一種催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法

2023-06-07 22:49:21

專利名稱：：一種催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法
技術領域：
：本發明涉及廢水處理方法，特別是涉及一種催化還原強化生物鐵技術處理難降解有機工業廢水的方法。
背景技術：
：許多工業企業，如石油煉製、焦化、化纖、染料、化肥、造紙、製藥、食品等行業，在生產過程中排放出大量含有機汙染物的廢水，其中很多汙染物為難降解有機物。這些物質大多具有毒性並很難通過傳統的生物和物化方法有效去除，一旦排入水體後，將對人類的生產、生活和身體健康產生嚴重的危害。目前，處理難降解有機工業廢水最普遍採用的方法是生化法，尤其是厭氧(缺氧)-好氧工藝(A-0法或A-A-0法)。由於某些有機物難於被生物降解以及汙染物排放標準的日益嚴格，單一採用傳統的生化處理技術已不能完全滿足對環境質量的要求。
發明內容本發明的目的是提供一種催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法。本發明方法是一種以催化還原強化生物鐵技術來處理難降解的有機工業廢水的一種新方法，用於改進傳統的生化處理技術，達到以強化生物鐵法來處理難降解的有機工業廢水的目的，廢水中的有機汙染物和色度的去除效率可顯著提高。本發明的目的是按如下的技術方案實現的。本發明方法包括將廢水經厭氧處理、好氧處理和沉澱處理步驟，其特徵在於所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的還原反應器安裝於被處理廢水的管道中，或置於被處理廢水的厭氧池內，使被處理廢水在經過這些填料的過程中，發生氧化還原反應，零價鐵不斷被氧化成二價鐵離子並從反應器中溶出，同時廢水中的某些有機物被還原，反應器向厭氧池生化池內的廢水中連續釋放鐵離子，形成生物鐵性汙泥，達到強化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅的混合物；或是鐵、銅和活性碳催化劑的混合物。在所述的好氧處理步驟與沉澱處理步驟之間，具有回流步驟；和/或在所述的厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間，具有回流步驟(如果廢水需要去除氨氮時，在厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間採用回流步驟)。在所述的回流步驟中，被處理廢水從好氧處理池向厭氧處理池的回流比為100-400%;汙泥從沉澱處理池向好氧處理池回流的回流比為50-200%。在所述的氧化還原反應中，所述的厭氧生化池內的廢水中的鐵離子濃度保持在5-50mg/L。所述的活性碳催化劑的製作方法包括以下步驟1)將活性碳用10XNa0H溶液浸泡、過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1的HC1溶解浸泡、過濾，用去離子水洗至中性，於烘箱中乾燥；3)將上述物質在O.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中攪拌，滴加20%的NaHC03沉澱劑得含銅物質；或將上述物質置於0.052.5mol/L的FeCl3溶液中攪拌，得含鐵物質；4)將所述的含銅物質或含鐵物質分別經熟化、過濾，用去離子水衝洗至無金屬離子析出，放於烘箱中乾燥；得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體；5)將所述的改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體分別活化，製得所述的活性碳催化劑，即改性的活性碳載銅催化劑或改性的活性碳載鐵催化劑。所述的還原反應器內的填料的填裝質量比為鐵銅活性碳催化劑=100%:0%50%:0%15%。所述的反應填料的孔隙率為30%70%。本發明主要包括催化還原技術和生物鐵技術和活性碳催化劑的製備技術。催化還原技術主要是利用鐵的氧化還原作用。零價鐵對某些有機物是很好的還原劑，反應器中的零價鐵發生氧化反應生成二價鐵，同時速進廢水中的某些有機物被還原成易降解的較小分子物質，從而提高了廢水的可生化性並降低了色度，減輕了後續生物處理的負荷。生物鐵技術主要是利用還原反應器產生的鐵離子，提高生物處理的效率。在厭氧(缺氧)池中，鐵主要是以FeS的形式存在，FeS是催化很多厭氧反應酶的重要組分。少量鐵的存在有助於穩定顆粒汙泥結構，使池內甲烷菌的優勢地位發生變化，提高了乙酸的利用速率。在好氧池中，鐵被氧化成三價鐵。鐵是生物氧化酶系中細胞色素的重要組成部分，對脫氫酶活性具有促進作用。同時三價鐵是良好的絮凝劑，大大改善了活性汙泥的生物氧化和生物絮凝作用。本發明採用以鐵、銅和改性的活性碳載銅鐵催化劑混合成為反應填料，使廢水流5經反應填料發生氧化還原反應，達到強化生物鐵技術處理廢水的作用。由於鐵是山單質鐵、Fe3C以及一些雜質組成的，當它處在電解質溶液中時，本身會形成無數個微觀腐蝕電池，發生氧化還原反應。而鐵與加入的銅又構成了一系列的原電池反應體系，其中鐵為陽極，為體系反應提供電子，銅為原電池的陰極。改性的活性炭能與鐵構成宏觀電極，對有機汙染物和重金屬的吸附富集作用加速了這些汙染物向電極表面的傳質過程，更進一歩提高了處理效果。作為反應填料的金屬鐵和銅填料可以是片狀、刨花、碎屑等任意形狀或是一些邊角廢料，也可以將鐵和改性的活性碳催化劑直接裝入用金屬銅做成的各種形狀反應器中。使用時，一般是用於腐蝕性和氧化性較強的廢水時，還原反應器內只填裝單質鐵；用於其它類難降解有機工業廢水，還原反應器內填裝鐵和銅，或填裝鐵、銅和改性的活性碳催化劑。將填裝好的還原反應器直接安裝於廢水管道中和/或置於厭氧(缺氧)生化池內。活性碳催化劑的加入提高了處理效率。本方法的工藝流程如圖1所示。本發明的優點如下-本發明是利用反應器內的反應填料以強化生物鐵技術來處理有機工業廢水的-種有效的新工藝，其機理是反應填料、微生物和廢水共同作用的結果。1、本發明綜合利用了氧化還原和生物鐵技術，大大增強了生化處理系統的降解有機汙染物的能力，脫色效果明顯。2、在廢水處理系統中安裝還原反應器，可使鐵離子連續溶出並在生化池中保持一定的濃度，促進了厭氧和好氧微生物對有機汙染物的分解並改善了汙泥的沉澱性能，大幅度提高了難降解有機工業廢水的處理效率。3、活性碳催化劑的使用提高了反應介質的比表面積和催化效果，對汙染物的吸附富集作用加速了汙染物向電極表面的傳質過程，可以直接去除廢水中的部分汙染物，並且起到保護電極材料的作用。4、反應器可以是方形或圓柱體，材質可用不鏽鋼、碳鋼或塑料，製造簡單，易於安裝，操作簡便。活性碳催化劑的製備簡便易行，並可回收；鐵價格低廉，可採用金屬工件加工的廢料；銅作為反應的陰極基本無消耗，屬一次性投資。還原反應器可長期運行，基本不產生填料結塊的問題。5、本發明技術對廢水的pH值、溫度、溶解氧含量等運行條件均無特殊要求，適用範圍大，不增加動力消耗。不僅適用於新建廢水處理站，更特別適用於己有廢水處6理系統的改造。6、本發明適用範圍廣，根據不同的廢水性質採用不同的還原反應器，達到以強化生物鐵法來處理難降解有機工業廢水的目的。試驗證明，與常規生物處理工藝相比，採用本發明方法與現有方法比較，廢水巾有機汙染物和色度的去除效率可提高IO-40%。綜上所述，本方法能改進傳統的生化處理技術，達到以強化生物鐵法來處理難降解有機工業廢水的目的，廢水中有機汙染物和色度的去除效率可顯著提高。圖l為本發明的工藝流程圖。具體實施例方式實施例l:某地含有氧化劑的化工廢水的處理首先將廢水泵入調節池，再依次進入厭氧水解池、好氧曝氣池和沉澱池。將裝有鐵刨花的還原反應器安裝在水解池中，填料的孔隙率為30%,池內鐵離子濃度控制在10mg/L。沉澱池的汙泥回流到曝氣池，回流比為80%。處理結果列於表l(平均值)。分析項目進水出水去除率C0D(mg/L)1016.4152.785.0%B0D5(mg/L)471.510.897.7%實施例2:某地焦化廢水的處理生物處理系統採用A-02工藝，即一段厭氧處理和兩段好氧處理。還原反應器內裝有質量比為100%:30%的鐵和銅，填料的孔隙率為50%，池內鐵離子濃度控制在20mg/L以下。將還原反應器安裝在厭氧池內；曝氣池的混合液回流到厭氧池，回流比為300%;沉澱池的汙泥回流到曝氣池，回流比為100%。廢水處理結果見表2:BOD2COD附,-N色度pH(mg/L)(mg/L)(mg/L)(削)進水105130942667307.57tableseeoriginaldocumentpage8實施例3:某地食品廢液的處理處理流程為集水池-厭氧反應器-曝氣池(好氧)-沉澱池-出水。厭氧反應器為上流式厭氧汙泥床反應器(UASB)，曝氣池內裝有塑料環型填料。將鐵、銅及活性碳載銅或鐵催化劑按質量比例為100%:15%:5%混合均勻，置於還原反應器中，填料的孔隙率為60%，池內鐵離子濃度控制在20mg/L以下。將還原反應器安裝在厭氧反應器的入水管道中。廢水進水C0D。r為5500mg/L，B0Ds為1780mg/L。處理後排水中的COD"為327mg/L，去除率為94%。實施例4製備活性碳催化劑，按以下歩驟1)將活性碳用10XNaOH溶液浸泡24h後過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1HCl溶解浸泡24h後過濾，用去離子水洗至中性，於烘箱中10512(TC千燥；3)將上述物質在0.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中充分攪拌後滴加20%的NallCO:,沉澱劑，得含銅物質；或者將上述物質置於0.052.5mol/L的FeCl:,溶液中充分攪拌lh，得含鐵物質；4)將上述的含銅物質或含鐵物質分別經24h熟化後過濾，用去離子水衝洗至無金屬離子析出，放於烘箱中105120'C乾燥6h，得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體。5)於260280'C下將改性的活性碳載銅固體活化2.5h，製得改性的活性碳載銅催化劑；或將改性的活性碳載鐵固體活化12h，製得改性的活性碳載鐵催化劑。權利要求1、一種催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，包括將廢水經厭氧處理、好氧處理和沉澱處理步驟，其特徵在於所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的反應器安裝於被處理廢水的管道中，或置於被處理廢水的厭氧池內，使被處理廢水在經過所述的填料的過程中，發生氧化還原反應，達到強化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅的混合物；或是鐵、銅和活性碳催化劑的混合物。2、根據權利要求1所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，其特徵在於在所述的好氧處理步驟與沉澱處理步驟之間，具有回流步驟；和/或在所述的厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間，具有回流步驟。3、根據權利要求2所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，其特徵在於在所述的回流步驟中，被處理廢水從好氧處理池向厭氧處理池的回流比為100-400%;汙泥從沉澱處理池向好氧處理池回流的回流比為50-200%。4、根據權利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，其特徵在於在所述的氧化還原反應中，所述的厭氧池內的廢水中的鐵離子濃度保持在5-50mg/L。5、根據權利要求l或2所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，其特徵在於所述的活性碳催化劑的製作方法包括以下步驟1)將活性碳用10XNa0H溶液浸泡、過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1的HC1溶解浸泡、過濾，用去離子水洗至中性，於烘箱中乾燥；3)將上述物質在O.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中攪拌，滴加20X的NaHC03沉澱劑得含銅物質；或將上述物質置於O.052.5mol/L的FeCl3溶液中攪拌，得含鐵物質；4)將所述的含銅物質或含鐵物質分別經熟化、過濾，用去離子水衝洗至無金屬離子析出，放於烘箱中乾燥；得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體；5)將所述的改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體分別活化，製得所述的活性碳催化劑，即改性的活性碳載銅催化劑或改性的活性碳載鐵催化劑。6、根據權利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法,其特徵在於所述的反應器內的填料的填裝質量比為鐵:銅:活性碳催化劑=100%:0%50%:0%15%。7、根據權利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，其特徵在於所述的填料的孔隙率為30%70%。全文摘要本發明是一種催化還原生物鐵技術處理有機工業廢水的方法，包括將所述的廢水經厭氧處理、好氧處理和沉澱處理步驟，其特徵在於所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的反應器安裝於被處理廢水的管道中，或置於被處理廢水的厭氧池內，使被處理廢水在經過這些反應填料的過程中，發生氧化還原反應，以將零價鐵不斷氧化溶出，向生化池內的廢水中連續釋放鐵離子，形成生物鐵性汙泥，達到強化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅；或是鐵、銅和活性碳催化劑。本方法能改進常規的生化處理技術，達到以強化生物鐵法來處理難降解有機工業廢水的目的，與常規生化處理技術相比，廢水中有機汙染物和色度的去除效率可提高10-40％。文檔編號C02F9/14GK101456644SQ20071019862公開日2009年6月17日申請日期2007年12月11日優先權日2007年12月11日發明者劉玉敏,張興華,紅李,雷許,逯博特申請人:中國京冶工程技術有限公司;中冶集團建築研究總院