CN109095734A - 超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺 - Google Patents

超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺 Download PDF

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Abstract

超声波‑铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，将芬顿氧化产生的部分含铁污泥首先通过超声波处理，将含铁污泥中难降解有机物初步分解为小分子易降解有机物，然后再进入铁还原菌反应器；在铁还原菌的作用下完成芬顿含铁污泥中Fe3+转变为Fe2+的过程；最后将含Fe2+反应后的固液产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量。可节省芬顿氧化外源性投加的Fe2+；节省工程运行费用。降低工业废水芬顿氧化处理工艺运行成本，实现污泥减量排放。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。

Description

超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺
技术领域
本发明涉及芬顿氧化污泥减量处理方法，属于IPC分类C02F污水或污泥的处理技术，尤其是超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺。
背景技术
芬顿反应为无机化学反应，其过程是，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子Fe的混合溶液将很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态。反应具有去除难降解有机污染物的高能力，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中有很广泛的应用。Fenton(中文译为芬顿)是为数不多的以人名命名的无机化学反应之一。1893年,化学家Fenton HJ发现，过氧化氢(H2O2)与二价铁离子的混合溶液具有强氧化性，可以将当时很多已知的有机化合物如羧酸、醇、酯类氧化为无机态，氧化效果十分显著。进入20世纪70年代，芬顿试剂在环境化学中找到了它的位置，具有去除难降解有机污染物的高能力的芬顿试剂，在印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中体现了很广泛的应用。
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。
相关专利文献公开较少。
中国专利申请201510909718.7公开了一种臭氧-厌氧铁还原联用回收利用污泥的芬顿氧化-生物组合处理工艺及装置。其工艺过程为：将芬顿氧化产生的含铁污泥与二沉池排出的部分生物处理剩余污泥混合后，首先进入臭氧反应池，将含铁污泥中难降解有机物初步分解为小分子易降解有机物，同时将生物处理剩余污泥微生物细胞裂解、破壁后，再进入厌氧铁还原反应器；在厌氧铁还原反应器中进一步改善污泥中有机成分的可降解性，同时在厌氧铁还原菌的作用下完成芬顿含铁污泥中Fe3+转变为Fe2+的过程；最后将含Fe2+反应后的固液产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量，以节省工程投资及运行费用。
发明内容
本发明的目的是提供超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，降低工业废水芬顿氧化处理工艺运行费用，提升污泥减量处理经济性。
本发明的目的将通过以下技术措施来实现：将芬顿氧化产生的部分含铁污泥首先通过超声波处理，将含铁污泥中难降解有机物初步分解为小分子易降解有机物，然后再进入铁还原菌反应器；在铁还原菌的作用下完成芬顿含铁污泥中Fe3+转变为Fe2+的过程；最后将含Fe2+反应后的固液产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量。
尤其是，具体反应过程包括：
(1)首先将芬顿氧化产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中经过超声波，将污泥中大分子难降解有机物转变为小分子有机物；
(2)超声波反应后出水进入铁还原菌反应器，污泥中有机成分得以进一步降解的同时，芬顿含铁污泥中的Fe3+在铁还原菌的作用下转变为Fe2+；
(3)最后将铁还原菌反应器中含Fe2+固液两相反应产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量；其中含Fe2+固液两相反应产物中残留有机物可在芬顿氧化工艺中继续完成降解过程。
所述步骤(1)中的芬顿氧化反应运行前期全部为外源性投加Fe2+，后期可用污泥经超声波、铁还原菌处理所得的产物部分替代外源性投加的Fe2+。
所述步骤(1)中的超声波反应池中的超声波，频率为20-40kHz，反应时间为10-15min。
所述步骤(2)中的铁还原菌反应器反应温度为35℃，运行稳定反应12h后可将污泥中85％以上的Fe3+转变为Fe2+。
尤其是，排出废水包括印花、染色、煮练、退浆废水，混合废水COD＝1000～2000mg/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。采用本发明提出的超声波-铁还原菌联用污泥减量的芬顿氧化处理工艺，具体方法及步骤为：(1)印染废水生化出水进入芬顿氧化-水解酸化-好氧处理，处理后出水COD≤200mg/L；(2)将芬顿氧化单元产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中，频率为35kHz，反应15min；(3)然后进入厌氧铁还原反应器，控制温度为35℃，反应12h后可将污泥中的90％以上的Fe3+转化为Fe2+；(4)最后将厌氧铁还原反应器中的Fe2+固液两相反应产物回流至芬顿氧化工艺的前端，以部分替代外源性投加的Fe2+，并在运行过程中实现污泥减量排放。
本发明的优点和效果：含铁物化污泥及生物处理剩余污泥经臭氧-厌氧铁还原联用处理后，可回用于芬顿氧化-生物组合处理工艺前端，可节省芬顿氧化外源性投加的Fe2+；节省工程运行费用。降低工业废水芬顿氧化处理工艺运行成本，实现污泥减量排放。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。
具体实施方式
本发明原理在于，当芬顿发现芬顿试剂时，尚不清楚过氧化氢与二价铁离子反应到底生成了什么氧化剂具有如此强的氧化能力。二十多年后，有人假设可能反应中产生了羟基自由基，否则，氧化性不会有如此强。因此，以后人们采用了一个较广泛引用的化学反应方程式来描述芬顿试剂中发生的化学反应：
Fe2++H2O2→Fe3++(OH)-+OH·
从上式可以看出，1mol的H2O2与1mol的Fe2+反应后生成1mol的Fe3+，同时伴随生成1mol的OH-外加1mol的羟基自由基。正是羟基自由基的存在，使得芬顿试剂具有强的氧化能力。据计算在pH＝4的溶液中，OH·自由基的氧化电势高达2.73V。在自然界中，氧化能力在溶液中仅次于氟气。因此，持久性有机物，特别是通常的试剂难以氧化的芳香类化合物及一些杂环类化合物，在芬顿试剂面前全部被无选择氧化降解掉。1975年,美国著名环境化学家Walling C系统研究了芬顿试剂中各类自由基的种类及Fe在Fenton试剂中扮演的角色，得出如下化学反应方程：
H2O2+Fe3+→Fe2++O2+2H+；
O2+Fe3+→Fe2++O2；
可以看出,芬顿试剂中除了产生1摩尔的OH·自由基外,还伴随着生成1摩尔的过氧自由基O2·，但是过氧自由基的氧化电势只有1.3V左右，所以，在芬顿试剂中起主要氧化作用的是OH·自由基。芬顿试剂是以亚铁离子(Fe2+)为催化剂用过氧化氢(H2O2)进行化学氧化的废水处理方法。由亚铁离子与过氧化氢组成的体系，也称芬顿试剂，它能生成强氧化性的羟基自由基，在水溶液中与难降解有机物生成有机自由基使之结构破坏，最终氧化分解。芬顿氧化法可有效地处理含硝基苯,ABS等有机物的废水以及用于废水的脱色、除恶臭。
本发明工艺过程为：将芬顿氧化产生的部分含铁污泥首先通过超声波处理，将含铁污泥中难降解有机物初步分解为小分子易降解有机物，然后再进入铁还原菌反应器；在铁还原菌的作用下完成芬顿含铁污泥中Fe3+转变为Fe2+的过程；最后将含Fe2+反应后的固液产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量，以节省工程投资及运行费用。
具体反应过程包括：
(1)首先将芬顿氧化产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中经过超声波，将污泥中大分子难降解有机物转变为小分子有机物；
(2)超声波反应后出水进入铁还原菌反应器，污泥中有机成分得以进一步降解的同时，芬顿含铁污泥中的Fe3+在铁还原菌的作用下转变为Fe2+；
(3)最后将铁还原菌反应器中含Fe2+固液两相反应产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量；其中含Fe2+固液两相反应产物中残留有机物可在芬顿氧化工艺中继续完成降解过程。
所述步骤(1)中的芬顿氧化反应运行前期全部为外源性投加Fe2+，后期可用污泥经超声波、铁还原菌处理所得的产物部分替代外源性投加的Fe2+。
所述步骤(1)中的超声波反应池中的超声波，频率为20-40kHz，反应时间为10-15min。
所述步骤(2)中的铁还原菌反应器反应温度为35℃，运行稳定反应12h后可将污泥中85％以上的Fe3+转变为Fe2+。
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
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＝1000～2000mg/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。采用本发明提出的超声波-铁还原菌联用污泥减量的芬顿氧化处理工艺，具体方法及步骤为：(1)印染废水生化出水进入芬顿氧化-水解酸化-好氧处理，处理后出水COD≤200mg/L；(2)将芬顿氧化单元产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中，频率为35kHz，反应15min；(3)然后进入厌氧铁还原反应器，控制温度为35℃，反应12h后可将污泥中的90％以上的Fe3+转化为Fe2+；(4)最后将厌氧铁还原反应器中的Fe 2+固液两相反应产物回流至芬顿氧化工艺的前端，以部分替代外源性投加的Fe2+，并在运行过程中实现污泥减量排放。

Claims (6)

1.超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，将芬顿氧化产生的部分含铁污泥首先通过超声波处理，将含铁污泥中难降解有机物初步分解为小分子易降解有机物，然后再进入铁还原菌反应器；在铁还原菌的作用下完成芬顿含铁污泥中Fe3+转变为Fe2+的过程；最后将含Fe2+反应后的固液产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量。
2.如权利要求1所述的超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，具体反应过程包括：
(1)首先将芬顿氧化产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中经过超声波，将污泥中大分子难降解有机物转变为小分子有机物；
(2)超声波反应后出水进入铁还原菌反应器，污泥中有机成分得以进一步降解的同时，芬顿含铁污泥中的Fe3+在铁还原菌的作用下转变为Fe2+；
(3)最后将铁还原菌反应器中含Fe2+固液两相反应产物全部回用至芬顿氧化工艺前端，以部分替代芬顿氧化工艺中投加的Fe2+，同时实现系统污泥减量；其中含Fe2+固液两相反应产物中残留有机物可在芬顿氧化工艺中继续完成降解过程。
3.如权利要求2所述的超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的芬顿氧化反应运行前期全部为外源性投加Fe2+，后期可用污泥经超声波、铁还原菌处理所得的产物部分替代外源性投加的Fe2+。
4.如权利要求2所述的超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，所述步骤(1)中的超声波反应池中的超声波，频率为20-40kHz，反应时间为10-15min。
5.如权利要求2所述的超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，所述步骤(2)中的铁还原菌反应器反应温度为35℃，运行稳定反应12h后可将污泥中85％以上的Fe3+转变为Fe2+。
6.如权利要求1所述的超声波-铁还原菌联用的芬顿氧化污泥减量工艺，其特征在于，排出废水包括印花、染色、煮练、退浆废水，混合废水COD＝1000～2000mg/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；具体方法及步骤为：(1)印染废水生化出水进入芬顿氧化-水解酸化-好氧处理，处理后出水COD≤200mg/L；(2)将芬顿氧化单元产生的部分含铁污泥投加至超声波反应池中，频率为35kHz，反应15min；(3)然后进入厌氧铁还原反应器，控制温度为35℃，反应12h后可将污泥中的90％以上的Fe3+转化为Fe2+；(4)最后将厌氧铁还原反应器中的Fe2+固液两相反应产物回流至芬顿氧化工艺的前端，以部分替代外源性投加的Fe2+，并在运行过程中实现污泥减量排放。
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