[發(fā)明專利]一種利用厭氧微生物處理Fenton鐵泥的裝置與工藝

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710350638.1
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107176777A
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張耀斌;王名威;趙智強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: C02F11/04
• 分類號: C02F11/04;C02F3/28;C02F101/30;C02F103/06
• 代理公司: 大連格智知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司21238
• 代理人: 劉曉琴,張亞男

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體廢棄物資源化技術(shù)的領(lǐng)域。

背景技術(shù)

Fenton、類Fenton氧化工藝是近年來逐步推廣的一種催化氧化技術(shù)，該工藝?yán)盟嵝詶l件下Fe²⁺和Fe³⁺催化雙氧水產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的羥基自由基(·OH)將廢水中的難降解成分氧化。反應(yīng)在常溫常壓下即可進(jìn)行，工藝流程簡單，具有巨大的工業(yè)化推廣潛力，已成功應(yīng)用到印染廢水、含油廢水、含酚廢水、焦化廢水、含硝基苯廢水、二苯胺廢水等廢水處理中。然而Fenton反應(yīng)過程中不僅發(fā)生羥基自由基的氧化反應(yīng)，同時氫氧化鐵絮體也會對有機(jī)物和其他污染物產(chǎn)生一定的絮凝作用，從而不可避免地產(chǎn)生了大量的含鐵污泥。Fenton污泥可歸類為危險固廢，即使在脫水后含水率仍在80％左右，并含有大量有機(jī)質(zhì)和重金屬。如果不妥善處理會產(chǎn)生很多危害，比如：鐵泥直接排放會淤積河床，嚴(yán)重污染水體；鐵泥中含有大量的細(xì)菌病毒，直接暴露在環(huán)境中會嚴(yán)重危害到人類的健康；如果直接填埋，鐵泥絮體吸附、包裹的有機(jī)物會腐敗、惡臭，引發(fā)一系列環(huán)境問題。因此Fenton鐵泥的處理已成為制約Fenton技術(shù)進(jìn)一步推廣的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的Fenton鐵泥處置方法主要是水泥穩(wěn)定、焚燒、固化等方法。按照污泥穩(wěn)定化、固定化后進(jìn)行填埋的方法雖然可以確保固廢得到妥善處理，防止二次污染發(fā)生，但都只是減少了廢物的毒性和可遷移性，并沒有根除鐵泥中的有機(jī)物腐敗問題。焚燒法雖然可以將有機(jī)物徹底氧化為二氧化碳和水，但是鐵泥中含有大量的鐵及部分重金屬焚燒產(chǎn)生的飛灰需要進(jìn)一步處理。

厭氧生物處理技術(shù)是目前有機(jī)廢水、廢物處理領(lǐng)域最有效的技術(shù)之一。廢水、高固廢物中的有機(jī)物經(jīng)過多種微生物的共同代謝作用，最終被轉(zhuǎn)化為水、二氧化碳、甲烷、硫化氫等。而鐵是微生物生長的必須元素之一，在地殼中的平均含量大概為5.6％左右，存在形式有Fe⁰，F(xiàn)e²⁺，F(xiàn)e³⁺，其中以Fe(III)礦物的存在形式為主。作為地球生命最古老的呼吸方式，鐵呼吸即微生物異化鐵還原，其在鐵的地質(zhì)循環(huán)中起著重要作用。在該過程中，微生物利用Fe(III)作為電子受體，在氧化有機(jī)物的同時將Fe(III)還原為Fe(II)并從中獲取能量。因為微生物異化鐵還原過程耦聯(lián)了有機(jī)物的氧化降解，已逐漸應(yīng)用于生物冶金、重金屬(鈾，鉻，砷等)污染環(huán)境的生物修復(fù)以及石化類有機(jī)污水的生物降解。有研究報道三價鐵的加入能夠促進(jìn)富含硫酸根離子的垃圾滲濾液以及長鏈脂肪酸的厭氧發(fā)酵效率；也有研究三價鐵對纖維素類廢棄物厭氧產(chǎn)沼氣過程的影響，研究發(fā)現(xiàn)FeCl₃的加入能夠強(qiáng)化厭氧微生物對纖維素結(jié)晶度的破壞，三價鐵對城市生活垃圾、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物、林業(yè)生產(chǎn)廢棄物等領(lǐng)域的甲烷化利用具有一定的應(yīng)用前景。但未見利用Fenton鐵泥作為三價鐵鐵源來促進(jìn)厭氧消化的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種利用厭氧微生物消化處理Fenton鐵泥的技術(shù)。一方面，利用厭氧消化的優(yōu)勢有效地去除鐵泥中的有機(jī)物，另一方面基于異化鐵還原機(jī)理，以鐵泥中的三價鐵作為微生物異化鐵還原的電子受體，來強(qiáng)化厭氧消化有機(jī)物的效率，提高厭氧甲烷產(chǎn)量。

具體的技術(shù)方案是：一種利用厭氧微生物處理Fenton鐵泥的裝置，其特征在于：包括設(shè)有帶上蓋的上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的筒體，該筒體內(nèi)自下而上依次設(shè)有污泥反應(yīng)層與污泥懸浮層，筒體內(nèi)上方固定有擋泥板，三相分離器被固定在上蓋下，筒體外上方設(shè)有出水管。進(jìn)水調(diào)節(jié)池經(jīng)進(jìn)水泵通過進(jìn)水管與筒體內(nèi)污泥反應(yīng)層底部相連，其特征在于：筒體設(shè)有中空保溫腔，循環(huán)水浴鍋上方通過循環(huán)水管i與中空保溫腔的上部相連而下方通過循環(huán)水管ii以及循環(huán)水泵與中空保溫腔的底部相連。

一種使用上述裝置的利用厭氧微生物處理Fenton鐵泥的工藝，包括下述工序：

1)取待處理的Fenton鐵泥進(jìn)行脫水，使脫水后的鐵泥含水率在80～90％，最佳為80％，測定鐵泥的含鐵量；

2)將處理后的鐵泥按質(zhì)量比投入進(jìn)水調(diào)節(jié)池中與待處理廢水充分混合，使鐵泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以三價鐵計)保持在10～20g/L左右，最佳為20g/L；

3)打開循環(huán)水浴鍋，維持循環(huán)水溫度為37℃，打開循環(huán)水泵，使循環(huán)水通過循環(huán)水管進(jìn)入中空保溫腔，維持上流式厭氧污泥床反應(yīng)器筒體內(nèi)溫度為37℃；

4)打開進(jìn)水泵，使混勻的廢水經(jīng)進(jìn)水管進(jìn)入上述上流式厭氧污泥床反應(yīng)器的筒體，反應(yīng)溫度為30～40℃，最優(yōu)為37℃，水力停留時間為24h；

5)廢水經(jīng)過污泥反應(yīng)層產(chǎn)生能源性氣體，產(chǎn)生的氣體經(jīng)過三相分離器進(jìn)行收集；