申请日2019.12.24
公开(公告)日2020.03.13
IPC分类号C02F11/121; C02F11/02; C02F11/14
摘要
本发明属于污水处理技术领域，涉及处理芬顿铁泥的装置和方法。该方法包括以下步骤：S1.将芬顿反应器中的泥水混合物通入沉淀池，进行静置沉淀，在沉淀池的底部形成芬顿铁泥;S2.将芬顿铁泥通入生物反应器内，生物反应器内含有铁还原菌的微生物将芬顿铁泥中的三价铁还原为二价铁，反应结束后，将反应后产生的含有二价铁的混合液通入酸溶池;S3.向酸溶池加入酸液，之后静置沉淀，产生的含有二价铁离子的上清液返回至芬顿反应器。该方法大幅度降低处理芬顿铁泥的量，相应地降低处理芬顿铁泥的成本，上清液返回至芬顿反应器循环利用，在酸性条件下，二价铁离子不易被氧化为三价铁，有利于启动芬顿反应。
权利要求书
1.一种处理芬顿铁泥的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1.在芬顿反应器(1)中进行芬顿反应，生成的泥水混合物通入沉淀池(2)，进行静置沉淀，在所述沉淀池(2)的底部形成芬顿铁泥;
S2.将所述芬顿铁泥通入生物反应器(3)内，所述生物反应器(3)内的含有铁还原菌的微生物将所述芬顿铁泥中的三价铁还原为二价铁，反应结束后，将反应后产生的含有二价铁的混合液通入酸溶池(4);
S3.向所述酸溶池(4)加入酸液，之后静置沉淀，产生的含有二价铁离子的上清液返回至所述芬顿反应器(1)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生物反应器(3)内的温度为20-35℃，pH值为6.5-7.2。
3.根据权利要求1或2任一项所述的方法，其特征在于，所述含有铁还原菌的微生物的生长载体为填料，所述填料在所述生物反应器(3)内的填充比为15%-30%;
优选地，所述生物反应器(3)内芬顿铁泥的污泥浓度为3000-5000mg/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述酸液包括硫酸、硝酸、盐酸和乙酸中的至少一种。
5.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，加入所述酸液后，所述酸溶池(4)中的所述含有二价铁的混合液的pH值小于或等于3。
6.根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述芬顿反应在搅拌的条件下进行;
在步骤S2中，所述生物反应器(3)内的反应在搅拌的条件下进行。
7.一种处理芬顿铁泥的装置，其特征在于，所述装置包括：芬顿反应器(1)、沉淀池(2)、生物反应器(3)、以及酸溶池(4);
所述芬顿反应器(1)与所述沉淀池(2)连通;
所述沉淀池(2)的底部与所述生物反应器(3)连通;
所述生物反应器(3)与所述酸溶池(4)连通;
所述酸溶池(4)的上部出口与所述芬顿反应器(1)连通。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述芬顿反应器(1)具有第一搅拌器(101);
所述生物反应器(3)具有第二搅拌器(301)，并且所述生物反应器(3)内设置有富集生长含有铁还原菌的微生物的填料。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：储泥池(5)、排泥泵(6)、进泥泵(7)、以及回流泵(8);
所述沉淀池(2)的底部与所述储泥池(5)连通，继而与所述生物反应器(3)连通;
所述排泥泵(6)设置在连通所述沉淀池(2)的底部与所述储泥池(5)的管路上;
所述进泥泵(7)设置在连通所述储泥池(5)与所述生物反应器(3)的管路上;
所述回流泵(8)设置在连通所述酸溶池(4)的上部出口与所述芬顿反应器(1)的管路上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在连通所述酸溶池(4)的上部出口与所述芬顿反应器(1)的管路上设置有电磁阀(F)。
说明书
处理芬顿铁泥的装置和方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，更具体地，涉及一种处理芬顿铁泥的装置和方法。
背景技术
目前，污水处理常用的高级氧化技术有芬顿氧化、电化学氧化和臭氧氧化等。芬顿氧化技术是在酸性条件下Fe2+催化H2O2产生强氧化性的羟基自由基(·OH)将废水中的难降解的污染物成分氧化成小分子有机物或无机物，其反应在常温常压下即可进行，工艺流程简单，具有巨大的工业化推广潜力。虽然芬顿反应对水体中有毒有害难降解的污染物具有较强的去除效果，但是同时产生大量的芬顿铁泥，芬顿铁泥中的重金属和有机质若处置不当会对环境造成严重的二次污染。据调查，利用芬顿氧化技术每处理1吨废水大约会产生5kg含水率为60%的芬顿铁泥，此芬顿铁泥为危险固体废物。目前市场上危险固体废物的处置费约6000元/吨。因此，如何处理处理芬顿铁泥将决定芬顿氧化工艺在未来工程化推广的经济性和可行性。
常用的处理芬顿铁泥处理方法有：煅烧生产水泥、干燥炼铁、生产Fe2O3颜料、酸溶法制硫酸铁、制备铁基催化剂等，这些方法可资源化利用芬顿铁妮，但消耗的能量高，成本较高，不便于大规模生产推广。
专利文献CN105836987A公开一种芬顿铁泥资源化利用的方法。该方法先在Fenton铁泥加入硫酸，使Fe(OH)3全部转化为Fe2(SO4)3，然后加水稀释后加入到隔膜电解槽的阳极室，先对Fenton铁泥中的有机物进行氧化处理，再泵入隔膜电解槽的阴极室进行电还原处理，得到的Fe2+还原液在惰性气体保护下浓缩结晶制得工业品硫酸亚铁产品。可见，该方法是通过电还原芬顿铁泥生产工业硫酸亚铁。但是芬顿铁泥中重金属种类较多，制得的硫酸亚铁质量得不到保证，且电还原法耗能较大。
专利文献CN105254067A公开一种污水深度处理芬顿法污泥的资源化利用方法。该方法将所得沉淀物铁泥使用常规脱水工艺，控制其含水率为65～85%，通过二次沉淀制得γ-FeOOH和α-FeOOH作为铁基催化剂，但是其制备条件严格，不好控制。
专利文献CN107140804A公开一种铁盐循环利用的芬顿污泥处理方法及装置。该处理方法是通过对芬顿污泥进行生物厌氧处理，再向经生物厌氧处理后的芬顿污泥中注入还原剂，并搅拌，将污泥中的氢氧化铁还原成硫化亚铁或氢氧化亚铁，再向其中投加酸溶液，将硫化亚铁或氢氧化亚铁溶解到溶液中，并对得到的污泥进行淘洗;还原后的含二价铁离子的溶液回用到芬顿反应中;对减量后的污泥进行中和、脱水处理，脱水后的泥饼外运。
专利文献CN106830467A公开一种基于铁泥回用的Fenton法污水处理一体化装置及方法。该方法通过调酸、反应、调碱、沉淀并利用浸没式膜组件和紫外双氧水二次氧化，最后通过电解将Fe3+还原为Fe2+，获得再生的Fe2+催化剂，实现了Fenton铁泥的在线回用，减少Fenton铁泥排放70%以上。但是专利文献CN107140804A和专利文献CN106830467A都是采用化学方法将三价铁还原为二价铁并回用，需要投加大量的化学药剂，处理成本较高且步骤繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理芬顿铁泥的装置和方法，实现芬顿铁泥的处理和循环利用。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种处理芬顿铁泥的方法，该方法包括以下步骤：
S1.在芬顿反应器中进行芬顿反应，生成的泥水混合物通入沉淀池，进行静置沉淀，在所述沉淀池的底部形成芬顿铁泥;
S2.将所述芬顿铁泥通入生物反应器内，所述生物反应器内含有铁还原菌的微生物将所述芬顿铁泥中的三价铁还原为二价铁，反应结束后，将反应后产生的含有二价铁的混合液通入酸溶池;
S3.向所述酸溶池加入酸液，之后静置沉淀，产生的含有二价铁离子的上清液返回至所述芬顿反应器。
在本发明的一种优选实施方式中，所述生物反应器内的温度为20-35℃，pH值为6.5-7.2。
在本发明的一种更优选实施方式中，所述生物反应器内的温度为30℃，pH值为6.8。
在本发明的一种优选实施方式中，所述含有铁还原菌的微生物的生长载体为填料，所述填料在所述生物反应器内的填充比为15%-30%。所述填料的直径25mm。
在本发明的一种优选实施方式中，所述生物反应器内芬顿铁泥的污泥浓度为3000-5000mg/L。
在本发明中，所述芬顿铁泥的含水率为94%-98%。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，所述芬顿铁泥在所述生物反应器的反应时间为12小时以上，优选为15小时。
在本发明的一种优选实施方式中，所述酸液包括硫酸、硝酸、盐酸和乙酸中的至少一种，优选为盐酸。
在本发明的一种优选实施方式中，加入所述酸液后，所述酸溶池中的所述含有二价铁的混合液的pH值小于或等于3。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1中，所述芬顿反应在搅拌的条件下进行。搅拌的速率为250r/min。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S2中，所述生物反应器内的反应在搅拌的条件下进行。搅拌的速率为100r/min。
本发明第二方面提供一种处理芬顿铁泥的装置，该装置包括：芬顿反应器、沉淀池、生物反应器、以及酸溶池;
所述芬顿反应器与所述沉淀池连通;
所述沉淀池的底部与所述生物反应器连通;
所述生物反应器与所述酸溶池连通;
所述酸溶池的上部出口与所述芬顿反应器连通。
在本发明的一种优选实施方式中，所述芬顿反应器具有第一搅拌器。
在本发明的一种优选实施方式中，所述生物反应器具有第二搅拌器，并且所述生物反应器内设置有富集生长含有铁还原菌的微生物的填料。
在本发明的一种优选实施方式中，所述装置还包括：储泥池、排泥泵、进泥泵、以及回流泵;
所述沉淀池的底部与所述储泥池连通，继而与所述生物反应器连通;
所述排泥泵设置在连通所述沉淀池的底部与所述储泥池的管路上;
所述进泥泵设置在连通所述储泥池与所述生物反应器的管路上;
所述回流泵设置在连通所述酸溶池的上部出口与所述芬顿反应器的管路上。
在本发明的一种优选实施方式中，在连通所述酸溶池的上部出口与所述芬顿反应器的管路上设置有电磁阀。
本发明提供的处理芬顿铁泥的方法通过生物反应器中含有铁还原菌的微生物将芬顿铁泥中的三价铁还原为二价铁，将含有二价铁的混合液通入酸溶池，加入酸液，静置沉淀，芬顿铁泥可减少80%-90%，大幅度降低处理芬顿铁泥的量，相应地降低处理芬顿铁泥的成本，含有二价铁离子的上清液返回至芬顿反应器，循环利用，在酸性条件下，二价铁离子不易被氧化为三价铁，并且有利于启动芬顿反应。
本发明提供的处理芬顿铁泥的方法通过优化生物反应器的反应条件，温度为20-35℃，pH值为6.5-7.2，提高了三价铁还原为二价铁的反应速率。
本发明提供的处理芬顿铁泥的装置和方法不仅可以低成本解决芬顿铁泥处理处置问题，减少后续的处理成本，还可以减少芬顿反应中二价铁药剂的投加量，实现循环利用。（发明人张树军;李彦刚;金秋燕;张文珍;王佳伟;李尚坤）
