申请日2014.01.17
公开(公告)日2014.04.30
IPC分类号C02F9/14; C02F11/04; C02F11/00
摘要
本发明涉及一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消化的反应装置及工艺，该装置主要包括Fenton氧化装置和厌氧消化装置，将Fenton氧化和厌氧两种消化方法联合应用，与现有技术相比，本发明具有药剂使用效率高，能耗低，结构简单，污泥消解效率和产气量有显著提高等优点。
权利要求书
1.一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消化的反应装置，其特征 在于，该装置包括：
折流板Fenton反应器(6)，该折流板Fenton反应器(6)由隔板分隔成5个 反应池，分别为：加酸池(7)、加亚铁池(8)、Fenton主反应池(9)、加碱池(10) 和加PAM池(11)，其中加酸池(7)内设有加酸装置(1)、加亚铁池(8)内设置 加亚铁装置(2)、Fenton主反应池(9)内设置加H2O2装置(3)、加碱池(10)内 设置加碱装置(4)、加PAM池(11)内设置加絮凝剂PAM装置(5);所述的Fenton 主反应池(9)、加碱池(10)和加PAM池(11)底部均设有鼓风曝气口，各鼓风 曝气口均连接曝气风机(13);
沉淀池(12)，该沉淀池(12)连接折流板Fenton反应器(6)，沉淀池(12) 含铁污泥部分压滤外运，部分通过回流泵(14)回流至加酸池(7)循环使用;
折流板厌氧池(15)，该折流板厌氧池(15)与沉淀池(12)的出水口连接， 折流板厌氧池(15)由隔板分隔成6个隔间，各隔间顶部设有沼气收集管路(16)， 各隔间内装有立体弹性填料;最后一隔间底部生产的剩余污泥通过污泥泵(17)回 流进第一隔间。
2.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的折流板Fenton反应器(6)内设有固定于其顶 部的5个导流板和固定于其底部的4个隔板，各导流板与折流板Fenton反应器(6) 底部之间设有间隙，各隔板与折流板Fenton反应器(6)顶部之间设有间隙，导流 板与其相邻隔板之间形成反应池;
所述的折流板厌氧池(15)内设有固定于其顶部的6个导流板和固定于其底部 的5个隔板，各导流板与折流板厌氧池(15)底部之间设有间隙，各隔板与折流板 厌氧池(15)顶部之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成隔间;
各导流板均为夹角为120°的折板。
3.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的加酸装置(1)包括酸液储罐，以及连接酸液 储罐与加酸池(7)的管道和导流板;其中酸液储罐中的酸液为硝酸、或硝酸和硫 酸的混合酸，通过加酸装置(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.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的加亚铁装置(2)包括亚铁储罐，以及连接亚 铁储罐与加亚铁池(8)的管道和导流板，其中亚铁储罐中装有硝酸亚铁、或硝酸 亚铁和硫酸亚铁的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的Fenton主反应池(9)内添加无机填料，所述 的无机填料包括陶粒、废活性炭或废合成树脂，作为惰性载体。
6.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的Fenton主反应池(9)内液面的上升流速控制 在10-60m/h以内，主要通过池体的横截面积和高度来进行参数控制。
7.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的曝气风机(13)为罗茨风机，通过曝气风机(13) 向Fenton主反应池(9)、加碱池(10)和加PAM池(11)曝气，利用氧气提高 Fenton处理效果和节省药剂投加量，且起到搅拌和提高填料的流化效果。
8.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，待处理废水依次流经折流板Fenton反应器(6)的各 反应池进行反应后，进入沉淀池(12)沉淀，沉淀池(12)中的上清液再依次进入 折流板厌氧池(15)的各个隔问进行厌氧消化，产生的沼气通过沼气收集管路(16) 收集作为清洁能源使用。
9.根据权利要求1所述的一种用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消 化的反应装置，其特征在于，所述的回流泵(14)将沉淀池产生的含铁污泥回流到 加酸池(7)，加酸池(7)内低pH溶解铁盐，循环利用铁作为催化剂;污泥泵(17) 将最后一隔间底部产生的剩余污泥回流进第一隔间，再次进行厌氧消化。
说明书
用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消化的反应装置
技术领域
本发明涉及环境工程及固废处理工程领域，尤其是涉及一种联合运用Fenton 氧化和厌氧消化实现剩余污泥减量化的方法。
背景技术
污水处理厂所产生的剩余污泥，一般含有大量的有机物，丰富的氮、磷、钾和 微量元素，可以有效利用;但是，未处理的污泥中也含有重金属、病原菌、寄生虫 以及某些难分解的有机毒物，如果处理不当，排放后会对环境造成严重的危害。污 泥处理包括浓缩、消化(生物法消化、污泥堆肥、热解和化学稳定)、脱水、干燥 等;污泥处置目前常见的方法有填埋法、海洋投弃、污泥焚烧、土地利用、建筑材 料利用、污泥燃料化、污泥制动物饲料、污泥改性制吸附剂等。但污泥处理处置费 用仍很高，其费用占污水处理的25%-65%。
剩余污泥生物法消化技术主要有厌氧和好氧消化，好氧消化由于能耗高，相对 停留时间也很长(15-30天)，而污泥厌氧消化处理技术具有不需曝气，动力消耗 少，降低了使用成本;但厌氧消化是一个较缓慢的过程，消化时间很长，水解是限 制污泥厌氧消化反应速率的主要步骤。为了改善污泥的厌氧消化性能，人们利用各 种物理和化学技术预处理污泥，以辅助提高污泥水解速率，为更高效、节能地处理 污泥探索新的途径。污泥预处理技术很多，目前主要包括如超声波处理、酸碱处理、 臭氧处理、热处理、Fenton氧化等。
1894年，英国人H.J.H.Fenton发现采用Fe2+/H2O2体系能氧化多种有机物。后 人为纪念他将亚铁盐和过氧化氢的组合称为Fenton试剂，它能有效氧化去除传统 废水处理技术无法去除的难降解有机物，其实质是Fe2+催化分解H2O2，生成强氧 化性的羟基自由基(·OH)，·OH可与大多数有机物作用使其降解，将废水中的大 分子有机物分解成小分子物质，提升废水后续生化处理的效果。
近些年来关于Fenton预处理污泥的研究，主要在以下一些方面展开：强氧化 性破解污泥中的胞外聚合物(EPS)，使污泥脱水性能显著提高;去除污泥中部分 有机物，提高污泥的稳定性;杀灭病原菌、去除污泥中重金属、同时除掉污泥的恶 臭、提高污泥利用的安全性;在改善污泥品质的同时，为污泥的后续资源化利用奠 定基础等。
利用厌氧工艺处理有机废水时，如果废水中含有一定浓度的硫酸盐，硫酸盐还 原菌(SRB)就会不可避免地繁殖起来，进行硫酸盐还原反应，会给正常的厌氧消 化带来不利影响，一是SRB和产甲烷细菌(MPB)竞争有机底物而降低废水的厌 氧消化产甲烷效率;二是当硫酸盐的浓度很高时，硫酸盐的还原产物硫化氢会达到 一定的浓度，对MPB产生抑制作用而导致厌氧工艺的恶化，甚至有时会导致厌氧 反应系统的崩溃。专利CN102910793A提出向无机酸化(pH=5)后的污泥中投加 H2O2和FeSO4，溶解和破解污泥中微生物细胞和胞外聚合物。专利CN102503006A， 提出超声波耦合Fenton破解污泥的方法，是使用盐酸(氯离子对Fenton催化氧化 性能有明显抑制作用)和FeSO4作为Fenton试剂。但仍无联合采用Fenton氧化与 厌氧消化实现剩余污泥减量的文献报道。
发明内容
本发明的目的就是为了克服现有Fenton处理污泥的缺陷和不足，为剩余污泥 处理和资源化利用提供一种联合运用Fenton氧化和厌氧消化实现剩余污泥减量化 的方法，以达到充分利用Fenton氧化和厌氧消化产沼气实现污泥减量和资源化效 果的用于剩余污泥处理的耦合Fenton氧化和厌氧消化的反应装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于剩余污泥处理的耦合 Fenton氧化和厌氧消化的反应装置，其特征在于，该装置包括：
折流板Fenton反应器，该折流板Fenton反应器由隔板分隔成5个反应池，分 别为：加酸池、加亚铁池、Fenton主反应池、加碱池和加PAM池，其中加酸池内 设有加酸装置、加亚铁池内设置加亚铁装置、Fenton主反应池内设置加H2O2装置、 加碱池内设置加碱装置、加PAM池内设置加絮凝剂PAM装置;所述的Fenton主 反应池、加碱池和加PAM池底部均设有鼓风曝气口，各鼓风曝气口均连接曝气风 机;
沉淀池，该沉淀池连接折流板Fenton反应器，沉淀池含铁污泥部分压滤外运， 部分通过回流泵回流至加酸池循环使用;
折流板厌氧池，该折流板厌氧池与沉淀池的出水口连接，折流板厌氧池由隔板 分隔成6个隔间，各隔间顶部设有沼气收集管路，各隔间内装有立体弹性填料;最 后一隔间底部生产的剩余污泥通过污泥泵回流进第一隔间。
所述的折流板Fenton反应器内设有固定于其顶部的5个导流板和固定于其底 部的4个隔板，各导流板与折流板Fenton反应器底部之间设有间隙，各隔板与折 流板Fenton反应器顶部之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成反应池;
所述的折流板厌氧池内设有固定于其顶部的6个导流板和固定于其底部的5 个隔板，各导流板与折流板厌氧池底部之间设有间隙，各隔板与折流板厌氧池顶部 之间设有间隙，导流板与其相邻隔板之间形成隔间;
各导流板均为夹角为120°的折板。
所述的加酸装置包括酸液储罐，以及连接酸液储罐与加酸池的管道和导流板; 其中酸液储罐中的酸液为硝酸、或硝酸和硫酸的混合酸，通过加酸装置控制酸液的 加入量，使得COD/SO42-添加量控制在3以上，加酸后pH在3-4。
所述的加亚铁装置包括亚铁储罐，以及连接亚铁储罐与加亚铁池的管道和导流 板，其中亚铁储罐中装有硝酸亚铁、或硝酸亚铁和硫酸亚铁的混合物。
所述的Fenton主反应池内添加无机填料，所述的无机填料包括陶粒、废活性 炭或废合成树脂，作为惰性载体。
所述的Fenton主反应池内液面的上升流速控制在10-60m/h以内，主要通过池 体的横截面积和高度来进行参数控制。
所述的曝气风机为罗茨风机，通过曝气风机向Fenton主反应池、加碱池和加 PAM池曝气，利用氧气提高Fenton处理效果和节省药剂投加量，且起到搅拌和提 高填料的流化效果。
待处理废水依次流经折流板Fenton反应器的各反应池进行反应后，进入沉淀 池沉淀，沉淀池中的上清液再依次进入折流板厌氧池的各个隔间进行厌氧消化，产 生的沼气通过沼气收集管路收集作为清洁能源使用。
所述的回流泵将沉淀池产生的含铁污泥回流到加酸池，加酸池内低pH溶解铁 盐，循环利用铁作为催化剂;污泥泵将最后一隔间底部产生的剩余污泥回流进第一 隔问，再次进行厌氧消化。
本发明对Fenton工艺所用试剂进行了适当的调整，即，使用少硫酸盐Fenton 工艺对剩余污泥进行预氧化。Fe2+由常用的FeSO4改用Fe(NO3)2，减少调pH 所用硫酸用量，调pH的硫酸部分改用硝酸，或仍使用FeSO4适当增加硝酸替代硫 酸的比率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点。
一、本发明是区别于常规Fenton反应器的连续投加药剂;
二、多点分别投加药剂可以充分提高处理效果和药剂使用效率，惰性载体的 引入可以减少亚铁盐的投加和含铁污泥的产生;
三、折流板Fenton反应器可以减少能量的消耗，通过重力流实现物料的均匀 分布;
四、少硫酸根使用的该发明，可以最小程度的减少因使用常规Fenton试剂而 引入的硫酸根对后续污泥厌氧消化的负面影响;
五、Fenton反应器曝气可以起到搅拌和提高氧化效果的目的;
六、Fenton氧化耦合厌氧折流板反应器的结构简单，可以增加污泥消解效率 和提高产气量。