專利名稱：：一種催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及廢水處理方法，特別是涉及一種催化還原強(qiáng)化生物鐵技術(shù)處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水的方法。
背景技術(shù)：
：許多工業(yè)企業(yè)，如石油煉制、焦化、化纖、染料、化肥、造紙、制藥、食品等行業(yè)，在生產(chǎn)過程中排放出大量含有機(jī)污染物的廢水，其中很多污染物為難降解有機(jī)物。這些物質(zhì)大多具有毒性并很難通過傳統(tǒng)的生物和物化方法有效去除，一旦排入水體后，將對人類的生產(chǎn)、生活和身體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。目前，處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水最普遍采用的方法是生化法，尤其是厭氧(缺氧)-好氧工藝(A-0法或A-A-0法)。由于某些有機(jī)物難于被生物降解以及污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，單一采用傳統(tǒng)的生化處理技術(shù)已不能完全滿足對環(huán)境質(zhì)量的要求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法。本發(fā)明方法是一種以催化還原強(qiáng)化生物鐵技術(shù)來處理難降解的有機(jī)工業(yè)廢水的一種新方法，用于改進(jìn)傳統(tǒng)的生化處理技術(shù)，達(dá)到以強(qiáng)化生物鐵法來處理難降解的有機(jī)工業(yè)廢水的目的，廢水中的有機(jī)污染物和色度的去除效率可顯著提高。本發(fā)明的目的是按如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明方法包括將廢水經(jīng)厭氧處理、好氧處理和沉淀處理步驟，其特征在于所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的還原反應(yīng)器安裝于被處理廢水的管道中，或置于被處理廢水的厭氧池內(nèi)，使被處理廢水在經(jīng)過這些填料的過程中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，零價(jià)鐵不斷被氧化成二價(jià)鐵離子并從反應(yīng)器中溶出，同時(shí)廢水中的某些有機(jī)物被還原，反應(yīng)器向厭氧池生化池內(nèi)的廢水中連續(xù)釋放鐵離子，形成生物鐵性污泥，達(dá)到強(qiáng)化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅的混合物；或是鐵、銅和活性碳催化劑的混合物。在所述的好氧處理步驟與沉淀處理步驟之間，具有回流步驟；和/或在所述的厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間，具有回流步驟(如果廢水需要去除氨氮時(shí)，在厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間采用回流步驟)。在所述的回流步驟中，被處理廢水從好氧處理池向厭氧處理池的回流比為100-400%;污泥從沉淀處理池向好氧處理池回流的回流比為50-200%。在所述的氧化還原反應(yīng)中，所述的厭氧生化池內(nèi)的廢水中的鐵離子濃度保持在5-50mg/L。所述的活性碳催化劑的制作方法包括以下步驟1)將活性碳用10XNa0H溶液浸泡、過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1的HC1溶解浸泡、過濾，用去離子水洗至中性，于烘箱中干燥；3)將上述物質(zhì)在O.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中攪拌，滴加20%的NaHC03沉淀劑得含銅物質(zhì)；或?qū)⑸鲜鑫镔|(zhì)置于0.052.5mol/L的FeCl3溶液中攪拌，得含鐵物質(zhì)；4)將所述的含銅物質(zhì)或含鐵物質(zhì)分別經(jīng)熟化、過濾，用去離子水沖洗至無金屬離子析出，放于烘箱中干燥；得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體；5)將所述的改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體分別活化，制得所述的活性碳催化劑，即改性的活性碳載銅催化劑或改性的活性碳載鐵催化劑。所述的還原反應(yīng)器內(nèi)的填料的填裝質(zhì)量比為鐵銅活性碳催化劑=100%:0%50%:0%15%。所述的反應(yīng)填料的孔隙率為30%70%。本發(fā)明主要包括催化還原技術(shù)和生物鐵技術(shù)和活性碳催化劑的制備技術(shù)。催化還原技術(shù)主要是利用鐵的氧化還原作用。零價(jià)鐵對某些有機(jī)物是很好的還原劑，反應(yīng)器中的零價(jià)鐵發(fā)生氧化反應(yīng)生成二價(jià)鐵，同時(shí)速進(jìn)廢水中的某些有機(jī)物被還原成易降解的較小分子物質(zhì)，從而提高了廢水的可生化性并降低了色度，減輕了后續(xù)生物處理的負(fù)荷。生物鐵技術(shù)主要是利用還原反應(yīng)器產(chǎn)生的鐵離子，提高生物處理的效率。在厭氧(缺氧)池中，鐵主要是以FeS的形式存在，F(xiàn)eS是催化很多厭氧反應(yīng)酶的重要組分。少量鐵的存在有助于穩(wěn)定顆粒污泥結(jié)構(gòu)，使池內(nèi)甲烷菌的優(yōu)勢地位發(fā)生變化，提高了乙酸的利用速率。在好氧池中，鐵被氧化成三價(jià)鐵。鐵是生物氧化酶系中細(xì)胞色素的重要組成部分，對脫氫酶活性具有促進(jìn)作用。同時(shí)三價(jià)鐵是良好的絮凝劑，大大改善了活性污泥的生物氧化和生物絮凝作用。本發(fā)明采用以鐵、銅和改性的活性碳載銅鐵催化劑混合成為反應(yīng)填料，使廢水流5經(jīng)反應(yīng)填料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，達(dá)到強(qiáng)化生物鐵技術(shù)處理廢水的作用。由于鐵是山單質(zhì)鐵、Fe3C以及一些雜質(zhì)組成的，當(dāng)它處在電解質(zhì)溶液中時(shí)，本身會形成無數(shù)個微觀腐蝕電池，發(fā)生氧化還原反應(yīng)。而鐵與加入的銅又構(gòu)成了一系列的原電池反應(yīng)體系，其中鐵為陽極，為體系反應(yīng)提供電子，銅為原電池的陰極。改性的活性炭能與鐵構(gòu)成宏觀電極，對有機(jī)污染物和重金屬的吸附富集作用加速了這些污染物向電極表面的傳質(zhì)過程，更進(jìn)一歩提高了處理效果。作為反應(yīng)填料的金屬鐵和銅填料可以是片狀、刨花、碎屑等任意形狀或是一些邊角廢料，也可以將鐵和改性的活性碳催化劑直接裝入用金屬銅做成的各種形狀反應(yīng)器中。使用時(shí)，一般是用于腐蝕性和氧化性較強(qiáng)的廢水時(shí)，還原反應(yīng)器內(nèi)只填裝單質(zhì)鐵；用于其它類難降解有機(jī)工業(yè)廢水，還原反應(yīng)器內(nèi)填裝鐵和銅，或填裝鐵、銅和改性的活性碳催化劑。將填裝好的還原反應(yīng)器直接安裝于廢水管道中和/或置于厭氧(缺氧)生化池內(nèi)。活性碳催化劑的加入提高了處理效率。本方法的工藝流程如圖1所示。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下-本發(fā)明是利用反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)填料以強(qiáng)化生物鐵技術(shù)來處理有機(jī)工業(yè)廢水的-種有效的新工藝，其機(jī)理是反應(yīng)填料、微生物和廢水共同作用的結(jié)果。1、本發(fā)明綜合利用了氧化還原和生物鐵技術(shù)，大大增強(qiáng)了生化處理系統(tǒng)的降解有機(jī)污染物的能力，脫色效果明顯。2、在廢水處理系統(tǒng)中安裝還原反應(yīng)器，可使鐵離子連續(xù)溶出并在生化池中保持一定的濃度，促進(jìn)了厭氧和好氧微生物對有機(jī)污染物的分解并改善了污泥的沉淀性能，大幅度提高了難降解有機(jī)工業(yè)廢水的處理效率。3、活性碳催化劑的使用提高了反應(yīng)介質(zhì)的比表面積和催化效果，對污染物的吸附富集作用加速了污染物向電極表面的傳質(zhì)過程，可以直接去除廢水中的部分污染物，并且起到保護(hù)電極材料的作用。4、反應(yīng)器可以是方形或圓柱體，材質(zhì)可用不銹鋼、碳鋼或塑料，制造簡單，易于安裝，操作簡便?；钚蕴即呋瘎┑闹苽浜啽阋仔?，并可回收；鐵價(jià)格低廉，可采用金屬工件加工的廢料；銅作為反應(yīng)的陰極基本無消耗，屬一次性投資。還原反應(yīng)器可長期運(yùn)行，基本不產(chǎn)生填料結(jié)塊的問題。5、本發(fā)明技術(shù)對廢水的pH值、溫度、溶解氧含量等運(yùn)行條件均無特殊要求，適用范圍大，不增加動力消耗。不僅適用于新建廢水處理站，更特別適用于己有廢水處6理系統(tǒng)的改造。6、本發(fā)明適用范圍廣，根據(jù)不同的廢水性質(zhì)采用不同的還原反應(yīng)器，達(dá)到以強(qiáng)化生物鐵法來處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水的目的。試驗(yàn)證明，與常規(guī)生物處理工藝相比，采用本發(fā)明方法與現(xiàn)有方法比較，廢水巾有機(jī)污染物和色度的去除效率可提高IO-40%。綜上所述，本方法能改進(jìn)傳統(tǒng)的生化處理技術(shù)，達(dá)到以強(qiáng)化生物鐵法來處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水的目的，廢水中有機(jī)污染物和色度的去除效率可顯著提高。圖l為本發(fā)明的工藝流程圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l:某地含有氧化劑的化工廢水的處理首先將廢水泵入調(diào)節(jié)池，再依次進(jìn)入?yún)捬跛獬?、好氧曝氣池和沉淀池。將裝有鐵刨花的還原反應(yīng)器安裝在水解池中，填料的孔隙率為30%,池內(nèi)鐵離子濃度控制在10mg/L。沉淀池的污泥回流到曝氣池，回流比為80%。處理結(jié)果列于表l(平均值)。分析項(xiàng)目進(jìn)水出水去除率C0D(mg/L)1016.4152.785.0%B0D5(mg/L)471.510.897.7%實(shí)施例2:某地焦化廢水的處理生物處理系統(tǒng)采用A-02工藝，即一段厭氧處理和兩段好氧處理。還原反應(yīng)器內(nèi)裝有質(zhì)量比為100%:30%的鐵和銅，填料的孔隙率為50%，池內(nèi)鐵離子濃度控制在20mg/L以下。將還原反應(yīng)器安裝在厭氧池內(nèi)；曝氣池的混合液回流到厭氧池，回流比為300%;沉淀池的污泥回流到曝氣池，回流比為100%。廢水處理結(jié)果見表2:BOD2COD附,-N色度pH(mg/L)(mg/L)(mg/L)(削)進(jìn)水105130942667307.57<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>實(shí)施例3:某地食品廢液的處理處理流程為集水池-厭氧反應(yīng)器-曝氣池(好氧)-沉淀池-出水。厭氧反應(yīng)器為上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)，曝氣池內(nèi)裝有塑料環(huán)型填料。將鐵、銅及活性碳載銅或鐵催化劑按質(zhì)量比例為100%:15%:5%混合均勻，置于還原反應(yīng)器中，填料的孔隙率為60%，池內(nèi)鐵離子濃度控制在20mg/L以下。將還原反應(yīng)器安裝在厭氧反應(yīng)器的入水管道中。廢水進(jìn)水C0D。r為5500mg/L，B0Ds為1780mg/L。處理后排水中的COD"為327mg/L，去除率為94%。實(shí)施例4制備活性碳催化劑，按以下歩驟1)將活性碳用10XNaOH溶液浸泡24h后過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1HCl溶解浸泡24h后過濾，用去離子水洗至中性，于烘箱中10512(TC千燥；3)將上述物質(zhì)在0.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中充分?jǐn)嚢韬蟮渭?0%的NallCO:,沉淀劑，得含銅物質(zhì)；或者將上述物質(zhì)置于0.052.5mol/L的FeCl:,溶液中充分?jǐn)嚢鑜h，得含鐵物質(zhì)；4)將上述的含銅物質(zhì)或含鐵物質(zhì)分別經(jīng)24h熟化后過濾，用去離子水沖洗至無金屬離子析出，放于烘箱中105120'C干燥6h，得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體。5)于260280'C下將改性的活性碳載銅固體活化2.5h，制得改性的活性碳載銅催化劑；或?qū)⒏男缘幕钚蕴驾d鐵固體活化12h，制得改性的活性碳載鐵催化劑。權(quán)利要求1、一種催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，包括將廢水經(jīng)厭氧處理、好氧處理和沉淀處理步驟，其特征在于所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的反應(yīng)器安裝于被處理廢水的管道中，或置于被處理廢水的厭氧池內(nèi)，使被處理廢水在經(jīng)過所述的填料的過程中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，達(dá)到強(qiáng)化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅的混合物；或是鐵、銅和活性碳催化劑的混合物。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，其特征在于在所述的好氧處理步驟與沉淀處理步驟之間，具有回流步驟；和/或在所述的厭氧處理步驟與好氧處理步驟之間，具有回流步驟。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，其特征在于在所述的回流步驟中，被處理廢水從好氧處理池向厭氧處理池的回流比為100-400%;污泥從沉淀處理池向好氧處理池回流的回流比為50-200%。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，其特征在于在所述的氧化還原反應(yīng)中，所述的厭氧池內(nèi)的廢水中的鐵離子濃度保持在5-50mg/L。5、根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，其特征在于所述的活性碳催化劑的制作方法包括以下步驟1)將活性碳用10XNa0H溶液浸泡、過濾，用去離子水洗至中性；2)再用l:1的HC1溶解浸泡、過濾，用去離子水洗至中性，于烘箱中干燥；3)將上述物質(zhì)在O.20.4mol/L的Cu(N03)2溶液中攪拌，滴加20X的NaHC03沉淀劑得含銅物質(zhì)；或?qū)⑸鲜鑫镔|(zhì)置于O.052.5mol/L的FeCl3溶液中攪拌，得含鐵物質(zhì)；4)將所述的含銅物質(zhì)或含鐵物質(zhì)分別經(jīng)熟化、過濾，用去離子水沖洗至無金屬離子析出，放于烘箱中干燥；得到改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體；5)將所述的改性的活性碳載銅固體或改性的活性碳載鐵固體分別活化，制得所述的活性碳催化劑，即改性的活性碳載銅催化劑或改性的活性碳載鐵催化劑。6、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法,其特征在于所述的反應(yīng)器內(nèi)的填料的填裝質(zhì)量比為鐵:銅:活性碳催化劑=100%:0%50%:0%15%。7、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，其特征在于所述的填料的孔隙率為30%70%。全文摘要本發(fā)明是一種催化還原生物鐵技術(shù)處理有機(jī)工業(yè)廢水的方法，包括將所述的廢水經(jīng)厭氧處理、好氧處理和沉淀處理步驟，其特征在于所述的厭氧處理步驟是將裝有填料的反應(yīng)器安裝于被處理廢水的管道中，或置于被處理廢水的厭氧池內(nèi)，使被處理廢水在經(jīng)過這些反應(yīng)填料的過程中，發(fā)生氧化還原反應(yīng)，以將零價(jià)鐵不斷氧化溶出，向生化池內(nèi)的廢水中連續(xù)釋放鐵離子，形成生物鐵性污泥，達(dá)到強(qiáng)化廢水的生化處理效果；所述的填料是鐵；或是鐵和銅；或是鐵、銅和活性碳催化劑。本方法能改進(jìn)常規(guī)的生化處理技術(shù)，達(dá)到以強(qiáng)化生物鐵法來處理難降解有機(jī)工業(yè)廢水的目的，與常規(guī)生化處理技術(shù)相比，廢水中有機(jī)污染物和色度的去除效率可提高10-40％。文檔編號C02F9/14GK101456644SQ20071019862公開日2009年6月17日申請日期2007年12月11日優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日發(fā)明者劉玉敏,張興華,紅李,雷許,逯博特申請人:中國京冶工程技術(shù)有限公司;中冶集團(tuán)建筑研究總院