CN101462789A

CN101462789A - 填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器及方法

Info

Publication number: CN101462789A
Application number: CNA2009100450426A
Authority: CN
Inventors: 楼紫阳; 赵由才; 朱南文; 宋玉; 宋立言
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Yinlong water equipment company
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2029-01-08
Also published as: CN101462789B

Abstract

本发明涉及一种废水处理技术领域的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器及方法。本发明用铸铁厂Fe下脚料与活性碳构建内电解芬顿反应器，包括包括桶体、法兰、进水阀门、进水管、排水管、出水管、添加H₂O₂管路、溢流口、密封顶盖、石子垫层、FeC填料层，此内电解芬顿反应器采用Fe∶C比例为1∶1～2∶1，内电解处理后出水直接密闭进入类芬顿反应池；向反应池中投加H₂O₂，控制比例Fe²⁺∶H₂O₂＝1∶2～1∶4，发生类芬顿反应，FeC内电解反应和类芬顿反应连续进行，处理后出水经集水池沉淀，上清液排放。本发明基建和运行费用较低、操作维护方便、自动化程度高。

Description

填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器及方法

技术领域

本发明涉及一种废水处理技术领域的净化装置及方法，具体地说，涉及的是一种填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器及方法。

背景技术

目前，我国城市生活垃圾清运量以年均大于8％的速度递增，生活垃圾可控点源排放的渗滤液年产量在2900万吨左右，而一吨渗滤液所含污染物相当于100吨城市污水的浓度，同时渗滤液由于毒性大、水质复杂、水量波动大、有机物和氨氮浓度高、营养元素比例失调等特性，其有效处理至今尚无十分完善的工艺，其中部分没有进行任何处理而直接排放，这对周围环境造成了严重污染。

生物处理作为填埋场渗滤液处理所必需的工序，在渗滤液处理中得到广泛的应用，但经过长时间的工程实施表明：生物处理以后的渗滤液尾水水质仍然非常复杂，其COD和氨氮仍分别高达500～800mg·L^-1和100～500mg·L^-1，含有多种难生物降解的有机物、大量无机盐以及复杂的络合物和鳌合物。水质指标只能接近或达到国家渗滤液的纳管标准(COD<1000mg/L)，往往需要采用物化处理工艺对其进行深度处理，但目前常用的一些深度处理技术，如：反渗透、活性碳吸附、Fenton(芬顿)氧化、电解处理等，由于处理成本高、操作较为复杂，使得不大适合渗滤液的大规模处理现状。

内电解处理能有效改变部分难降解物质的结构形态，从而可部分提高废水的生物可降解性。内电解一般采用铁屑(较多使用铸铁屑)与其它的一些物质(比如C、沸石等)组成反应系统。由于铁屑一般由纯铁和Fe₃C及一些杂质组成，铸铁中的碳化铁为极小的颗粒，分散在铁内，碳化铁比铁的腐蚀趋势低。因此，当铸铁浸没在废水溶液中时，就构成了成千上万个细小的微电池回路，纯铁为阳极，碳化铁及杂质则成为阴极，发生内部电解反应，构成铁内部的微观原电池。同时碳(石墨、焦碳、活性炭、煤等)等惰性材料与铁屑等接触，形成宏观原电池。其对污染物的降解原理主要包括电化学腐蚀作用、还原降解作用、吸附作用、电絮凝作用等。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号为02219590.4(可连续或间歇运行的污水处理内电解装置)，该专利采用在筒体底部设置水射器，并连接进水管、进气管，在支撑板上部与填料层之间设置反冲洗空气管，在筒体上部内侧设置三角出水堰，在筒体外侧上部设置吊柱。该专利解决了填料易结块而失去活性，发生沟流等问题。但该专利主要着重于FeC内电解的反应装置，用于处理化工废水，并没有考虑如何有效利用FeC内电解生成的Fe²⁺，同时也没有考虑FeC在不同高度可能消耗不同的量，从而需要更换不同时间的FeC填料，不能逐步更换其中的FeC填料，从而使得换FeC填料时需要全部更换，增加了运行成本。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器及方法，具有基建和运行费用较低、工艺流程简单、操作维护方便、出水可较为稳定，满足GB 16889-1997二级排放标准的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器，即内电解芬顿反应器，包括桶体、法兰、进水阀门、进水管、排水管、出水管、添加H₂O₂管路、溢流口、密封顶盖、石子垫层、FeC填料层，其中：桶体内自下而上为石子垫层、三层FeC填料层，桶体外侧设置法兰，三层FeC填料层之间通过法兰上下隔开；桶体上部两侧分别设置溢流口和出水管，桶体上设置密封顶盖，防止空气进入，氧化生成Fe²⁺，密封顶盖上靠近溢流口的一侧设置H₂O₂进水管，方便添加H₂O₂，使之发生类Fenton反应；桶体底部两侧分别设置进水管、排水管，进水管的出口和排水管的进口均设置在石子垫层中，进水管上设有进水阀门，反应后出水从出水管排出。

所述三层FeC填料层底部各设有透水性支撑板，该支撑板上分布有孔，孔径大小可根据FeC填料的大小设置为5～10mm之间。

所述石子垫层由两层构成：下层为粗石子5～10cm厚，直径约为10～30mm，上层为细石子5～10mm，厚度为5～10cm，方便进水。

本发明所涉及的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，包括如下步骤：

第一步，用铸铁厂Fe下脚料与活性碳构建上述的内电解芬顿反应器，此内电解芬顿反应器采用Fe:C比例为1:1～2:1，内电解处理后出水直接密闭进入类Fenton反应池；

第二步，向反应池中投加H₂O₂，控制比例Fe²⁺：H₂O₂＝1:2～1:4，发生类Fenton反应，FeC内电解反应和类Fenton反应连续进行，处理后出水经集水池沉淀，上清液排放，出水达到GB16889-1997二级排放标准。

所述铸铁厂Fe下脚料预先用稀酸预处理，以去除表面部分油脂和铁锈，增加接触面积，Fe的尺寸大小长度在1～5cm，宽<1cm，

所述的类Fenton反应池，即为内电解反应生成的Fe²⁺进入到反应器上端的外圈反应池，与外加的H₂O₂组成Fenton试剂，进行Fenton反应。

所述内电解芬顿反应器，其中FeC：COD＝1：0.1-0.4(质量比)，pH＝3～7.5，内电解反应时间为3～5h。

所述内电解芬顿反应器，其进水水质COD为400～800mg/L左右，尽量减少进水的SS值，进水氨氮浓度控制在100～300mg/L之间，SS值在<600mg/L，避免悬浮物对FeC滤料的堵塞，影响本发明的出水达标排放。

所述内电解芬顿反应器，可进行分段置换，从而有效增加内电解过程产生的电位差。

所述内电解芬顿反应器，其配水采用高空自由跌落形式或采用蠕动泵按进水要求自动控制，经反应器反应后出水，直接进入集水池重力沉淀后排放。

现有技术中由Fe²⁺和H₂O₂组成的Fenton试剂，具有极强的氧化能力，通过其中Fe²⁺的催化分解，H₂O₂生成·OH，并引发更多的其它自由基，这些自由基具有很高的电极电势，且具有较高的电子亲和力，可与渗滤液中的有机物发生反应使其分解，或改变电子云密度和结构，利于凝聚和吸附过程的进行。但Fenton由于其较高的价格而限制了其的广泛推广。本发明结合FeC内电解与H₂O₂，利用其生成的Fe²⁺作为后续Fenton的催化剂，组成IEF(inner electrolysis Fenton)工艺，降低其成本。同时单纯的FeC内电解只能改变渗滤液中一些难降解物质的结构和性质，对降低渗滤液的COD_Cr贡献并不大，结合两者的优势，将FeC内电解出水作为H₂O₂反应柱的进水，在电解反应中生成的Fe²⁺直接做为催化剂，并与H₂O₂组成在反应池中组成类Fenton试剂，进一步的降低渗滤液的COD_Cr，在解决渗滤液尾水达标排放的基础上，降低其处理成本。具体反应式如下：

当污水通过含铁和碳的填料时，铁成为阳极，碳成为阴极，并有微电流流动，形成了千千万万个微小电池，产生“内电解”，发生腐蚀，其中

阳极反应(Fe)：Fe-2e→Fe²⁺E⁰(Fe²⁺/Fe)＝—0.44V

阴极反应(C)：2H⁺+2e→H₂↑E0(H⁺/H₂)＝0.OOV

而FeC排出的水体中富含Fe²⁺，从而在反应池中与H₂O₂发生以下类Fenton反应：

Fe²⁺+H₂O₂→·OH+Fe³⁺

本发明方法中，内电解芬顿反应器改变了渗滤液内含物结构组成，脱除部分生色物质，并通过生成的Fe絮凝体部分去除有机物，同时部分生成Fe²⁺，作为后续类Fenton反应池的催化剂，利用生成的·OH，进一步处理去除渗滤液中的有机物，最终主要污染物去除率达到40～60％以上。

本发明的优点：

1.内电解芬顿反应器分层构建，能减少填料变细后往底部沉积过程，同时能方便进行填料更换，方便反应器的维修与更换。

2.本发明有效结合两种不同反应工艺的互补点，FeC内电解反应生成的Fe²⁺可作为后续类Fenton反应池的催化剂，从而大幅度提高对Fe的利用效率，减少原料的投资额度。

因此，本发明适合我国国情，达到以废治废目的，为解决经常规生物工艺处理后渗滤液的稳定达标排放提供了一条较好的道路。

附图说明

图1为本发明实施例反应器结构示意图；

图中：1-桶体，2-法兰，3-进水阀门，4-进水管，5-排水管(释放桶体内所有水份)，6-出水管，7-添加H₂O₂管路，8-溢流口，9-密封顶盖，10-石子垫层，11—FeC填料层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例涉及的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器，即内电解芬顿反应器，包括桶体1、法兰2、进水阀门3、进水管4、排水管5、出水管6、添加H₂O₂管路7、溢流口8、密封顶盖9、石子垫层10、FeC填料层11，其中：桶体1内自下而上为石子垫层10、三层FeC填料层11，桶体1外侧设置法兰2，三层FeC填料层11之间通过法兰2上下隔开，方便FeC填料层11的更换；桶体1上部两侧分别设置溢流口8和出水管6，桶体1上设置密封顶盖9，防止空气进入，氧化生成Fe²⁺，密封顶盖9上靠近溢流口8的一侧设置H₂O₂进水管7，方便添加H₂O₂，使之发生类Fenton反应；桶体1底部两侧分别设置进水管4、排水管5，进水管4的出口和排水管5的进口均设置在石子垫层10中，进水管4上设有进水阀门3，反应后出水从出水管6排出。

所述三层FeC填料层11底部各设有透水性支撑板，该支撑板上分布有孔，孔径大小为5～10mm之间。

所述石子垫层10由两层构成：下层为粗石子5～10cm厚，直径约为10～30mm，上层为细石子5～10cm，厚度为5～10cm，方便进水。

所述FeC填料层中，Fe:C比例为1:1，均匀分布，各FeC填料层之间用隔层隔开，防止FeC之间的重新分配，类似于化工反应器中的塔板，有利于质能交换。

所述排水管5使得反应器静置时，可彻底排放桶体内的水。

所述桶体1可采用多种材料建造，如PVC管、水泥柱体等；桶体形状可以采用圆形、方形或矩形。

结合上述的反应器结构，以下给出填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法的实施例，具体实施步骤如下：

第一步，用铸铁厂Fe下脚料与活性碳构建内电解芬顿反应器，Fe废料预先用稀酸预处理，以去除表面部分油脂和铁锈，增加接触面积，Fe的尺寸大小长度在1～5cm，宽<1cm，此内电解芬顿反应器体采用Fe:C比例为1:1～2:1，内电解处理后出水直接密闭进入类Fenton反应池；

实施例1：

根据上述实施步骤，本实施例中：

填料：铁花170g，活性碳150g；分层加入，FeC反应柱停留时间：3h。

H₂O₂的加入速度为3mL/h，H₂O₂的停留时间为2h。每日平均用水量3250mg/L，进水流速：3mL/min。

反应器出水经沉淀后进行性质测定。

反应器进水为上海市某滩涂型填埋场现有渗滤液处理工艺出水，其具体性质如下表1所示：

表1 不同工况下渗滤液的基本性质

(1)FeC内电解和类Fenton反应床出水检测结果pH＝7.47：

表2 各级反应器出水COD值(mg/L)

(2)FeC内电解和类Fenton反应床出水氨氮检测结果：

表3 出水中的氨氮值(mg/L)

日期 FeC出水 H₂O₂出水

12.31 111 21

1.5 119 14

1.7 110 19

1.8 113 18

1.9 123 20

1.1 116 20

1.13 95 22

1.16 102 24

1.17 97 28

2.14 88 26

2.15 88 25

2.16 89 23

2.17 86 21

2.20 102 27

2.21 119 29

2.22 117 30

2.23 118 30

2.24 118 31

2.27 111 33

2.28 118 32

3.1 118 31

实施例2

反应器进水为上海市某滩涂型填埋场现有渗滤液处理工艺出水，其具体性质如下表4所示：

表4 不同工况下渗滤液的基本性质

此反应为实施例1反应后，同一批填料不同工况的连续反应。(1)FeC内电解和类Fenton反应床出水检测结果pH＝6.02：

表5 各级反应器出水COD值(mg/L)

(2)FeC内电解和类Fenton反应床出水氨氮检测结果：

表6 出水中的氨氮值(mg/L)

日期 FeC出水 H₂O₂出水

3.2 113 19

3.3 118 18

3.6 124 19

3.7 115 20

3.9 121 18

3.1 129 20

3.13 129 24

3.14 152 24

3.15 141 35

3.16 105 39

3.17 99 26

3.20 125 28

3.21 157 35

3.23 156 35

实施例3

反应器进水为上海市某滩涂型填埋场现有渗滤液处理工艺出水，其具体性质如下表7所示：

表7 不同工况下渗滤液的基本性质

此反应添加了部分Fe填料，使之满足Fe:C＝1:2，连续反应结果如下：

(1)FeC内电解和类Fenton反应床出水检测结果pH＝3.98：

表8 各级反应器出水COD值(mg/L)

(2)FeC内电解和类Fenton反应床出水氨氮检测结果：

表9 出水中的氨氮值(mg/L)

日期 FeC出水 H₂O₂出水

3.24 155 24

3.27 155 25

3.28 127 39

3.30 128 39

实例4

反应器进水为上海市某滩涂型填埋场现有渗滤液处理工艺出水，其具体性质如下表10所示：

表10 不同工况下渗滤液的基本性质

(1)FeC内电解和类Fenton反应床出水检测结果pH＝2.90：

表11 各级反应器出水COD值(mg/L)

(2)FeC内电解和类Fenton反应床出水氨氮检测结果：

表12 出水中的氨氮值(mg/L)

日期 FeC出水 H₂O₂出水

4.1 175 14

4.3 195 15

4.4 243 22

4.7 235 20

所以从以上三个实例可以看出：内电解芬顿反应器对于经过生物处理后渗滤液尾水具有良好的COD和氨氮去除能力，其出水能够满足《中华人民共和国国家标准——生活垃圾填埋污染控制标准》(GB16889-1997)的标准，COD<300mg/L，NH₃-N<25mg/L。

Claims

1、一种填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器，其特征在于是一个内电解芬顿反应器，包括桶体、法兰、进水阀门、进水管、排水管、出水管、添加H₂O₂管路、溢流口、密封顶盖、石子垫层、FeC填料层，其中：桶体内自下而上为石子垫层、三层FeC填料层，桶体外侧设置法兰，三层FeC填料层之间通过法兰上下隔开，桶体上部两侧分别设置溢流口和出水管，桶体上设置密封顶盖，密封顶盖上靠近溢流口的一侧设置H₂O₂进水管，桶体底部两侧分别设置进水管、排水管，进水管的出口和排水管的进口均设置在石子垫层中，进水管上设有进水阀门。

2、根据权利要求1所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器，其特征是，所述三层FeC填料层底部各设有透水性支撑板，该支撑板上分布有孔，孔径大小为5～10mm之间。

3、根据权利要求1所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理反应器，其特征是，所述石子垫层由两层构成：下层为粗石子5～10cm厚，直径为10～30mm，上层为细石子5～10mm，厚度为5～10cm。

4、一种填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征在于包括如下步骤：

第一步，用铸铁厂Fe下脚料与活性碳构建内电解芬顿反应器，此内电解芬顿反应器采用Fe:C比例为1:1～2:1，内电解处理后出水直接密闭进入类芬顿反应池；

第二步，向反应池中投加H₂O₂，控制比例Fe²⁺:H₂O₂＝1:2～1:4，发生类芬顿反应，FeC内电解反应和类芬顿反应连续进行，处理后出水经集水池沉淀，上清液排放，出水达到GB16889-1997二级排放标准。

5、根据权利要求4所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征是，所述铸铁厂Fe下脚料预先去除表面部分油脂和铁锈，Fe的尺寸大小长度在1～5cm，宽<1cm。

6、根据权利要求4所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征是，所述内电解芬顿反应器，其中FeC:COD质量比＝1:0.1-0.4，pH＝3～7.5，内电解反应时间为3～5h。

7、根据权利要求4所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征是，所述内电解芬顿反应器，其进水水质COD为400～800mg/L左右，进水氨氮浓度控制在100～300mg/L之间，SS值在<600mg/L。

8、根据权利要求4所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征是，所述内电解芬顿反应器分段置换。

9、根据权利要求4所述的填埋场渗滤液生物处理尾水的深度处理方法，其特征是，所述内电解芬顿反应器，其配水采用高空自由跌落形式或采用蠕动泵按进水要求自动控制，经反应器反应后出水，直接进入集水池重力沉淀后排放。