公布日：2022.04.08

申請日：2022.01.25

分類號：C02F11/06(2006.01)I;C02F11/121(2019.01)I;C02F11/02(2006.01)I

摘要

本發(fā)明公開了一種芬頓污泥的處理系統(tǒng)及處理方法。上述芬頓污泥的處理系統(tǒng)，包括：經(jīng)由管道依次連接的芬頓氧化系統(tǒng)、膜池、濃縮池、水解反應(yīng)器、還原反應(yīng)器、酸化池和亞鐵儲罐；濃縮池上設(shè)有向芬頓氧化系統(tǒng)回流出水的濃縮池出水回流管道；酸化池上設(shè)有向濃縮池回流污泥的酸化池污泥回流管道；亞鐵儲罐上設(shè)有向芬頓氧化系統(tǒng)回流亞鐵溶液的亞鐵回流管道。本發(fā)明還提出了采用上述處理系統(tǒng)實施的處理方法。利用上述處理系統(tǒng)及處理方法，能實現(xiàn)芬頓污泥90％以上的減量化、資源化。

權(quán)利要求書

1.一種芬頓污泥的處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：經(jīng)由管道（800）依次連接的芬頓氧化系統(tǒng)、膜池（200）、濃縮池（300）、水解反應(yīng)器（400）、還原反應(yīng)器（500）、酸化池（600）和亞鐵儲罐（700）；所述芬頓氧化系統(tǒng)包括經(jīng)由管道（800）依次連接的調(diào)酸池（110）、氧化池（120）和中和池（130）；所述中和池（130）與所述膜池（200）相連；所述濃縮池（300）上設(shè)有向所述芬頓氧化系統(tǒng)回流出水的濃縮池出水回流管道（310）；所述濃縮池出水回流管道（310）連接所述濃縮池（300）和所述調(diào)酸池（110）；所述酸化池（600）上設(shè)有向所述濃縮池（300）回流污泥的酸化池污泥回流管道（610）；所述亞鐵儲罐（700）上設(shè)有向所述芬頓氧化系統(tǒng)回流亞鐵溶液的亞鐵回流管道（710）；所述亞鐵回流管道（710）連接所述亞鐵儲罐（700）和所述調(diào)酸池（110）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述膜池（200）為安裝有膜組件的池體。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述還原反應(yīng)器（500）內(nèi)培植有鐵還原菌。

4.一種采用如權(quán)利要求1~3任一項所述處理系統(tǒng)實施的處理方法，其特征在于，包括如下步驟：S1.將所述膜池（200）截留的芬頓污泥經(jīng)由所述管道（800）送入所述濃縮池（300）；所述濃縮池（300）的出水經(jīng)由所述濃縮池出水回流管道（310）回流至所述芬頓氧化系統(tǒng)中；S2.將步驟S1所得芬頓污泥經(jīng)由所述管道（800）送入所述水解反應(yīng)器（400），進行水解酸化反應(yīng)；S3.將步驟S2所得芬頓污泥經(jīng)由所述管道（800）送入所述還原反應(yīng)器（500），進行還原反應(yīng)；S4.將步驟S3所得污泥經(jīng)由所述管道（800）送入所述酸化池（600），進行酸化和固液分離，所得清液轉(zhuǎn)移至所述亞鐵儲罐（700）；所得污泥經(jīng)由所述酸化池污泥回流管道（610）回流至所述濃縮池（300）。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，所述處理方法還包括向所述水解反應(yīng)器（400）和所述還原反應(yīng)器（500）中投加有機碳源；所述有機碳源包括葡萄糖、乙酸鈉和甲醇中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S2中，所述水解反應(yīng)器（400）中的pH≥6.0。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S2中，所述水解反應(yīng)器（400）中的污泥停留時間為1～3天。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S3中，所述還原反應(yīng)器（500）的出料pH≥7.0。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S3中，所述還原反應(yīng)器（500）內(nèi)的污泥停留時間為2~5天。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S4中，所述酸化后，所述酸化池（600）中的pH為3.5~4.0。11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的處理方法，其特征在于，步驟S4中，所述固液分離的方法為沉降分離；所述沉降分離中，沉降的時間為8~24h。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種芬頓污泥的處理系統(tǒng)以實現(xiàn)對芬頓污泥進行處理，上述處理系統(tǒng)能使芬頓污泥減量90％以上，使芬頓污泥中的鐵鹽實現(xiàn)循環(huán)利用。

本發(fā)明還提出一種采用上述處理系統(tǒng)實施的處理方法。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種芬頓污泥的處理系統(tǒng)，包括：經(jīng)由管道依次連接的芬頓氧化系統(tǒng)、膜池、濃縮池、水解反應(yīng)器、還原反應(yīng)器、酸化池和亞鐵儲罐；

所述濃縮池上設(shè)有向所述芬頓氧化系統(tǒng)回流出水的濃縮池出水回流管道；

所述酸化池上設(shè)有向所述濃縮池回流污泥的酸化池污泥回流管道；

所述亞鐵儲罐上設(shè)有向所述芬頓氧化系統(tǒng)回流亞鐵溶液的亞鐵回流管道。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式，至少具有以下有益效果：

(1)傳統(tǒng)芬頓氧化工藝產(chǎn)生的芬頓污泥含有大量的高分子絮凝劑(如聚丙烯酰胺PAM)，污泥濃縮后，其濃度達100mg/L以上。這些高分子絮凝劑會對鐵的生物還原反應(yīng)產(chǎn)生以下不利影響：阻礙鐵還原菌與鐵氧化物接觸，對微生物具有粘附、抑制作用，降低還原效率；降低污泥沉降分離性能，限制生物還原產(chǎn)生的亞鐵鹽回用。

本發(fā)明采用膜池與濃縮池構(gòu)成的污泥分離與循環(huán)系統(tǒng)替代傳統(tǒng)的混凝系統(tǒng)，無需投加高分子絮凝劑，避免了絮凝劑對后續(xù)污泥中鐵還原的影響，使芬頓污泥中的鐵具有更好的生物還原反應(yīng)性能和固液分離性能，最終提升芬頓污泥中鐵的還原效率。

(2)現(xiàn)有的芬頓污泥處理系統(tǒng)中，污泥減量水平較低，亞鐵回用效果較差。例如有的技術(shù)將還原后的芬頓污泥混合液直接回流利用(未進行固液分離，包括未還原的三價鐵氧化物和高分子絮凝劑等有機物)，這使厭氧的芬頓污泥混合液進入氧化池，降低芬頓進水的氧化還原電位并帶入大量的有機物和懸浮固體，進而降低了芬頓氧化效果，同時，未還原的三價鐵氧化物直接排出，不能繼續(xù)參與鐵的還原反應(yīng)，導(dǎo)致其減量化水平偏低。

本發(fā)明設(shè)計了酸化池，對還原后的芬頓污泥進行酸化和固液分離，酸化使亞鐵轉(zhuǎn)移到溶液中，固液分離后再將上清液轉(zhuǎn)移到亞鐵儲罐，隨后將其回流至芬頓氧化系統(tǒng)中；這消除了還原后污泥混合液(包括固體和液體)直接回用的負面影響，極大的提高了亞鐵的回用處理效果。

本發(fā)明還在酸化池上設(shè)計了向所述濃縮池回流污泥的酸化池污泥回流管道，使未還原的鐵氧化回流到反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，其資源化、減量化水平隨鐵氧化物循環(huán)利用次數(shù)提高，最高減量水平高于90％，甚至近100％；同時，回流至濃縮池的污泥中殘余的亞鐵和酸度也通過濃縮池出水回到芬頓氧化系統(tǒng)中，被有效利用。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述芬頓氧化系統(tǒng)包括經(jīng)由管道依次連接的調(diào)酸池、氧化池和中和池；所述中和池與所述膜池相連。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述濃縮池出水回流管道連接所述濃縮池和所述調(diào)酸池。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述亞鐵回流管道連接所述亞鐵儲罐和所述調(diào)酸池。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述膜池為安裝有膜組件的池體。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述膜組件包括中空纖維膜組件。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述中空纖維膜組件產(chǎn)自美能材料科技有限公司，其型號為SMM-2030T。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述水解反應(yīng)器上還設(shè)有攪拌機、pH在線監(jiān)控設(shè)備、液堿投加設(shè)備和碳源投加設(shè)備。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述還原反應(yīng)器上還設(shè)有攪拌機、pH在線監(jiān)控設(shè)備和碳源投加設(shè)備。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述酸化池上還設(shè)有攪拌機、pH在線監(jiān)控設(shè)備、硫酸投加設(shè)備及上清液排放設(shè)備。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述亞鐵儲罐上設(shè)有亞鐵濃度監(jiān)測裝置。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述還原反應(yīng)器內(nèi)培植有鐵還原菌。

根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，提出了一種采用所述處理系統(tǒng)實施的處理方法，包括如下步驟：

S1.將所述膜池截留的芬頓污泥經(jīng)由所述管道送入所述濃縮池；所述濃縮池的出水經(jīng)由所述濃縮池出水回流管道回流至所述芬頓氧化系統(tǒng)中；

S2.將步驟S1所得芬頓污泥經(jīng)由所述管道送入所述水解反應(yīng)器，進行水解酸化反應(yīng)；

S3.將步驟S2所得芬頓污泥經(jīng)由所述管道送入所述還原反應(yīng)器，進行還原反應(yīng)；

S4.將步驟S3所得污泥經(jīng)由所述管道送入所述酸化池，進行酸化和固液分離，所得清液轉(zhuǎn)移至所述亞鐵儲罐備用；所得污泥經(jīng)由所述酸化池污泥回流管道回流至所述濃縮池。

上述制備方法的機理如下：

步驟S1中，芬頓污泥在濃縮池中相當于進行了初步的固液分離，所得出水回流至芬頓氧化系統(tǒng)，濃縮后的芬頓污泥進入步驟S2；

步驟S2中，由于芬頓污泥中通常含有一定的有機物，進行的水解酸化處理主要是去除其中的有機物(未被芬頓氧化系統(tǒng)完全去除，夾雜在芬頓污泥中)；

步驟S3中，芬頓污泥中含有鐵氧化物，在還原反應(yīng)器中，鐵會被還原為二價鐵；

步驟S4中，酸化可將二價鐵溶出，固液分離后重新使用。

根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選的實施方式的處理方法，至少具有以下有益效果：

雖然鐵還原菌和水解酸化有機物的細菌在污泥(例如本發(fā)明的芬頓污泥)中普遍存在，不需要額外引入，但是在單一的厭氧反應(yīng)器中，其環(huán)境無法使各類微生物的生物反應(yīng)都處于最佳水平，即無法同時實現(xiàn)良好的水解酸化和鐵的還原，進而影響反應(yīng)器的處理效果。

本發(fā)明將微生物水解酸化反應(yīng)過程(所述水解反應(yīng)器)與鐵還原過程(所述還原反應(yīng)器)分別放在不同的反應(yīng)器進行，使還原反應(yīng)器中的鐵還原菌和水解反應(yīng)器中水解酸化有機物的細菌分別處于最佳反應(yīng)狀態(tài)。在水解反應(yīng)器進行有機物的水解酸化，促進難降解有機物的降解，進而提高污泥有機物的減量水平，并為鐵還原過程提供易降解碳源(小分子有機酸)；在還原反應(yīng)器進行鐵的生物還原反應(yīng)，讓鐵還原菌處于更適宜的pH(≥7.0)環(huán)境中，提高鐵的還原效率。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S1中，所述截留芬頓污泥的過程包括：所述芬頓氧化系統(tǒng)中，所述中和池的出水進入所述膜池，利用所述膜池中的膜組件進行過濾，將芬頓污泥截留在所述膜池。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S1中，所述膜池中的芬頓污泥，濃度為1～5g/L。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述膜池中的芬頓污泥輸送至所述濃縮池，其輸送流量為所述膜池進水流量的1～10％。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S1中，所述濃縮池中水力停留時間為0.5～5h。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S1所得芬頓污泥的固含量為20～40g/L。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S2中，所述水解反應(yīng)器中的pH≥6.0。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S2中，所述水解反應(yīng)器中的污泥停留時間為1～3天。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S2中，所述還原反應(yīng)器的出料pH≥7.0。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S3中，所述還原反應(yīng)器內(nèi)的污泥停留時間為2～5天。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述處理方法還包括向所述水解反應(yīng)器和生物反應(yīng)器中投加有機碳源。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機碳源包括葡萄糖、乙酸鈉和甲醇中的至少一種。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機碳源在所述水解反應(yīng)器與還原反應(yīng)器的投加量按所述芬頓污泥在所述水解反應(yīng)器與還原反應(yīng)器的污泥停留時間之比進行分配。即所述水解反應(yīng)器與還原反應(yīng)器中污泥停留時間之比，與所述水解反應(yīng)器與還原反應(yīng)器中有機碳源的添加量之比相等。

在本發(fā)明的一些實施方式中，向所述水解反應(yīng)器和生物反應(yīng)器中投加有機碳源質(zhì)量之和，與步驟S1所得芬頓污泥的體積比為900～1200mg/L。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機碳源的添加量應(yīng)滿足：所述還原反應(yīng)器出料溶液中總有機碳質(zhì)量濃度與所述芬頓氧化系統(tǒng)進水中總有機碳質(zhì)量濃度之差≤100mg/L。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述有機碳源的添加量應(yīng)滿足：所述還原反應(yīng)器出料溶液中總有機碳質(zhì)量濃度與所述芬頓氧化系統(tǒng)進水中總有機碳質(zhì)量濃度之差≤50mg/L。

雖然所述還原反應(yīng)器出料溶液中存在一定的有機碳，但是上述出料溶液添加至所述芬頓氧化系統(tǒng)后，會被稀釋50～100倍，因此其中的有機碳對所述芬頓氧化系統(tǒng)的處理效果影響甚微。

所述有機碳源也是影響所述生物還原的重要因素；芬頓污泥，尤其是廢水深度處理產(chǎn)生的芬頓污泥，有機物含量偏低，且可降解性差，難以被生物利用，因此鐵還原效率低；而投加碳源又會促進微生物的繁殖(也是污泥的組成)，面臨污泥有機成分增加的問題，影響污泥減量，因此，在傳統(tǒng)的污泥處理反應(yīng)器中投加碳源對處理是不利的，也是不必要的；本發(fā)明通過控制有機碳源的添加量，提升了鐵的還原效率，同時遏制了污泥有機物成分(VSS)的增長，并實現(xiàn)了芬頓污泥的減量。

通過所述水解反應(yīng)器與還原反應(yīng)器的聯(lián)合優(yōu)化控制，可實現(xiàn)所述芬頓污泥中有機物降解與鐵還原的最優(yōu)效果。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S4中，所述酸化后，所胡酸化池中的pH為3.5～4.0。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S4中，所述固液分離的方法為沉降分離。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述沉降分離中沉降的時長8～24h。

在本發(fā)明的一些實施方式中，步驟S4中，所述亞鐵儲罐中的亞鐵溶液為所述芬頓氧化系統(tǒng)提供亞鐵。

在本發(fā)明的一些實施方式中，所述處理方法，可實現(xiàn)所述芬頓污泥90～100％的減量率。

所述減量率的計算方法如下式所示：

R＝r/(1+r)*100％；

式中，r為所有鐵氧化物平均還原次數(shù)，也即鐵鹽循環(huán)利用次數(shù)(所述芬頓污泥中的鐵鹽平均回用一次，即為循環(huán)一次)，可見，鐵鹽循環(huán)利用1次則芬頓污泥減量約50％，循環(huán)4次即減量80％，循環(huán)9次則減量達到90％；當所述處理方法持續(xù)進行，則可無限循環(huán)回流，使芬頓污泥達到近100％的減量化與資源化。

（發(fā)明人：張河民;郭成洪;劉建林;李永紅）