申請日2014.01.17

　　公開(公告)日2014.04.30

　　IPC分類號C02F9/14; C02F11/04; C02F11/00

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消化的反應(yīng)裝置及工藝，該裝置主要包括Fenton氧化裝置和厭氧消化裝置，將Fenton氧化和厭氧兩種消化方法聯(lián)合應(yīng)用，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有藥劑使用效率高，能耗低，結(jié)構(gòu)簡單，污泥消解效率和產(chǎn)氣量有顯著提高等優(yōu)點。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消化的反應(yīng)裝置，其特征 在于，該裝置包括：

　　折流板Fenton反應(yīng)器(6)，該折流板Fenton反應(yīng)器(6)由隔板分隔成5個 反應(yīng)池，分別為：加酸池(7)、加亞鐵池(8)、Fenton主反應(yīng)池(9)、加堿池(10) 和加PAM池(11)，其中加酸池(7)內(nèi)設(shè)有加酸裝置(1)、加亞鐵池(8)內(nèi)設(shè)置 加亞鐵裝置(2)、Fenton主反應(yīng)池(9)內(nèi)設(shè)置加H2O2裝置(3)、加堿池(10)內(nèi) 設(shè)置加堿裝置(4)、加PAM池(11)內(nèi)設(shè)置加絮凝劑PAM裝置(5);所述的Fenton 主反應(yīng)池(9)、加堿池(10)和加PAM池(11)底部均設(shè)有鼓風曝氣口，各鼓風 曝氣口均連接曝氣風機(13);

　　沉淀池(12)，該沉淀池(12)連接折流板Fenton反應(yīng)器(6)，沉淀池(12) 含鐵污泥部分壓濾外運，部分通過回流泵(14)回流至加酸池(7)循環(huán)使用;

　　折流板厭氧池(15)，該折流板厭氧池(15)與沉淀池(12)的出水口連接， 折流板厭氧池(15)由隔板分隔成6個隔間，各隔間頂部設(shè)有沼氣收集管路(16)， 各隔間內(nèi)裝有立體彈性填料;最后一隔間底部生產(chǎn)的剩余污泥通過污泥泵(17)回 流進第一隔間。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的折流板Fenton反應(yīng)器(6)內(nèi)設(shè)有固定于其頂 部的5個導(dǎo)流板和固定于其底部的4個隔板，各導(dǎo)流板與折流板Fenton反應(yīng)器(6) 底部之間設(shè)有間隙，各隔板與折流板Fenton反應(yīng)器(6)頂部之間設(shè)有間隙，導(dǎo)流 板與其相鄰隔板之間形成反應(yīng)池;

　　所述的折流板厭氧池(15)內(nèi)設(shè)有固定于其頂部的6個導(dǎo)流板和固定于其底部 的5個隔板，各導(dǎo)流板與折流板厭氧池(15)底部之間設(shè)有間隙，各隔板與折流板 厭氧池(15)頂部之間設(shè)有間隙，導(dǎo)流板與其相鄰隔板之間形成隔間;

　　各導(dǎo)流板均為夾角為120°的折板。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的加酸裝置(1)包括酸液儲罐，以及連接酸液 儲罐與加酸池(7)的管道和導(dǎo)流板;其中酸液儲罐中的酸液為硝酸、或硝酸和硫 酸的混合酸，通過加酸裝置(1)控制酸液的加入量，使得COD/SO42-添加量控制 在3以上，加酸后pH在3-4。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的加亞鐵裝置(2)包括亞鐵儲罐，以及連接亞 鐵儲罐與加亞鐵池(8)的管道和導(dǎo)流板，其中亞鐵儲罐中裝有硝酸亞鐵、或硝酸 亞鐵和硫酸亞鐵的混合物。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的Fenton主反應(yīng)池(9)內(nèi)添加無機填料，所述 的無機填料包括陶粒、廢活性炭或廢合成樹脂，作為惰性載體。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的Fenton主反應(yīng)池(9)內(nèi)液面的上升流速控制 在10-60m/h以內(nèi)，主要通過池體的橫截面積和高度來進行參數(shù)控制。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的曝氣風機(13)為羅茨風機，通過曝氣風機(13) 向Fenton主反應(yīng)池(9)、加堿池(10)和加PAM池(11)曝氣，利用氧氣提高 Fenton處理效果和節(jié)省藥劑投加量，且起到攪拌和提高填料的流化效果。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，待處理廢水依次流經(jīng)折流板Fenton反應(yīng)器(6)的各 反應(yīng)池進行反應(yīng)后，進入沉淀池(12)沉淀，沉淀池(12)中的上清液再依次進入 折流板厭氧池(15)的各個隔問進行厭氧消化，產(chǎn)生的沼氣通過沼氣收集管路(16) 收集作為清潔能源使用。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消 化的反應(yīng)裝置，其特征在于，所述的回流泵(14)將沉淀池產(chǎn)生的含鐵污泥回流到 加酸池(7)，加酸池(7)內(nèi)低pH溶解鐵鹽，循環(huán)利用鐵作為催化劑;污泥泵(17) 將最后一隔間底部產(chǎn)生的剩余污泥回流進第一隔間，再次進行厭氧消化。

　　說明書

　　用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消化的反應(yīng)裝置

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及環(huán)境工程及固廢處理工程領(lǐng)域，尤其是涉及一種聯(lián)合運用Fenton 氧化和厭氧消化實現(xiàn)剩余污泥減量化的方法。

　　背景技術(shù)

　　污水處理廠所產(chǎn)生的剩余污泥，一般含有大量的有機物，豐富的氮、磷、鉀和 微量元素，可以有效利用;但是，未處理的污泥中也含有重金屬、病原菌、寄生蟲 以及某些難分解的有機毒物，如果處理不當，排放后會對環(huán)境造成嚴重的危害。污 泥處理包括濃縮、消化(生物法消化、污泥堆肥、熱解和化學(xué)穩(wěn)定)、脫水、干燥 等;污泥處置目前常見的方法有填埋法、海洋投棄、污泥焚燒、土地利用、建筑材 料利用、污泥燃料化、污泥制動物飼料、污泥改性制吸附劑等。但污泥處理處置費 用仍很高，其費用占污水處理的25%-65%。

　　剩余污泥生物法消化技術(shù)主要有厭氧和好氧消化，好氧消化由于能耗高，相對 停留時間也很長(15-30天)，而污泥厭氧消化處理技術(shù)具有不需曝氣，動力消耗 少，降低了使用成本;但厭氧消化是一個較緩慢的過程，消化時間很長，水解是限 制污泥厭氧消化反應(yīng)速率的主要步驟。為了改善污泥的厭氧消化性能，人們利用各 種物理和化學(xué)技術(shù)預(yù)處理污泥，以輔助提高污泥水解速率，為更高效、節(jié)能地處理 污泥探索新的途徑。污泥預(yù)處理技術(shù)很多，目前主要包括如超聲波處理、酸堿處理、 臭氧處理、熱處理、Fenton氧化等。

　　1894年，英國人H.J.H.Fenton發(fā)現(xiàn)采用Fe2+/H2O2體系能氧化多種有機物。后 人為紀念他將亞鐵鹽和過氧化氫的組合稱為Fenton試劑，它能有效氧化去除傳統(tǒng) 廢水處理技術(shù)無法去除的難降解有機物，其實質(zhì)是Fe2+催化分解H2O2，生成強氧 化性的羥基自由基(·OH)，·OH可與大多數(shù)有機物作用使其降解，將廢水中的大 分子有機物分解成小分子物質(zhì)，提升廢水后續(xù)生化處理的效果。

　　近些年來關(guān)于Fenton預(yù)處理污泥的研究，主要在以下一些方面展開：強氧化 性破解污泥中的胞外聚合物(EPS)，使污泥脫水性能顯著提高;去除污泥中部分 有機物，提高污泥的穩(wěn)定性;殺滅病原菌、去除污泥中重金屬、同時除掉污泥的惡 臭、提高污泥利用的安全性;在改善污泥品質(zhì)的同時，為污泥的后續(xù)資源化利用奠 定基礎(chǔ)等。

　　利用厭氧工藝處理有機廢水時，如果廢水中含有一定濃度的硫酸鹽，硫酸鹽還 原菌(SRB)就會不可避免地繁殖起來，進行硫酸鹽還原反應(yīng)，會給正常的厭氧消 化帶來不利影響，一是SRB和產(chǎn)甲烷細菌(MPB)競爭有機底物而降低廢水的厭 氧消化產(chǎn)甲烷效率;二是當硫酸鹽的濃度很高時，硫酸鹽的還原產(chǎn)物硫化氫會達到 一定的濃度，對MPB產(chǎn)生抑制作用而導(dǎo)致厭氧工藝的惡化，甚至有時會導(dǎo)致厭氧 反應(yīng)系統(tǒng)的崩潰。專利CN102910793A提出向無機酸化(pH=5)后的污泥中投加 H2O2和FeSO4，溶解和破解污泥中微生物細胞和胞外聚合物。專利CN102503006A， 提出超聲波耦合Fenton破解污泥的方法，是使用鹽酸(氯離子對Fenton催化氧化 性能有明顯抑制作用)和FeSO4作為Fenton試劑。但仍無聯(lián)合采用Fenton氧化與 厭氧消化實現(xiàn)剩余污泥減量的文獻報道。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有Fenton處理污泥的缺陷和不足，為剩余污泥 處理和資源化利用提供一種聯(lián)合運用Fenton氧化和厭氧消化實現(xiàn)剩余污泥減量化 的方法，以達到充分利用Fenton氧化和厭氧消化產(chǎn)沼氣實現(xiàn)污泥減量和資源化效 果的用于剩余污泥處理的耦合Fenton氧化和厭氧消化的反應(yīng)裝置。

　　本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種用于剩余污泥處理的耦合 Fenton氧化和厭氧消化的反應(yīng)裝置，其特征在于，該裝置包括：

　　折流板Fenton反應(yīng)器，該折流板Fenton反應(yīng)器由隔板分隔成5個反應(yīng)池，分 別為：加酸池、加亞鐵池、Fenton主反應(yīng)池、加堿池和加PAM池，其中加酸池內(nèi) 設(shè)有加酸裝置、加亞鐵池內(nèi)設(shè)置加亞鐵裝置、Fenton主反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置加H2O2裝置、 加堿池內(nèi)設(shè)置加堿裝置、加PAM池內(nèi)設(shè)置加絮凝劑PAM裝置;所述的Fenton主 反應(yīng)池、加堿池和加PAM池底部均設(shè)有鼓風曝氣口，各鼓風曝氣口均連接曝氣風 機;

　　沉淀池，該沉淀池連接折流板Fenton反應(yīng)器，沉淀池含鐵污泥部分壓濾外運， 部分通過回流泵回流至加酸池循環(huán)使用;

　　折流板厭氧池，該折流板厭氧池與沉淀池的出水口連接，折流板厭氧池由隔板 分隔成6個隔間，各隔間頂部設(shè)有沼氣收集管路，各隔間內(nèi)裝有立體彈性填料;最 后一隔間底部生產(chǎn)的剩余污泥通過污泥泵回流進第一隔間。

　　所述的折流板Fenton反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有固定于其頂部的5個導(dǎo)流板和固定于其底 部的4個隔板，各導(dǎo)流板與折流板Fenton反應(yīng)器底部之間設(shè)有間隙，各隔板與折 流板Fenton反應(yīng)器頂部之間設(shè)有間隙，導(dǎo)流板與其相鄰隔板之間形成反應(yīng)池;

　　所述的折流板厭氧池內(nèi)設(shè)有固定于其頂部的6個導(dǎo)流板和固定于其底部的5 個隔板，各導(dǎo)流板與折流板厭氧池底部之間設(shè)有間隙，各隔板與折流板厭氧池頂部 之間設(shè)有間隙，導(dǎo)流板與其相鄰隔板之間形成隔間;

　　各導(dǎo)流板均為夾角為120°的折板。

　　所述的加酸裝置包括酸液儲罐，以及連接酸液儲罐與加酸池的管道和導(dǎo)流板; 其中酸液儲罐中的酸液為硝酸、或硝酸和硫酸的混合酸，通過加酸裝置控制酸液的 加入量，使得COD/SO42-添加量控制在3以上，加酸后pH在3-4。

　　所述的加亞鐵裝置包括亞鐵儲罐，以及連接亞鐵儲罐與加亞鐵池的管道和導(dǎo)流 板，其中亞鐵儲罐中裝有硝酸亞鐵、或硝酸亞鐵和硫酸亞鐵的混合物。

　　所述的Fenton主反應(yīng)池內(nèi)添加無機填料，所述的無機填料包括陶粒、廢活性 炭或廢合成樹脂，作為惰性載體。

　　所述的Fenton主反應(yīng)池內(nèi)液面的上升流速控制在10-60m/h以內(nèi)，主要通過池 體的橫截面積和高度來進行參數(shù)控制。

　　所述的曝氣風機為羅茨風機，通過曝氣風機向Fenton主反應(yīng)池、加堿池和加 PAM池曝氣，利用氧氣提高Fenton處理效果和節(jié)省藥劑投加量，且起到攪拌和提 高填料的流化效果。

　　待處理廢水依次流經(jīng)折流板Fenton反應(yīng)器的各反應(yīng)池進行反應(yīng)后，進入沉淀 池沉淀，沉淀池中的上清液再依次進入折流板厭氧池的各個隔間進行厭氧消化，產(chǎn) 生的沼氣通過沼氣收集管路收集作為清潔能源使用。

　　所述的回流泵將沉淀池產(chǎn)生的含鐵污泥回流到加酸池，加酸池內(nèi)低pH溶解鐵 鹽，循環(huán)利用鐵作為催化劑;污泥泵將最后一隔間底部產(chǎn)生的剩余污泥回流進第一 隔問，再次進行厭氧消化。

　　本發(fā)明對Fenton工藝所用試劑進行了適當?shù)恼{(diào)整，即，使用少硫酸鹽Fenton 工藝對剩余污泥進行預(yù)氧化。Fe2+由常用的FeSO4改用Fe(NO3)2，減少調(diào)pH 所用硫酸用量，調(diào)pH的硫酸部分改用硝酸，或仍使用FeSO4適當增加硝酸替代硫 酸的比率。

　　與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點。

　　一、本發(fā)明是區(qū)別于常規(guī)Fenton反應(yīng)器的連續(xù)投加藥劑;

　　二、多點分別投加藥劑可以充分提高處理效果和藥劑使用效率，惰性載體的 引入可以減少亞鐵鹽的投加和含鐵污泥的產(chǎn)生;

　　三、折流板Fenton反應(yīng)器可以減少能量的消耗，通過重力流實現(xiàn)物料的均勻 分布;

　　四、少硫酸根使用的該發(fā)明，可以最小程度的減少因使用常規(guī)Fenton試劑而 引入的硫酸根對后續(xù)污泥厭氧消化的負面影響;

　　五、Fenton反應(yīng)器曝氣可以起到攪拌和提高氧化效果的目的;

　　六、Fenton氧化耦合厭氧折流板反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)簡單，可以增加污泥消解效率 和提高產(chǎn)氣量。