CN105693010A - 一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置，包括：将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理；将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到固液两相混合物，排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环使用。本发明的方法可以实现铁炭还原-生物处理组合工艺中含铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并省去铁炭还原单元中持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势。

Description

一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-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，特别涉及一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置。
背景技术
铁炭还原是近年来在难降解工业废水处理领域开始应用的技术，其技术优势在于零价铁和炭形成微电解原电池，产生的新生态的[H]具有较强的还原作用，从而可以将难降解有机物还原、开环及断链，有效改善其可生化性。因而工业废水处理中常用铁炭还原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。但铁炭还原在工程应用中的主要问题在于反应时需将废水pH调节至3.0～4.0，以利于零价铁腐蚀，反应完毕进入混凝阶段，需要将废水pH用碱调节至7～8，由此产生大量铁泥，不仅酸碱投加成本高，而且铁泥产生量及处置成本高。
因此在铁炭还原-生物处理组合工艺中，如能将生物处理剩余污泥中的有机物在高温、高压条件下炭化，利用这一过程中的炭化产物将铁炭还原单元产生的铁泥中Fe3+还原成为Fe0，从而形成Fe0和C的固液两相混合产物，并将其回用于铁炭还原单元，则可以替代铁炭还原单元的外源性投加的零价铁粉和活性炭粉；同时，实现铁炭还原-生物处理组合工艺的污泥减量，对于优化铁炭还原-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铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置，该方法为降低工业废水铁炭还原-生物组合处理工艺运行费用及实现污泥减量提供的经济可行的技术方法。
本发明的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理；
(2)将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到含有Fe0、C的固液两相混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环步骤(2)和步骤(3)。
所述步骤(1)中工业废水为印染、化工或制药行业工业废水。
所述步骤(1)中铁炭还原-生物组合工艺流程为：待处理工业废水投加铁粉、炭粉及酸后进入铁炭还原反应器，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。
所述步骤(1)中铁炭还原开始时投加活性炭粉和零价铁粉，投加量需根据废水水质进行调整。
所述步骤(1)中铁炭还原过程采用的是铁炭还原反应器。
所述步骤铁炭还原反应器包括铁炭还原和絮凝沉淀两个单元，在铁炭还原单元完成有机物的开环、断链及改善可生化性的过程，在混凝沉淀单元完成铁泥的固液分离。
所述步骤(1)中的铁炭还原反应器开始运行时投加活性炭粉和零价铁粉，以后运行过程中所需的铁炭来源于污泥热催化炭化-还原混合产物。
所述步骤(1)中生物组合工艺为水解酸化-好氧处理。
本发明的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置，包括热催化炭化-还原反应器，其中所述的包括热催化炭化-还原反应器上端中间设有热催化炭化-还原反应釜搅拌机、下端与热催化炭化-还原反应釜排水管连接，所述的热催化炭化-还原反应器排水管上设有热催化反应产物排放管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应器搅拌机一侧热催化炭化-还原反应器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，所述的热催化炭化-还原反应器一侧、下端设有检修入孔，所述的热催化炭化-还原反应器内部侧面上设有电加热器，所述的热催化炭化-还原反应器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，所述的热催化炭化-还原反应器侧面上设有溢流管，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，所述的热催化炭化-还原反应器排水管与热催化炭化-还原反应产物贮存池连接，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池上端设有热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池通过热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管与热催化炭化-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热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵与热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管连接，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管出水端与热催化炭化-还原反应产物贮存池上端相对应，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上端、在热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀和热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀。
所述的污泥投料泵出水管上、在热催化炭化-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铁循环及污泥减量的铁炭还原-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)关闭热催化炭化-还原反应器排水管调节阀；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；开启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；开启热催化炭化-还原反应器搅拌机；开启电加热器；(c)待炭化、还原反应完成后，关闭热催化炭化-还原反应器搅拌机；关闭电加热器；
(d)自然冷却后，开启热催化炭化-还原反应器排水管调节阀，将含Fe0、C固液两相反应产物排入热催化炭化-还原反应产物贮存池；
(e)开启热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机；开启热催化炭化-还原反应产物回流泵，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀，将含Fe0、C热催化炭化-还原固液两相反应产物送入铁炭还原反应器，替代初期外源投加的零价铁粉和活性炭粉。
所述热催化炭化-还原反应器的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，同时通过自动控制系统开启释气阀，以快速降低反应器压力。
所述热催化炭化-还原反应器以不锈钢材质制作，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。
本发明的原理是：在热催化炭化-还原反应器中的高温、高压条件下，将工业废水经铁炭还原-生物组合处理工艺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，形成含有Fe0和C的固液两相混合产物，并回用于前置铁炭还原反应器，从而替代铁炭还原工艺中的持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉。在实现污泥减量的同时，降低铁炭还原单元的运行费用。
本发明的适用范围为印染、化工、造纸行业等产生的难降解工业废水的处理。通过本发明提出的方法，实现工业废水铁炭还原-生物处理组合工艺运行成本的同时使污泥减量排放。
本发明针对工业废水铁炭还原-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，以及零价铁粉和活性炭粉使用量大和成本高的问题，提出了一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物处理组合工艺及设备。通过本发明的方法，可以实现铁炭还原-生物处理组合工艺中含铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并省去铁炭还原单元中持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势。
有益效果
(1)本发明的方法可省去外源性投加的零价铁粉和活性炭粉，大幅度节省工程运行费用；
(2)本发明的方法中经热催化炭化-还原反应后，可将铁炭还原铁泥及生物处理剩余污泥部分回用于铁炭还原处理工艺，实现污泥的减量排放。
附图说明
图1为本发明铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置；
图2为铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理工艺流程。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
某印染企业，排出废水包括印花、染色、煮练、退浆废水，混合废水COD＝3000～4000mg/L，经处理后需达到COD≤200mg/L的纳管排放标准并排入工业园区污水管网。采用本实施例提出的铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理工艺处理，具体方法及步骤为：(1)印染废水生化出水进入铁炭还原-水解酸化-好氧处理，处理后出水COD≤200mg/L；(2)将铁炭还原单元产生的含铁污泥和生物处理剩余污泥按3:1的比例投加至热催化炭化-还原反应器中；(3)密闭热催化炭化-还原反应器，在185℃条件下反应7.0h，将污泥中的有机物炭化，同时将污泥中的Fe3+还原成为Fe0；(4)将含有Fe0、C的热催化炭化-还原反应固液两相混合产物回用至铁炭还原反应器进水，可以替代外源性投加的零价铁粉和活性炭粉，并在运行过程中实现污泥减量排放。
本实施例中采用的铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置如图1所示，包括热催化炭化-还原反应器38，其中所述的包括热催化炭化-还原反应釜38上端中间设有热催化炭化-还原反应釜搅拌机11、下端与热催化炭化-还原反应釜排水管10连接，所述的热催化炭化-还原反应釜排水管10上设有热催化反应产物排放管调节阀26，所述的热催化炭化-还原反应器搅拌机11一侧热催化炭化-还原反应器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，所述的热催化炭化-还原反应器38一侧、下端设有检修入孔22，所述的热催化炭化-还原反应器38内部侧面上设有电加热器16，所述的热催化炭化-还原反应器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，所述的热催化炭化-还原反应器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，所述的热催化炭化-还原反应釜排水管10与热催化炭化-还原反应产物贮存池9连接，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池9上端设有热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机8，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池9通过热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管3与热催化炭化-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上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀2，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵1与热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管24连接，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管24上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管7，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管7出水端与热催化炭化-还原反应产物贮存池9上端相对应，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管7上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀6，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管7上端、在热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管24上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀5和热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀4。
所述的污泥投料泵出水管20上、在热催化炭化-还原反应器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。
实施例2
某环保服务中心，收集的海上采油平台废水COD＝25000～30000mg/L，废水中有机悬浮物较多，难以用传统的絮凝沉淀去除，从而使后续的蒸发装置结垢及效果降低。该废水经铁炭还原-厌氧-好氧工艺处理后水质较为清澈，能够满足后续蒸发装置进水；但在铁炭还原和生物处理过程中产生大量含铁污泥及剩余污泥，处置难度及费用较高。采用本实施例提出的铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物处理组合工艺处理，具体方法及步骤为：(1)采油平台废水进入铁炭还原-水解酸化-好氧处理，处理后出水COD≤200mg/L；(2)将铁炭还原单元产生的含铁污泥和生物处理剩余污泥按1:1的比例投加至热催化炭化-还原反应器中；(3)密闭热催化炭化-还原反应器，在180℃反应温度下反应6.5h内将污泥中的有机物炭化，并将污泥中的Fe3+还原成为Fe0；(4)将含有Fe0、C的热催化炭化-还原反应固液两相混合产物回用至铁炭还原反应器进水。
在保证处理效果的同时可完全替代外加的零价铁粉和活性炭粉，同期实现了污泥的减量排放。

Claims (8)

1.一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理；
(2)将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到含有Fe0、C的固液两相混合物；
(3)将步骤(2)中得到的混合物排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环步骤(2)和步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中工业废水为印染、化工或制药行业工业废水。
3.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中铁炭还原-生物组合工艺流程为：待处理工业废水投加铁粉、炭粉及酸后进入铁炭还原反应器，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。
4.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中铁炭还原过程采用的是铁炭还原反应器。
5.根据权利要求4所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述铁炭还原反应器包括铁炭还原和絮凝沉淀两个单元。
6.一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置，包括热催化炭化-还原反应器(38)，其特征在于：所述的包括热催化炭化-还原反应器(38)上端中间设有热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)、下端与热催化炭化-还原反应釜排水管(10)连接，所述的热催化炭化-还原反应釜排水管(10)上设有热催化反应产物排放管调节阀(26)，所述的热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)一侧热催化炭化-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)，所述的热催化炭化-还原反应器(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)，所述的热催化炭化-还原反应器排水管(10)与热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)连接，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端设有热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8)，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)通过热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管(3)与热催化炭化-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)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)与热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)连接，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)出水端与热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端相对应，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀(6)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上端、在热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)和热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀(4)。
7.根据权利要求6所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-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)。
8.一种使用权利要求6所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-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)；开启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，关闭热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)；关闭电加热器(16)；
(d)自然冷却后，开启热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀(26)，将含Fe0、C固液两相反应产物排入热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)；
(e)开启热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8)；开启热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)，将含Fe0、C热催化炭化-还原固液两相反应产物送入铁炭还原反应器，替代初期外源投加的零价铁粉和活性炭粉。
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