生物反应器中的双填料材料中，以达到10,000mg/L固定生物质的高浓度。生物反应器中使用的填料还可以最大限度地减少堵塞，并使硫化物和细菌之间的接触最大化。混合介质填料可以是聚氨酯泡沫和塑料球环的混合物。硫化物氧化成单质硫导致形成碱性条件：HS-+1/2O2→S0+OH-咸地下水中的碱性条件由于形成钙盐而导致结垢。另一方面，无机化能营养的硫氧化细菌对硫化物的氧化产生酸性条件，这有助于防止高盐度地下水中的结垢问题。本专利技术提供了一种将细菌固定在高度多孔载体基质中以防止细菌损失并且还减少离开生物反应器的固体的方法。防止结垢问题使得水从生物反应器直接用作补充水，用于压裂，而不需要任何额外的后处理如过滤。此外，当添加空气时，通常已知硫化物挥发成气相。硫化物通常汽提到气相中，为无机化能营养的硫氧化细菌提供氧气。来自大量空气的硫化物洗涤是有问题的并且是昂贵的。本专利技术有益地提供了允许空气再循环以防止系统中汽提硫化物损失的设计和方法。参考图1可以获得允许空气再循环以防止从系统中损失硫化物的装置和方法的一般理解。图1已通过删除在这种性质的方法中通常使用的大量装置而简化，例如容器内件，温度和压力控制系统，流量控制阀，循环泵等，对于说明本专利技术性能来说这些装置并非特别需要。图1显示了两个生物反应器作为代表，但是本专利技术方法不限于两个反应器。此外，在具体附图的实施方案中对本专利技术方法的说明并不意图将本专利技术限制于在此阐述的具体实施方案。固定化细胞生物反应器(ICB)100包括腔室102，腔室102包括用于接收进料的管线104中的第一入口和用于释放流出物的管线106中的第一出口。生物反应器的进料可以是含有硫化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在生物反应器中从水流中除去硫化物的方法，其中所述水流含有基于单质硫1mg/L‑2500mg/L的硫化合物，所述方法包括：(a)将所述水流传送通过固定膜生物反应器，所述固定膜生物反应器包含有效量的固定在所述生物反应器内的填料材料上的自养专性无机化能营养菌；(b)将所述硫化物氧化以形成硫酸盐；(c)将空气再循环到所述生物反应器以向所述自养专性无机化能营养菌提供氧气并且除去含有硫化物的空气，所述硫化物挥发成气相到空气中；(d)将所述含有硫化物的空气的至少一部分再循环到所述生物反应器，以使所述再循环空气中的残余硫化物被所述自养专性无机化能营养菌氧化；和(e)从所述生物反应器中除去包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.17 US 62/268,6471.一种在生物反应器中从水流中除去硫化物的方法，其中所述水流含有基于单质硫1mg/L-2500mg/L的硫化合物，所述方法包括：(a)将所述水流传送通过固定膜生物反应器，所述固定膜生物反应器包含有效量的固定在所述生物反应器内的填料材料上的自养专性无机化能营养菌；(b)将所述硫化物氧化以形成硫酸盐；(c)将空气再循环到所述生物反应器以向所述自养专性无机化能营养菌提供氧气并且除去含有硫化物的空气，所述硫化物挥发成气相到空气中；(d)将所述含有硫化物的空气的至少一部分再循环到所述生物反应器，以使所述再循环空气中的残余硫化物被所述自养专性无机化能营养菌氧化；和(e)从所述生物反应器中除去包含少于0.5mg/L硫化物的纯化水流。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述水流选自咸地下水、压裂废水、硫化苛性废水、来自炼油或来自石化加工的酸性水、硫化下水道水和由厌氧消化器产生的酸性水及其混合物。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述自养专性无机化能营养菌选自嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillusferrooxidans)、Thermithiobacillustepidariu...

【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