CN103951140A - 一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地的低浓度废水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低浓度废水处理工艺，它包括以下步骤：在厌氧反应器中内设零价铁填充层，进水水质为低浓度废水，并调节进水pH值在6-6.5之间，然后将低浓度废水经泵注入该反应器。废水经反应器内零价铁强化处理，只需停留2-4小时，即可初步达到约55％-70％的有机物去除效果。再将上述出水通入人工湿地，利用湿地内的填料、动植物和微生物等共同作用对废水中有机物进一步去除，废水经净化后作为再生水资源予以回收利用。本发明将廉价的零价铁加入到常规厌氧反应器中，并耦合人工湿地自净能力完成对低浓度废水中有机物的高效地去除，实现污水净化后回收利用。人工湿地处理系统投资及运转成本低，运行时系统维护管理简便，无需特殊技术，在天然条件下运行，能耗少。

Description

一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地的低浓度废水处理工艺

技术领域

本发明涉及一种废水处理工艺，属于环保领域。 

背景技术

低浓度废水主要包括生活污水和各种稀释的工业废水。我国生活污水的排放量逐年增加、占到我国年污水排放总量的70％，而其中只有10％得到了有效处理。生活污水COD浓度一般在200-500mg/L，是我国一些江河湖泊富营养化的主要原因。工业废水排放量也是逐年增加，一些地区或工厂试图将工业废水稀释后经过简单处理后直接排放。传统的好氧二级生物处理工艺，占地面积大，基建费用高，且需要曝气，运转费用高，致使该技术不能广泛应用。 

厌氧工艺由于较好氧工艺而言无需曝气，因此能源需求少、处理设备占地面积小，基建和运行成本低，且其产生剩余污泥量少、又可回收沼气，已被逐渐应用于低浓度废水处理。然而厌氧工艺也存在一些问题，当进水有机物浓度较低、产气量小时，有机污染物与厌氧菌之间的传质效果不佳，厌氧微生物生长缓慢；且产甲烷菌极易受环境条件影响，进水条件如温度、pH、COD浓度等改变都会对产甲烷过程产生影响，从而导致厌氧反应器运行失败。 

零价铁作为一种廉价及环境友好的还原剂，近年来在水污染控制领域受到较多关注。零价铁技术是污水处理中常用的提高可生化性的预处理方法，许多研究将零价铁内电解作为生物处理的前端工艺，处理后污水的生化性提高，而且产生的铁离子也有利于后续水解酸化微生物处理性能的改善。同时，零价铁技术也已经成功应用于强化高浓度有机废水的处理中，并取得了很好的处理效率，例如在我们的前期研究中，我们在专利申请号为200910012293.4的《一种零价铁的污水处理方法》，申请号为201110026692.3的《一种零价铁强化的厌氧 水解酸化的污水处理方法》中，将零价铁至于产甲烷厌氧反应器/水解酸化反应器中，零价铁缓慢释放的亚铁例子可加速污泥颗粒化的进程，并且零价铁可显著降低厌氧反应器内的氧化还原电位，有助于促进产甲烷菌/水解酸化菌的生长。然而，目前国内外关于零价铁促进低浓度废水厌氧处理的方法报道较少。 

人工湿地是由人工建造和控制运行的一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物良性循环的前体下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的在污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。 

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地的技术，通过零价铁促进厌氧发酵对有机物的初步去除，然后将其出水直接排入人工湿地，从而达到对低浓度废水高效处理的目的，本发明采取了以下技术方案：一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，包括厌氧内置零价铁反应器和人工湿地，在厌氧内置零价铁反应器内从下向上依次设有污泥层、零价铁填充层和三相分离器，它具有如下特点：采用已经厌氧反应器培养且具有稳定处理能力的厌氧颗粒污泥装进厌氧内置零价铁反应器的污泥层，该污泥层占厌氧内置零价铁反应器有效高度h的下部1/3区域；将经预处理的零价铁加入所述零价铁填充层中，零价铁填充层厚度为厌氧内置零价铁反应器有效高度h的15％；将该零价铁填充层放置于厌氧内置零价铁反应器(9)有效高度h的中部1/3区域内，盖上反应器上盖，密封；将低浓度废水经进水管与进水泵排入厌氧内置零价铁反应器，再分别流经污泥层和零价铁填充层与三相分离器；将出水利用出水泵经出水管通入人工湿地，利用人工湿地内的填料、动植物和微生物等共同作用对出水中有机物、氮、磷进行进一步去除。零价铁选用宽5-8mm，长25-40mm的卷状铁屑，先经0.1mol/L的NaOH浸泡24小时，再经10％盐酸洗涤3次，后用水冲洗去除表面油污、铁锈，烘 干。低浓度废水水质COD浓度为200-500mg/L，并调节pH值在6-6.5之间，低浓度废水在厌氧内置零价铁反应器内停留时间控制在2-4小时。 

与现有技术相比，本发明具有以下显著的有益效果： 

1、本发明将零价铁投加到厌氧反应器中，通入pH调节为6-6.5的低浓度废水，厌氧反应器的有机物处理能力以及稳定性能都得到明显强化：1)pH值为6-6.5，溶液呈偏酸性状态，有效加速零价铁的溶出；2)溶出的二价铁量与厌氧反应器对有机物的处理能力直接相关，二价铁的溶出对厌氧反应器内微生物的生长起到了积极地作用；3)零价铁的加入及二价铁的析出加速了厌氧反应器内污泥的颗粒化程度，提高了反应器的处理能力，及反应器应对环境条件变化的能力，即反应器的稳定性能；4)反应器水力停留时间只需2-4小时，便可达到55-70％的去除效果，明显降低工程实际应用的造价及运转费用。 

2、在本发明中，低浓度废水经过厌氧内置零价铁反应器初步处理后，废水中的有机物约70-150mg/L，直接排入人工湿地，通过湿地内的填料、动植物和微生物等的共同作用来进一步有效处理污水。污水经净化后作为再生水资源予以回收利用。人工湿地处理系统投资及运转成本低，运行时系统维护管理简便，无需特殊技术，在天然条件下运行，能耗少，能够适应负荷变化的影响，对污水中的有机物、氮磷等物质能够高效地去除，生态效益显著，并实现了废水的资源化。 

附图说明

本发明共有附图2张，其中： 

图1是一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺的系统原理图。 

图2是采用国内一个城市实际生活废水为作为低浓度废水，显示厌氧内置零价铁反应器和不含零价铁反应器出水COD对比图，以及不同进水pH值下两个反应器出水COD对比图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。 

如图1所示，利用厌氧内置零价铁反应器9强化耦合人工湿地10的低浓度废水处理工艺对国内一个城市生活废水进行处理：它包括厌氧内置零价铁反应器9和人工湿地10，在厌氧内置零价铁反应器9内从下向上依次设有污泥层3、零价铁填充层4和三相分离器8。三相分离器用于收集厌氧内置零价铁反应器内产生的气体，使固液气三相在此处有效分离。三相分离器设置于厌氧内置零价铁反应器有效高度H的上部1/3区域。它的特点是：采用已经厌氧反应器培养且具有稳定处理能力的厌氧颗粒污泥装进厌氧内置零价铁反应器9的污泥层3，该污泥层3占厌氧内置零价铁反应器9有效高度h的下部1/3区域。将经预处理的零价铁5加入零价铁填充层4中，零价铁填充层4厚度为厌氧内置零价铁反应器9有效高度h的15％。零价铁5选用宽5-8mm，长25-40mm的卷状铁屑，以便增大接触面积并使铁屑间留有空隙，可以使污水顺利通过且同时与零价铁5充分接触。卷状铁屑需先经0.1mol/L的NaOH浸泡24小时，再经10％盐酸洗涤3次，后用水冲洗去除表面油污、铁锈，烘干。将该零价铁填充层4放置于厌氧内置零价铁反应器9有效高度h的中部1/3区域内，盖上反应器上盖，密封。低浓度废水经进水管2与进水泵1进入厌氧内置零价铁反应器9，再分别流经污泥层3和零价铁填充层4与三相分离器8。所述的低浓度废水水质COD浓度为200-500mg/L，并需调节pH值在6-6.5之间。所述COD是ChemicalOxygenDemand的简称，在本领域指化学需氧量。低浓度废水在厌氧内置零价铁反应器9内停留时间控制在2-4小时。将出水利用出水泵7经出水管6排入人工湿地10，利用人工湿地10内的填料、动植物和微生物等共同作用对出水中有机物、氮、磷进行进一步去除，污水经净化后作为再生水资源予以回收利用。 

通过附图2可以看出，将国内一个城市生活废水(COD约260-300mg/L)不经调节pH作为进水，经泵1、进水管2将其分别通入厌氧内置零价铁反应器9和参比反应器—不含零价铁的厌氧反应 器，废水在两个反应器内停留时间控制在2小时，两个反应器出水COD浓度基本没有差别，约为160-185mg/L。而将国内这个城市的生活废水(COD约260-300mg/L)调节pH值在6-6.5之间后作为进水，经泵1、进水管2将其分别通入厌氧内置零价铁反应器9和参比反应器—不含零价铁的厌氧反应器，废水在两个反应器内停留时间控制在2小时，厌氧内置零价铁反应器9出水的COD浓度为115mg/L，而参比反应器—不含零价铁的厌氧反应器COD出水的COD浓度为182mg/L。厌氧内置零价铁反应器的COD去除效果要明显好于参比反应器(不含零价铁厌氧反应器)。 

本文中的耦合概括的说是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度，其通常会用在各类工程术语中。在本发明中厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，是将厌氧内置零价铁反应器和人工湿地结合起来，形成一个完整的低浓度废水处理耦合工艺，首先利用厌氧反应器内零价铁和微生物对废水进行初步处理后，再利用人工湿地的自然降解能力对废水进行进一步降解，从而达到对低浓度废水的有效处理。 

Claims (6)

1.一种厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，包括厌氧内置零价铁反应器(9)和人工湿地(10)，在所述厌氧内置零价铁反应器(9)内从下向上依次设有污泥层(3)、零价铁填充层(4)和三相分离器(8)，其特征在于：

(1)采用已经厌氧反应器培养且具有稳定处理能力的厌氧颗粒污泥装进厌氧内置零价铁反应器(9)的污泥层(3)，所述污泥层(3)占厌氧内置零价铁反应器(9)有效高度h的下部1/3区域；

(2)将经预处理的零价铁(5)加入所述零价铁填充层(4)中，零价铁填充层(4)厚度为厌氧内置零价铁反应器(9)有效高度h的15％；将该零价铁填充层(4)放置于厌氧内置零价铁反应器(9)有效高度h的中部1/3区域内，盖上反应器上盖，密封；

(3)低浓度废水经进水管(2)与进水泵(1)进入厌氧内置零价铁反应器(9)，再分别流经污泥层(3)、零价铁填充层(4)与三相分离器(8)；

(4)将出水利用出水泵(7)经出水管(6)排入人工湿地(10)，利用所述人工湿地(10)内的填料、动植物和微生物等共同作用对出水中有机物、氮、磷进行进一步去除。

2.根据权利要求1所述的厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，其特征在于：所述零价铁(5)选用宽5-8mm，长25-40mm的卷状铁屑。

3.根据权利要求2所述的厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，其特征在于：所述的零价铁(5)—卷状铁屑需先经0.1mol/L的NaOH浸泡24小时，再经10％盐酸洗涤3次，后用水冲洗去除表面油污、铁锈，烘干。

4.根据权利要求1所述的厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，其特征在于：所述的低浓度废水水质COD浓度为200-500mg/L。

5.根据权利要求1所述的厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，其特征在于：所述低浓度废水需调节pH值在6-6.5之间。

6.根据权利要求1所述的厌氧内置零价铁反应器耦合人工湿地工艺，其特征在于：所述低浓度废水在厌氧内置零价铁反应器(9)内停留时间控制在2—4小时。