申请日2016.01.19
公开(公告)日2016.06.22
IPC分类号C02F9/14; C02F11/00; C02F11/10
摘要
本发明涉及一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置，包括：将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理;将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到固液两相混合物，排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环使用。本发明的方法可以实现铁炭还原-生物处理组合工艺中含铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并省去铁炭还原单元中持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势。
权利要求书
1.一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理;
(2)将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到含有Fe0、C的固液两相混合物;
(3)将步骤(2)中得到的混合物排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环步骤(2)和步骤(3)。
2.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中工业废水为印染、化工或制药行业工业废水。
3.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中铁炭还原-生物组合工艺流程为：待处理工业废水投加铁粉、炭粉及酸后进入铁炭还原反应器，反应后废水投加碱和助凝剂经混凝沉淀后进入水解酸化-接触氧化生化处理，处理后废水经二沉池进行固液分离后达标排放。
4.根据权利要求1所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述步骤(1)中铁炭还原过程采用的是铁炭还原反应器。
5.根据权利要求4所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，其特征在于，所述铁炭还原反应器包括铁炭还原和絮凝沉淀两个单元。
6.一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置，包括热催化炭化-还原反应器(38)，其特征在于：所述的包括热催化炭化-还原反应器(38)上端中间设有热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)、下端与热催化炭化-还原反应釜排水管(10)连接，所述的热催化炭化-还原反应釜排水管(10)上设有热催化反应产物排放管调节阀(26)，所述的热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11)一侧热催化炭化-还原反应釜(38)上设有在线压力计(17)和压力报警器(18)、另一侧设有在线温度计(12)和温度报警器(13)，所述的热催化炭化-还原反应釜(38)一侧、下端设有检修入孔(22)，所述的热催化炭化-还原反应釜(38)内部侧面上设有电加热器(16)，所述的热催化炭化-还原反应釜(38)两侧面上端分别设有释气管(15)和污泥投料泵出水管(20)，所述的释气管(15)上设有释气管调节阀(14)，所述的热催化炭化-还原反应器(38)侧面上设有溢流管(23)，所述的溢流管(23)上设有溢流管调节阀(21)，所述的溢流管(23)下端设有溢流液承接池(25)，所述的污泥投料泵出水管(20)末端与污泥投料泵(34)连接，所述的污泥投料泵出水管(20)上设有污泥投料泵出水回流管(30)，所述的污泥投料泵出水回流管(30)上设有污泥投料泵出水回流管调节阀(29)，所述的污泥投料泵(34)通过污泥投料泵进水管(33)与贮泥池(31)连接，所述的贮泥池(31)设置在污泥投料泵出水回流管(30)下端、与污泥投料泵出水回流管(30)出水口相对，所述的污泥投料泵进水管(33)上设有污泥投料泵进水管调节阀(32)，所述的贮泥池(31)另一端分别与含铁污泥进泥管(40)和生物处理剩余污泥进泥管(35)连接，所述的含铁污泥进泥管(40)和生物处理剩余污泥进泥管(35)上分别设有含铁污泥进泥管调节阀(36)和生物处理剩余污泥进泥管调节阀(37)，所述的热催化炭化-还原反应器排水管(10)与热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)连接，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端设有热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8)，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)通过热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管(3)与热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)连接，所述的污热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管(3)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)与热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)连接，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)出水端与热催化炭化-还原反应产物贮存池(9)上端相对应，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀(6)，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管(7)上端、在热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管(24)上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)和热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀(4)。
7.根据权利要求6所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置，其特征在于：所述的污泥投料泵出水管(20)上、在热催化炭化-还原反应釜(38)与污泥投料泵出水回流管(30)之间设有污泥投料泵出水管调节阀(19、27)和污泥投料泵出水管止回阀(28)。
8.一种使用权利要求6所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置的方法，其特征在于，所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)关闭热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀(26);开启污泥进泥管调节阀(36、37);开启污泥投料泵(34);开启释气阀(14);开启调节阀(27、19);开启溢流管调节阀(21);开启污泥投料泵进水管调节阀(32);
(b)待溢流管(21)有液体流出时，关闭污泥投料泵(34);关闭释气阀(14);关闭溢流管调节阀(21);关闭调节阀(27、19);开启热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11);开启电加热器(16);
(c)待炭化、还原反应完成后，关闭热催化炭化-还原反应釜搅拌机(11);关闭电加热器(16);
(d)自然冷却后，开启热催化炭化-还原反应釜排水管调节阀(26)，将含Fe0、C固液两相反应产物排入热催化炭化-还原反应产物贮存池(9);
(e)开启热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机(8);开启热催化炭化-还原反应产物回流泵(1)，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀(2)，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀(5)，将含Fe0、C热催化炭化-还原固液两相反应产物送入铁炭还原反应器，替代初期外源投加的零价铁粉和活性炭粉。
说明书
一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置
技术领域
本发明属于工业废水处理及污泥资源化技术领域，特别涉及一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置。
背景技术
铁炭还原是近年来在难降解工业废水处理领域开始应用的技术，其技术优势在于零价铁和炭形成微电解原电池，产生的新生态的[H]具有较强的还原作用，从而可以将难降解有机物还原、开环及断链，有效改善其可生化性。因而工业废水处理中常用铁炭还原作为预处理提高其可生化性，然后再用厌氧-好氧生物处理工艺处理，从而获得良好的有机物去除效果。但铁炭还原在工程应用中的主要问题在于反应时需将废水pH调节至3.0～4.0，以利于零价铁腐蚀，反应完毕进入混凝阶段，需要将废水pH用碱调节至7～8，由此产生大量铁泥，不仅酸碱投加成本高，而且铁泥产生量及处置成本高。
因此在铁炭还原-生物处理组合工艺中，如能将生物处理剩余污泥中的有机物在高温、高压条件下炭化，利用这一过程中的炭化产物将铁炭还原单元产生的铁泥中Fe3+还原成为Fe0，从而形成Fe0和C的固液两相混合产物，并将其回用于铁炭还原单元，则可以替代铁炭还原单元的外源性投加的零价铁粉和活性炭粉;同时，实现铁炭还原-生物处理组合工艺的污泥减量，对于优化铁炭还原-生物处理组合工艺处理成本具有较大应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法及其装置，该方法为降低工业废水铁炭还原-生物组合处理工艺运行费用及实现污泥减量提供的经济可行的技术方法。
本发明的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理方法，包括：
(1)将工业废水通过铁炭还原-生物组合工艺处理;
(2)将铁炭还原产生的含铁污泥与生物组合工艺处理得到的剩余污泥按质量比为1:1～3:1加入到热催化炭化-还原反应器中，将反应釜密闭，加温至180～200℃，并搅拌反应5～7h，得到含有Fe0、C的固液两相混合物;
(3)将步骤(2)中得到的混合物排出，投加至铁炭还原反应器进水口，与废水和酸混合后进入铁炭还原反应器，反应产生污泥循环步骤(2)和步骤(3)。
所述步骤(1)中工业废水为印染、化工或制药行业工业废水。
所述步骤(1)中铁炭还原-生物组合工艺流程为：待处理工业废水投加铁粉、炭粉及酸后进入铁炭还原反应器，反应后废水投加碱和助凝剂经混凝沉淀后进入水解酸化-接触氧化生化处理，处理后废水经二沉池进行固液分离后达标排放。
所述步骤(1)中铁炭还原开始时投加活性炭粉和零价铁粉，投加量需根据废水水质进行调整。
所述步骤(1)中铁炭还原过程采用的是铁炭还原反应器。
所述步骤铁炭还原反应器包括铁炭还原和絮凝沉淀两个单元，在铁炭还原单元完成有机物的开环、断链及改善可生化性的过程，在混凝沉淀单元完成铁泥的固液分离。
所述步骤(1)中的铁炭还原反应器开始运行时投加活性炭粉和零价铁粉，以后运行过程中所需的铁炭来源于污泥热催化炭化-还原混合产物。
所述步骤(1)中生物组合工艺为水解酸化-好氧处理。
本发明的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置，包括热催化炭化-还原反应器，其中所述的包括热催化炭化-还原反应器上端中间设有热催化炭化-还原反应釜搅拌机、下端与热催化炭化-还原反应釜排水管连接，所述的热催化炭化-还原反应器排水管上设有热催化反应产物排放管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应器搅拌机一侧热催化炭化-还原反应器上设有在线压力计和压力报警器、另一侧设有在线温度计和温度报警器，所述的热催化炭化-还原反应器一侧、下端设有检修入孔，所述的热催化炭化-还原反应器内部侧面上设有电加热器，所述的热催化炭化-还原反应器两侧面上端分别设有释气管和污泥投料泵出水管，所述的释气管上设有释气管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应器侧面上设有溢流管，所述的溢流管上设有溢流管调节阀，所述的溢流管下端设有溢流液承接池，所述的污泥投料泵出水管末端与污泥投料泵连接，所述的污泥投料泵出水管上设有污泥投料泵出水回流管，所述的污泥投料泵出水回流管上设有污泥投料泵出水回流管调节阀，所述的污泥投料泵通过污泥投料泵进水管与贮泥池连接，所述的贮泥池设置在污泥投料泵出水回流管下端、与污泥投料泵出水回流管出水口相对，所述的污泥投料泵进水管上设有污泥投料泵进水管调节阀，所述的贮泥池另一端分别与含铁污泥进泥管和生物处理剩余污泥进泥管连接，所述的含铁污泥进泥管和生物处理剩余污泥进泥管上分别设有含铁污泥进泥管调节阀和生物处理剩余污泥进泥管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应器排水管与热催化炭化-还原反应产物贮存池连接，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池上端设有热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机，所述的热催化炭化-还原反应产物贮存池通过热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管与热催化炭化-还原反应产物回流泵连接，所述的污热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵与热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管连接，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管出水端与热催化炭化-还原反应产物贮存池上端相对应，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管调节阀，所述的热催化炭化-还原反应产物回流泵出水回流管上端、在热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管上设有热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀和热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管止回阀。
所述的污泥投料泵出水管上、在热催化炭化-还原反应釜与污泥投料泵出水回流管之间设有污泥投料泵出水管调节阀和污泥投料泵出水管止回阀。
一种使用所述的一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物组合处理装置的方法，其中所述装置采用间歇序批式工作过程，包括下列步骤：
(a)关闭热催化炭化-还原反应器排水管调节阀;开启污泥进泥管调节阀;开启污泥投料泵;开启释气阀;开启调节阀;开启溢流管调节阀;开启污泥投料泵进水管调节阀;
(b)待溢流管有液体流出时，关闭污泥投料泵;关闭释气阀;关闭溢流管调节阀;关闭调节阀;开启热催化炭化-还原反应器搅拌机;开启电加热器;(c)待炭化、还原反应完成后，关闭热催化炭化-还原反应器搅拌机;关闭电加热器;
(d)自然冷却后，开启热催化炭化-还原反应器排水管调节阀，将含Fe0、C固液两相反应产物排入热催化炭化-还原反应产物贮存池;
(e)开启热催化炭化-还原反应产物贮存池搅拌机;开启热催化炭化-还原反应产物回流泵，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵进水管调节阀，开启热催化炭化-还原反应产物回流泵出水管调节阀，将含Fe0、C热催化炭化-还原固液两相反应产物送入铁炭还原反应器，替代初期外源投加的零价铁粉和活性炭粉。
所述热催化炭化-还原反应器的安全运行保护技术措施为：由在线温度计将信号反馈给PLC自动控制系统，通过自动控制系统控制电加热器，使反应器内温度维持在正常工作温度范围;当反应器内温度超过安全工作温度的范围时，温度报警器报警并自动切断加热电源;当反应器内压力超过安全工作压力范围时，压力报警器报警并自动切断加热电源，同时通过自动控制系统开启释气阀，以快速降低反应器压力。
所述热催化炭化-还原反应器以不锈钢材质制作，内壁防腐，配置加热搅拌、温控及测压装置，外壁设置隔热措施。
本发明的原理是：在热催化炭化-还原反应器中的高温、高压条件下，将工业废水经铁炭还原-生物组合处理工艺产生的含铁污泥和剩余生物污泥中的有机物炭化;同时污泥炭化产物将含铁污泥中的Fe3+还原成为Fe0，形成含有Fe0和C的固液两相混合产物，并回用于前置铁炭还原反应器，从而替代铁炭还原工艺中的持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉。在实现污泥减量的同时，降低铁炭还原单元的运行费用。
本发明的适用范围为印染、化工、造纸行业等产生的难降解工业废水的处理。通过本发明提出的方法，实现工业废水铁炭还原-生物处理组合工艺运行成本的同时使污泥减量排放。
本发明针对工业废水铁炭还原-生物处理组合工艺中铁泥及剩余生物污泥排放量大、处置费用高，以及零价铁粉和活性炭粉使用量大和成本高的问题，提出了一种铁循环及污泥减量的铁炭还原-生物处理组合工艺及设备。通过本发明的方法，可以实现铁炭还原-生物处理组合工艺中含铁污泥和生物处理剩余污泥减量排放，并省去铁炭还原单元中持续性外源投加的零价铁粉和活性炭粉，在节省废水处理成本及污泥处置费方面有较大优势。
有益效果
(1)本发明的方法可省去外源性投加的零价铁粉和活性炭粉，大幅度节省工程运行费用;
(2)本发明的方法中经热催化炭化-还原反应后，可将铁炭还原铁泥及生物处理剩余污泥部分回用于铁炭还原处理工艺，实现污泥的减量排放。