一种利用厌氧微生物处理Fenton铁泥的装置与工艺的制作方法

本发明涉及固体废弃物资源化技术的领域。

背景技术：

fenton、类fenton氧化工艺是近年来逐步推广的一种催化氧化技术，该工艺利用酸性条件下fe²⁺和fe³⁺催化双氧水产生强氧化性的羟基自由基(·oh)将废水中的难降解成分氧化。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，已成功应用到印染废水、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。然而fenton反应过程中不仅发生羟基自由基的氧化反应，同时氢氧化铁絮体也会对有机物和其他污染物产生一定的絮凝作用，从而不可避免地产生了大量的含铁污泥。fenton污泥可归类为危险固废，即使在脱水后含水率仍在80％左右，并含有大量有机质和重金属。如果不妥善处理会产生很多危害，比如：铁泥直接排放会淤积河床，严重污染水体；铁泥中含有大量的细菌病毒，直接暴露在环境中会严重危害到人类的健康；如果直接填埋，铁泥絮体吸附、包裹的有机物会腐败、恶臭，引发一系列环境问题。因此fenton铁泥的处理已成为制约fenton技术进一步推广的关键。

传统的fenton铁泥处置方法主要是水泥稳定、焚烧、固化等方法。按照污泥稳定化、固定化后进行填埋的方法虽然可以确保固废得到妥善处理，防止二次污染发生，但都只是减少了废物的毒性和可迁移性，并没有根除铁泥中的有机物腐败问题。焚烧法虽然可以将有机物彻底氧化为二氧化碳和水，但是铁泥中含有大量的铁及部分重金属焚烧产生的飞灰需要进一步处理。

厌氧生物处理技术是目前有机废水、废物处理领域最有效的技术之一。废水、高固废物中的有机物经过多种微生物的共同代谢作用，最终被转化为水、二氧化碳、甲烷、硫化氢等。而铁是微生物生长的必须元素之一，在地壳中的平均含量大概为5.6％左右，存在形式有fe⁰，fe²⁺，fe³⁺，其中以fe(iii)矿物的存在形式为主。作为地球生命最古老的呼吸方式，铁呼吸即微生物异化铁还原，其在铁的地质循环中起着重要作用。在该过程中，微生物利用fe(iii)作为电子受体，在氧化有机物的同时将fe(iii)还原为fe(ii)并从中获取能量。因为微生物异化铁还原过程耦联了有机物的氧化降解，已逐渐应用于生物冶金、重金属(铀，铬，砷等)污染环境的生物修复以及石化类有机污水的生物降解。有研究报道三价铁的加入能够促进富含硫酸根离子的垃圾渗滤液以及长链脂肪酸的厌氧发酵效率；也有研究三价铁对纤维素类废弃物厌氧产沼气过程的影响，研究发现fecl3的加入能够强化厌氧微生物对纤维素结晶度的破坏，三价铁对城市生活垃圾、农业生产废弃物、林业生产废弃物等领域的甲烷化利用具有一定的应用前景。但未见利用fenton铁泥作为三价铁铁源来促进厌氧消化的相关报道。

技术实现要素：

本发明提出一种利用厌氧微生物消化处理fenton铁泥的技术。一方面，利用厌氧消化的优势有效地去除铁泥中的有机物，另一方面基于异化铁还原机理，以铁泥中的三价铁作为微生物异化铁还原的电子受体，来强化厌氧消化有机物的效率，提高厌氧甲烷产量。

具体的技术方案是：一种利用厌氧微生物处理fenton铁泥的装置，其特征在于：包括设有带上盖的上流式厌氧污泥床反应器的筒体，该筒体内自下而上依次设有污泥反应层与污泥悬浮层，筒体内上方固定有挡泥板，三相分离器被固定在上盖下，筒体外上方设有出水管。进水调节池经进水泵通过进水管与筒体内污泥反应层底部相连，其特征在于：筒体设有中空保温腔，循环水浴锅上方通过循环水管i与中空保温腔的上部相连而下方通过循环水管ii以及循环水泵与中空保温腔的底部相连。

一种使用上述装置的利用厌氧微生物处理fenton铁泥的工艺，包括下述工序：

1)取待处理的fenton铁泥进行脱水，使脱水后的铁泥含水率在80～90％，最佳为80％，测定铁泥的含铁量；

2)将处理后的铁泥按质量比投入进水调节池中与待处理废水充分混合，使铁泥的质量分数(以三价铁计)保持在10～20g/l左右，最佳为20g/l；

3)打开循环水浴锅，维持循环水温度为37℃，打开循环水泵，使循环水通过循环水管进入中空保温腔，维持上流式厌氧污泥床反应器筒体内温度为37℃；

4)打开进水泵，使混匀的废水经进水管进入上述上流式厌氧污泥床反应器的筒体，反应温度为30～40℃，最优为37℃，水力停留时间为24h；

5)废水经过污泥反应层产生能源性气体，产生的气体经过三相分离器进行收集；

6)处理后的出水经过出水管排放。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

①将厌氧消化过程与fenton铁泥的处置相结合，不需要额外投入能量即可有效处置fenton铁泥中的有机物。②基于异化铁还原机理来有效利用铁泥中的三价铁来富集异化铁还原菌。③经异化铁还原溶出的二价铁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。④二价铁的溶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和对环境条件变化的能力，即反应器的稳定性能。

附图说明

本发明共有附图3张，其中：

图1为本发明一种利用厌氧微生物处理fenton铁泥的装置结构示意图。

图2为图1的m-m剖面。

图3为本发明一种利用厌氧微生物处理fenton铁泥的工艺原理示意图。

图1中：1、进水调节池，2、进水泵，3、进水管，4、污泥反应层，5、悬浮污泥层，6、挡泥板，7、出水管，8、三相分离器，9、反应器上盖，10、循环水管i，11、循环水浴锅，12、循环水泵，13、中空保温腔，14、筒体，15、循环水管ii。

具体实施方式

(1)本发明涉及的应用机理是异化铁还原机理，所述异化铁还原机理如图3所示，微生物的生命代谢过程需要呼吸作用，异化铁还原菌的生命代谢以有机物为电子供体，三价铁为电子受体，在氧化有机物为二氧化碳和水的同时，将电子传递给三价铁，使三价铁还原为二价，并在这个过程中获得能量用于生命生长。异化铁还原菌相较于其他厌氧微生物，对有机物尤其是大分子及难降解物质有更强的分解和转化能力。大分子物质降解后生成的小分子物质可供产甲烷菌利用生成甲烷进行能源回收。将fenton铁泥作为三价铁铁源投加到厌氧反应器中，会因异化铁还原作用富集异化铁还原菌，废水流经污泥层时，废水中的有机物会被异化铁还原菌氧化生成二氧化碳和水，同时异化铁还原菌将得到的电子用于还原三价铁并从中获得能量用于生命生长和能量代谢。

(2)本发明涉及一种上流式厌氧污泥床反应器，反应器如图1所示，设有带上盖9的上流式厌氧污泥床反应器的筒体14，该筒体14设有中空保温腔13。上流式厌氧污泥床反应器的筒体14内自下而上依次装有污泥反应层4与污泥悬浮层5。筒体14内上方固定有挡泥板6，三相分离器8被固定在上盖9下。循环水浴锅11上方通过循环水管i-10与中空保温腔13的上部相连而下方通过循环水管ii-15以及循环水泵12与中空保温腔13的底部相连。进水调节池1经进水泵2通过进水管3与筒体14内污泥反应层4底部相连。当打开进水泵2时，进水调节池内的废水依次流经进水泵2、进水管3、污泥反应层4与污泥悬浮层5，最终从出水口7处流出排放。

(3)结合附图1和实例对本发明做进一步说明，如图2所示利用厌氧消化处理fenton铁泥的工艺包括以下步骤：

以垃圾渗滤液为待处理废水，垃圾渗滤液化学需氧量为10000mg/l，氨氮浓度为1800mg/l。

打开循环水泵12，循环水由循环水浴锅11依次流经循环水泵12、循环水管ii-15、中空保温腔13、循环水管i-10并回到循环水浴锅，维持上流式厌氧污泥床反应器筒体14温度为37℃。

取待处理的fenton铁泥，进行一定脱水作用以减少铁泥体积，使脱水后的铁泥含水率在80～90％，最佳为80％，测定铁泥的含铁量为40％，有机物含量为20％，其他物质包括无机物及重金属离子。

将处理后的铁泥以一定的体积比投入进水调节池1中与垃圾渗滤液废水充分混合，使铁泥的质量浓度(以三价铁计)保持在10～20g/l左右，最佳为20g/l。

打开进水泵2，调节进水流量使水力停留时间为24h，使进水调节池1内混匀的废水依次流经进水泵2、进水管3进入上流式厌氧污泥床反应器14内，自下而上的进水水流可以起到搅拌作用使待处理废水与污泥反应层4中的厌氧微生物充分接触，厌氧微生物中的异化铁还原菌通过异化铁还原机理将进水铁泥中含有的三价铁还原为二价，并从中获得能量，提高对垃圾渗滤液中的大分子及难降解物质的去除与转化，促进厌氧消化，提高甲烷产量。同时可以利用污泥反应层4中的厌氧微生物对铁泥中的有机物进行去除。

废水经过污泥反应层4时，会因厌氧微生物的厌氧消化作用产生能源性气体(二氧化碳和甲烷)，并在污泥悬浮层5释放，产生的能源性气体经过三相分离器8进行收集、能源回收。

经过处理后的废水最终从出水口7处流出排放。

经过本发明技术处理后的垃圾渗滤液，化学需氧量去除效率为76％，与未加入铁泥的反应器相比化学需氧量去除率提高10％，出水化学需氧量降低28％，甲烷产量提高14％。