[发明专利]一种利用厌氧微生物处理Fenton铁泥的装置与工艺

说明书

技术领域

本发明涉及固体废弃物资源化技术的领域。

背景技术

Fenton、类Fenton氧化工艺是近年来逐步推广的一种催化氧化技术，该工艺利用酸性条件下Fe²⁺和Fe³⁺催化双氧水产生强氧化性的羟基自由基(·OH)将废水中的难降解成分氧化。反应在常温常压下即可进行，工艺流程简单，具有巨大的工业化推广潜力，已成功应用到印染废水、含油废水、含酚废水、焦化废水、含硝基苯废水、二苯胺废水等废水处理中。然而Fenton反应过程中不仅发生羟基自由基的氧化反应，同时氢氧化铁絮体也会对有机物和其他污染物产生一定的絮凝作用，从而不可避免地产生了大量的含铁污泥。Fenton污泥可归类为危险固废，即使在脱水后含水率仍在80％左右，并含有大量有机质和重金属。如果不妥善处理会产生很多危害，比如：铁泥直接排放会淤积河床，严重污染水体；铁泥中含有大量的细菌病毒，直接暴露在环境中会严重危害到人类的健康；如果直接填埋，铁泥絮体吸附、包裹的有机物会腐败、恶臭，引发一系列环境问题。因此Fenton铁泥的处理已成为制约Fenton技术进一步推广的关键。

传统的Fenton铁泥处置方法主要是水泥稳定、焚烧、固化等方法。按照污泥稳定化、固定化后进行填埋的方法虽然可以确保固废得到妥善处理，防止二次污染发生，但都只是减少了废物的毒性和可迁移性，并没有根除铁泥中的有机物腐败问题。焚烧法虽然可以将有机物彻底氧化为二氧化碳和水，但是铁泥中含有大量的铁及部分重金属焚烧产生的飞灰需要进一步处理。

厌氧生物处理技术是目前有机废水、废物处理领域最有效的技术之一。废水、高固废物中的有机物经过多种微生物的共同代谢作用，最终被转化为水、二氧化碳、甲烷、硫化氢等。而铁是微生物生长的必须元素之一，在地壳中的平均含量大概为5.6％左右，存在形式有Fe⁰，Fe²⁺，Fe³⁺，其中以Fe(III)矿物的存在形式为主。作为地球生命最古老的呼吸方式，铁呼吸即微生物异化铁还原，其在铁的地质循环中起着重要作用。在该过程中，微生物利用Fe(III)作为电子受体，在氧化有机物的同时将Fe(III)还原为Fe(II)并从中获取能量。因为微生物异化铁还原过程耦联了有机物的氧化降解，已逐渐应用于生物冶金、重金属(铀，铬，砷等)污染环境的生物修复以及石化类有机污水的生物降解。有研究报道三价铁的加入能够促进富含硫酸根离子的垃圾渗滤液以及长链脂肪酸的厌氧发酵效率；也有研究三价铁对纤维素类废弃物厌氧产沼气过程的影响，研究发现FeCl₃的加入能够强化厌氧微生物对纤维素结晶度的破坏，三价铁对城市生活垃圾、农业生产废弃物、林业生产废弃物等领域的甲烷化利用具有一定的应用前景。但未见利用Fenton铁泥作为三价铁铁源来促进厌氧消化的相关报道。

发明内容

本发明提出一种利用厌氧微生物消化处理Fenton铁泥的技术。一方面，利用厌氧消化的优势有效地去除铁泥中的有机物，另一方面基于异化铁还原机理，以铁泥中的三价铁作为微生物异化铁还原的电子受体，来强化厌氧消化有机物的效率，提高厌氧甲烷产量。

具体的技术方案是：一种利用厌氧微生物处理Fenton铁泥的装置，其特征在于：包括设有带上盖的上流式厌氧污泥床反应器的筒体，该筒体内自下而上依次设有污泥反应层与污泥悬浮层，筒体内上方固定有挡泥板，三相分离器被固定在上盖下，筒体外上方设有出水管。进水调节池经进水泵通过进水管与筒体内污泥反应层底部相连，其特征在于：筒体设有中空保温腔，循环水浴锅上方通过循环水管i与中空保温腔的上部相连而下方通过循环水管ii以及循环水泵与中空保温腔的底部相连。

一种使用上述装置的利用厌氧微生物处理Fenton铁泥的工艺，包括下述工序：

1)取待处理的Fenton铁泥进行脱水，使脱水后的铁泥含水率在80～90％，最佳为80％，测定铁泥的含铁量；

2)将处理后的铁泥按质量比投入进水调节池中与待处理废水充分混合，使铁泥的质量分数(以三价铁计)保持在10～20g/L左右，最佳为20g/L；

3)打开循环水浴锅，维持循环水温度为37℃，打开循环水泵，使循环水通过循环水管进入中空保温腔，维持上流式厌氧污泥床反应器筒体内温度为37℃；

4)打开进水泵，使混匀的废水经进水管进入上述上流式厌氧污泥床反应器的筒体，反应温度为30～40℃，最优为37℃，水力停留时间为24h；

5)废水经过污泥反应层产生能源性气体，产生的气体经过三相分离器进行收集；