申请日2016.01.19
公开(公告)日2016.04.20
IPC分类号C02F9/14; C02F11/10; C02F1/72; C02F1/52; C02F3/28; C02F3/06; C02F1/66
摘要
本发明涉及一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法及其装置，包括：将工业废水通过芬顿氧化-生物组合方法处理;将芬顿氧化产生的含铁污泥与浓缩的生物处理排出的剩余污泥加入到湿式热催化炭化-还原反应釜中，密封后加温至200～250℃，搅拌反应5.0～6.0h，得到固液两相混合物，排出，加至芬顿氧化反应器进水口，与废水、酸和H2O2混合后进入反应器开始芬顿氧化-生物处理组合方法处理，处理结束后产生的污泥循环使用。本发明的方法可以实现铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并节省芬顿氧化单元中持续性外源投加的Fe2+，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势。
权利要求书
1.一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过芬顿氧化-生物组合方法处理;
(2)将步骤(1)中芬顿氧化产生的含铁污泥与浓缩至含水率为98%的生物处理排出剩余污泥，以体积比为2～3:1加入到湿式热催化炭化-还原反应釜中，密封后加温至200～250℃，搅拌反应5.0～6.0h，得到固液两相混合物;
(3)将步骤(2)中得到的固液两相混合物排出，加至芬顿氧化反应器进水口，与废水、酸和H2O2混合后进入反应器开始芬顿氧化-生物处理组合方法处理，处理结束后产生的污泥循环进行步骤(2)和步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述工业废水为印染行业难降解工业废水、化工行业难降解工业废水、制药行业难降解工业废水或者海上采油平台废水。
3.根据权利要求1所述的一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中芬顿氧化的反应器包括芬顿氧化和絮凝沉淀两个单元。
4.根据权利要求1所述的一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中芬顿氧化-生物组合处理方法包括：待处理工业废水投加H2O2、Fe2+及酸后进入芬顿氧化反应器，反应后废水投加碱和助凝剂经混凝沉淀后进入水解酸化-接触氧化生化处理，处理后废水经二沉池进行固液分离后达标排放;产生的含铁污泥与浓缩的生物处理剩余污泥一并进入湿式热催化炭化-还原反应器进行处理，处理后的含Fe0、Fe2+固液两相混合产物回至芬顿氧化反应器。
5.根据权利要求1所述的一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(2)中湿式热催化炭化-还原反应釜以不锈钢材质制作，内壁防腐，配置加热搅拌、温控及测压装置，外壁设置隔热措施。
6.根据权利要求1所述的一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(3)中酸为硫酸，加入量满足：将进水pH调节至3～4;H2O2的质量浓度为30%，投加量为1～2mL/(L废水)。
7.一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理装置，包括湿式热催化炭化-还原反应釜(38)，其特征在于：所述的湿式热催化炭化-还原反应釜(38)上端中间设有湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)、下端与湿式热催化炭化-还原反应釜排水管(10)连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜排水管(10)上设有湿式热催化炭化-还原反应产物排放管调节阀(26)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)一侧湿式热催化炭化-还原反应釜(38)上设有在线压力计(17)和压力报警器(18)、另一侧设有在线温度计(12)和温度报 警器(13)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜(38)一侧、下端设有检修入孔(22)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜(38)内部侧面上设有电加热器(16)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜(38)两侧面上端分别设有释气管(15)和污泥投料泵出水管(20)，所述的释气管(15)上设有释气管调节阀(14)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜(38)侧面上设有溢流管(23)，所述的溢流管(23)上设有溢流管调节阀(21)，所述的溢流管(23)下端设有溢流液承接池(25)，所述的污泥投料泵出水管(20)末端与污泥投料泵(34)连接，所述的污泥投料泵出水管(20)上设有污泥投料泵出水回流管(30)，所述的污泥投料泵出水回流管(30)上设有污泥投料泵出水回流管调节阀(29)，所述的污泥投料泵(34)通过污泥投料泵进水管(33)与贮泥池(31)连接，所述的贮泥池(31)设置在污泥投料泵出水回流管(30)下端、与污泥投料泵出水回流管(30)出水口相对，所述的污泥投料泵进水管(33)上设有污泥投料泵进水管调节阀(32)，所述的贮泥池(31)另一端分别与含铁污泥进泥管(40)和生物处理剩余污泥进泥管(35)连接，所述的含铁污泥进泥管(40)和生物处理剩余污泥进泥管(35)上分别设有含铁污泥进泥管调节阀(36)和生物处理剩余污泥进泥管调节阀(37)，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜排水管(10)与湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端设有湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8)，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)通过湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管(3)与湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)连接，所述的污热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管(3)上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)与湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)出水端与湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端相对应，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀(6)，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上端、在湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)和湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀(4)。
8.根据权利要求7所述的一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理装置，其特征在于：所述的污泥投料泵出水管(20)上、在湿式热催化炭化-还原反应釜(38)与污泥投料泵出水回流管(30)之间设有污泥投料泵出水管调节阀(19、27)和污泥投料泵出水管止回阀(28)。
9.一种使用权利要求7所述的一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理装置的方法，其特征在于，所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)关闭湿式热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀(26);开启污泥进泥管调节阀(36、37);开启污泥投料泵(34);开启释气阀(14);开启调节阀(27、19);开启溢流管调节阀(21)、污泥投料泵进水管调节阀(32);
(b)待溢流管(21)有液体流出时，关闭污泥投料泵(34);关闭释气阀(14);关闭溢流管调节阀(21);关闭调节阀(27、19);开启湿式湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11);开启电加热器(16);
(c)待炭化、还原反应完成后，关闭湿式湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11);关闭电加热器(16);开启湿式热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀(26)，将含Fe2+、Fe0固液两相反应产物排入湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池(9);
(d)开启湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8);开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)，开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)，将含Fe2+、Fe0固液两相反应产物送入芬顿氧化反应器，替代初期外源投加的Fe2+。
说明书
一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法及其装置
技术领域
本发明属于工业废水处理及污泥资源化技术领域，特别涉及一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法及其装置。
背景技术
芬顿氧化是近年来在难降解工业废水处理领域开始应用的技术，其技术优势在于通过Fe2+在酸性条件下催化H2O2生成氧化性很强的羟基自由基，从而将废水中有机物降解。以芬顿氧化作为难降解工业废水的预处理，在大量去除有机物的同时，可将部分难降解的有机物开环、断链，有效改善其可生化性。因而废水处理中常用芬顿氧化作为预处理提高其可生化性，然后再用厌氧-好氧生物处理工艺处理，从而获得良好的有机物去除效果。但芬顿氧化的主要问题在于反应前需将废水pH调节至3.0～4.0，反应完毕进入混凝阶段，需要将废水pH用碱调节至7～8，不仅酸碱投加成本高，并由此产生大量铁泥，铁泥产生量及处置成本高。
因此在芬顿氧化-生物处理组合工艺中，如能将污泥中的有机物在高温、高压条件下炭化，利用这一过程产生的炭将芬顿氧化单元产生的铁泥中Fe3+还原成为Fe0、Fe2+，从而形成Fe0和Fe2+的固液两相混合产物，并将其回用于芬顿氧化单元;在替代芬顿氧化单元的外源性投加的Fe2+的同时，实现芬顿氧化-生物处理组合工艺的污泥减量。对于优化芬顿氧化-生物处理组合工艺处理成本具有较大应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法及其装置，该方法含铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并节省芬顿氧化单元中持续性外源投加的Fe2+，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势，可为降低工业废水的运行费用及实现污泥减量提供经济可行的技术方法。
本发明的一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过芬顿氧化-生物组合方法处理;
(2)将步骤(1)中芬顿氧化产生的含铁污泥与生物处理排出的剩余污泥以体积比为2～3:1加入到湿式热催化炭化-还原反应釜中，密封后加温至200～250℃，搅拌反应5.0～6.0h，得到固液两相混合物;
(3)将步骤(2)中得到的固液两相混合物排出，加至芬顿氧化反应器进水口，与废水和酸混合后进入反应器开始芬顿氧化-生物处理组合方法处理，处理结束后产生的污泥循环进行步骤(2)和步骤(3)，实现污泥减量排放，并省去芬顿氧化单元外源性持续投加的Fe2+。
所述步骤(1)中所述工业废水为印染行业难降解工业废水、化工行业难降解工业废水、 制药行业难降解工业废水或者海上采油平台废水。
所述步骤(1)中的芬顿氧化反应器开始运行时投加Fe2+。以后运行过程中所需的铁来源于污泥湿式热催化炭化-还原混合产物。
所述步骤(1)中芬顿氧化的反应器包括芬顿氧化和絮凝沉淀两个单元，芬顿氧化单元完成有机物的降解及改善可生化性的作用，在混凝沉淀单元完成铁泥的固液分离。
所述步骤(1)中芬顿氧化-生物组合处理方法包括：待处理工业废水投加H2O2、Fe2+及酸后进入芬顿氧化反应器，反应后废水投加碱和助凝剂经混凝沉淀后进入水解酸化-接触氧化生化处理，处理后废水经二沉池进行固液分离后达标排放;产生的含铁污泥与浓缩的生物处理剩余污泥一并进入湿式热催化炭化-还原反应器进行处理，处理后的含Fe0、Fe2+固液两相混合产物回至芬顿氧化反应器。
所述步骤(2)中在反应釜中完成含铁污泥及剩余污泥中的有机物的炭化过程，同时完成污泥炭化产物将Fe3+还原成为Fe0和Fe2+的过程。
所述步骤(2)中湿式热催化炭化-还原反应釜以不锈钢材质制作，内壁防腐，配置加热搅拌、温控及测压装置，外壁设置隔热措施。
所述步骤(3)中酸为硫酸，加入量需将进水pH调节至3～4，H2O2的质量浓度为30%，投加量为1～2mL/(L废水)。
本发明涉及一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理装置，包括湿式热催化炭化-还原反应釜，所述湿式热催化炭化-还原反应釜上端中间设有湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机、下端与湿式热催化炭化-还原反应釜排水管连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜排水管上设有湿式热催化炭化-还原反应产物排放管调节阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机一侧湿式热催化炭化-还原反应釜上设有在线压力计和压力报警器、另一侧设有在线温度计和温度报警器，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜一侧、下端设有检修入孔，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜内部侧面上设有电加热器，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜两侧面上端分别设有释气管和污泥投料泵出水管，所述的释气管上设有释气管调节阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜侧面上设有溢流管，所述的溢流管上设有溢流管调节阀，所述的溢流管下端设有溢流液承接池，所述的污泥投料泵出水管末端与污泥投料泵连接，所述的污泥投料泵出水管上设有污泥投料泵出水回流管，所述的污泥投料泵出水回流管上设有污泥投料泵出水回流管调节阀，所述的污泥投料泵通过污泥投料泵进水管与贮泥池连接，所述的贮泥池设置在污泥投料泵出水回流管下端、与污泥投料泵出水回流管出水口相对，所述的污泥投料泵进水管上设有污泥投料泵进水管调节阀，所述的贮泥池另一端分别与含铁污泥进泥管和生物处理剩余污泥进泥管连接，所述的含铁污泥进泥管和生物处理剩余污泥进泥管 上分别设有含铁污泥进泥管调节阀和生物处理剩余污泥进泥管调节阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜排水管与湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池上端设有湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池通过湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管与湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵连接，所述的污热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵与湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管连接，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管出水端与湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池上端相对应，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上端、在湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀和湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀，所述的湿式热催化炭化-还原反应釜上端设有所述的湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机。
所述的污泥投料泵出水管上、在湿式热催化炭化-还原反应釜与污泥投料泵出水回流管之间设有污泥投料泵出水管调节阀和污泥投料泵出水管止回阀。
一种使用所述的一种污泥循环利用的废水芬顿-氧化-生物组合处理装置的方法，其中所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)关闭湿式热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀;开启污泥进泥管调节阀;开启污泥投料泵;开启释气阀;开启调节阀;开启溢流管调节阀;污泥投料泵进水管调节阀;
(b)待溢流管有液体流出时，关闭污泥投料泵;关闭释气阀;关闭溢流管调节阀;关闭调节阀;开启湿式湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机;开启电加热器;
(c)待炭化、还原反应完成后，关闭湿式湿式热催化炭化-还原反应釜搅拌机;关闭电加热器;开启湿式热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀，将含Fe2+、Fe0固液两相反应产物排入湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池;
(d)开启湿式热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机;开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵，开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，开启湿式热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀，将含Fe2+、Fe0固液两相反应产物送入芬顿氧化反应器，替代初期外源投加的Fe2+。
所述装置安全运行保护技术措施为：由在线温度计将信号反馈给PLC自动控制系统，通过自动控制系统控制电加热器，使反应器内温度维持在正常工作温度范围;当反应器内温度 超过安全工作温度的范围时，温度报警器报警并自动切断加热电源;当反应器内压力超过安全工作压力范围时，压力报警器报警并自动切断加热电源，并通过自动控制系统开启释气阀，以快速降低反应器压力。
本发明的原理是：在湿式热催化炭化-还原反应器中的高温、高压条件下，将工业废水经芬顿氧化-生物组合处理产生的含铁污泥和剩余生物污泥中的有机物炭化;同时，污泥炭化产物将含铁污泥中的Fe3+还原成为Fe0、Fe2+，形成含有Fe0和Fe2+的固液两相混合产物，并回用于前置芬顿氧化反应器，从而替代芬顿氧化工艺中的持续性外源投加Fe2+。在实现污泥减量的同时，降低芬顿氧化单元的运行费用。
通过本发明的方法，实现降低工业废水芬顿氧化-生物处理组合工艺运行成本，并使污泥减量排放。
本发明针工业废水芬顿氧化-生物处理组合工艺中铁泥及剩余生物污泥排放量大、处置费用高，以及Fe2+盐使用量大和成本高的问题，提出了一种污泥循环利用的废水芬顿氧化-生物组合处理方法。
有益效果
(1)本发明的方法可省去外源性投加的Fe2+，大幅度节省工程运行费用;
(2)本发明的方法中经湿式热催化炭化-还原反应后，可将部分芬顿氧化铁泥及生物处理剩余污泥部分回用于芬顿氧化工艺，实现污泥的减量排放。
