本發(fā)明屬于廢水處理，具體涉及一種亞鐵鹽和/或鐵鹽強(qiáng)化廢水厭氧處理工藝及沼氣原位純化的裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、與傳統(tǒng)的廢水好氧處理工藝相比，厭氧處理工藝因具有處理負(fù)荷高、能耗低、運(yùn)行費(fèi)用低、污泥產(chǎn)率低、可通過(guò)沼氣（主要組分是甲烷）回收能源等優(yōu)點(diǎn)，成為污水處理廠(chǎng)實(shí)現(xiàn)廢水處理過(guò)程綠色低碳轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。

2、然而，廢水厭氧處理工藝產(chǎn)沼氣中除了含有甲烷（ch4）之外，還含有大量的二氧化碳（co2）、硫化氫（h2s）等雜質(zhì)。沼氣中通常co2含量很高（20-50%），這顯著降低了沼氣的熱值，并使沼氣難以壓縮，而沼氣中的h2s導(dǎo)致氣味和安全問(wèn)題以及設(shè)備腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。

3、當(dāng)前，我國(guó)大部分沼氣未被利用或綠色低碳高值化利用，大型企業(yè)通常采取就地燃燒供熱或發(fā)電等方式進(jìn)行處理，中小企業(yè)一般采用直接對(duì)空燃燒沼氣的方式處理。因?yàn)槲刺峒兊恼託馊紵Ч睢⒗寐实?，?dǎo)致燃燒不徹底，一方面產(chǎn)生了大量的硫化物和含碳化合物污染而造成了安全風(fēng)險(xiǎn)，另一方面未對(duì)沼氣中的能源進(jìn)行利用或最大程度利用造成了巨大浪費(fèi)和碳排放，不能滿(mǎn)足綠色低碳的要求。

4、沼氣中高含量的co2和h2s成為沼氣綠色低碳高值化利用的主要障礙，沼氣經(jīng)提純?nèi)コ齝o2和h2s之后，燃燒特性大大提升，可以直接應(yīng)用為車(chē)輛燃料或天然氣，實(shí)現(xiàn)高值化利用。

5、目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)研究開(kāi)發(fā)的沼氣提純工藝均以脫硫（去除h2s）、脫碳（去除co2）為主要目標(biāo)，普遍存在運(yùn)行成本高、二次污染嚴(yán)重、碳排放量大、或者嚴(yán)重影響厭氧處理工藝等問(wèn)題，急需開(kāi)發(fā)綠色低碳高效的沼氣提純新技術(shù)。

6、現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)了亞鐵離子/鐵離子可以用于去除硫化氫，例如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)cn103723823a。然而，現(xiàn)有采用亞鐵離子/鐵離子去除硫化氫的技術(shù)存在著投加亞鐵離子/鐵離子引起系統(tǒng)ph下降導(dǎo)致脫硫效果顯著下降、或者亞鐵離子/鐵離子用量大大增加及其導(dǎo)致的ph進(jìn)一步下降以及厭氧處理效果顯著下降等缺陷；另一方面，現(xiàn)有技術(shù)中未見(jiàn)采用亞鐵離子/鐵離子耦合廢水厭氧處理系統(tǒng)進(jìn)行沼氣原位脫硫脫碳及增強(qiáng)廢水厭氧處理效果的方法，而利用亞鐵離子/鐵離子進(jìn)行沼氣脫碳也高度依賴(lài)于ph，受到較低ph的顯著負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種亞鐵鹽和/或鐵鹽強(qiáng)化廢水厭氧處理工藝及沼氣原位純化的裝置。該裝置能同步高效去除廢水厭氧處理產(chǎn)生沼氣中的二氧化碳和硫化氫，實(shí)現(xiàn)了沼氣的原位純化，并有效增強(qiáng)了廢水厭氧處理的效果。

2、本發(fā)明的另一目的在于提供一種亞鐵鹽和/或鐵鹽強(qiáng)化廢水厭氧處理工藝及沼氣原位純化的方法。本發(fā)明通過(guò)構(gòu)建亞鐵鹽和/或鐵鹽協(xié)同廢水厭氧處理系統(tǒng)的新策略，設(shè)置亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液供應(yīng)系統(tǒng)和ph值調(diào)控系統(tǒng)，利用廢水厭氧處理過(guò)程所產(chǎn)生沼氣中的co2和h2s與亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+發(fā)生反應(yīng)生成沉淀產(chǎn)物，利用ph值調(diào)控系統(tǒng)調(diào)節(jié)厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的ph值，在厭氧反應(yīng)器中同步高效原位去除了沼氣中的co2和h2s，獲得了實(shí)現(xiàn)沼氣原位純化、以及提高廢水厭氧處理效果等面向?qū)嵱没亩嗄繕?biāo)解決方案。

3、本發(fā)明目的通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

4、一種亞鐵鹽和/或鐵鹽強(qiáng)化廢水厭氧處理工藝及沼氣原位純化的裝置，所述裝置包括厭氧反應(yīng)器、進(jìn)水泵、亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液供應(yīng)系統(tǒng)和ph值調(diào)控系統(tǒng)；

5、所述亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液供應(yīng)系統(tǒng)包括亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液制備裝置、藥劑泵和第一管道混合器，所述第一管道混合器通過(guò)藥劑泵與亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液制備裝置連接；

6、所述ph值調(diào)控系統(tǒng)包括ph檢測(cè)儀、堿液制備裝置、堿液泵和第二管道混合器；所述第二管道混合器通過(guò)堿液泵與堿液制備裝置連接；所述ph檢測(cè)儀與厭氧反應(yīng)器連接；

7、所述厭氧反應(yīng)器設(shè)置有廢水入口和出口、沉淀產(chǎn)物出口和沼氣出口；

8、優(yōu)選地，所述厭氧反應(yīng)器包括厭氧折流板反應(yīng)器、uasb厭氧反應(yīng)器等。

9、本發(fā)明還提供了一種亞鐵鹽和/或鐵鹽強(qiáng)化廢水厭氧處理工藝及沼氣原位純化的方法，包括以下步驟：

10、（1）待處理廢水經(jīng)進(jìn)水泵輸送進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器，進(jìn)行廢水的厭氧處理，所述待處理廢水中的有機(jī)物等污染物在厭氧反應(yīng)器中被微生物降解，獲得處理后的廢水，并產(chǎn)生了沼氣，所述沼氣的主要組分為ch4和co2、以及h2s等雜質(zhì)；

11、（2）根據(jù)廢水厭氧處理過(guò)程所產(chǎn)生的沼氣量及co2和h2s的含量，亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液供應(yīng)系統(tǒng)向厭氧反應(yīng)器供應(yīng)一定量的亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液，以維持厭氧反應(yīng)器中一定的亞鐵離子/鐵離子投加量；

12、（3）ph值調(diào)控系統(tǒng)通過(guò)ph檢測(cè)儀檢測(cè)厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的ph值、并調(diào)控堿液泵向厭氧反應(yīng)器供應(yīng)一定量的堿液，使厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的ph值維持在7.1±0.1；

13、（4）沼氣中的co2、h2s與亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+發(fā)生反應(yīng)生成沉淀產(chǎn)物而被去除，純化沼氣和處理后廢水排出厭氧反應(yīng)器，沼氣純化過(guò)程中生成的沉淀產(chǎn)物定期排出厭氧反應(yīng)器，完成廢水厭氧處理及沼氣的原位純化的過(guò)程。

14、本發(fā)明所述方法中，所述亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+還通過(guò)強(qiáng)化某些生物酶的活性而提高了所述厭氧反應(yīng)器中微生物的活性，并利用所述亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+的絮凝效果來(lái)改善污泥沉淀和脫水性能以及去除有機(jī)物，從而有效提高了廢水在所述厭氧反應(yīng)器中的厭氧處理工藝的效果。

15、優(yōu)選地，所述的亞鐵鹽為氯化亞鐵，所述的鐵鹽為氯化鐵。

16、優(yōu)選地，所述的待處理廢水包括生活污水或造紙廢水。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的原理和具有的優(yōu)點(diǎn)及有益效果敘述如下：

18、在待處理廢水輸送進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器前，亞鐵鹽溶液和/或鐵鹽溶液通過(guò)管道混合器和待處理廢水混合均勻，然后一起輸送進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器。

19、于是，當(dāng)含有fe2+/fe3+的待處理廢水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器、并進(jìn)行廢水的厭氧處理時(shí)，獲得了在厭氧反應(yīng)器中同步高效原位去除沼氣中的co2和h2s、以及提高廢水厭氧處理效果等面向?qū)嵱没亩鄠€(gè)目標(biāo)。

20、當(dāng)含有fe2+/fe3+的待處理廢水進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器后，廢水中的有機(jī)物等污染物被厭氧反應(yīng)器中的微生物降解，使廢水污染負(fù)荷大大下降，并產(chǎn)生了沼氣，沼氣的主要組分為ch4和co2、以及h2s等雜質(zhì)。

21、首先，利用亞鐵鹽溶液中的fe2+與沼氣中的co2反應(yīng)，生成了feco3沉淀，去除了沼氣中的co2，并形成了co2匯（式①、②），實(shí)現(xiàn)了對(duì)沼氣中co2的高效原位去除。

22、①

23、②

24、同時(shí)，利用亞鐵鹽溶液中的fe2+與沼氣中的h2s反應(yīng)，生成了fes沉淀，同步實(shí)現(xiàn)了對(duì)沼氣中h2s的高效原位去除（式③）。

25、③

26、對(duì)于使用了鐵鹽溶液的情況，則鐵鹽溶液中的fe3+首先與待純化沼氣中的h2s發(fā)生反應(yīng)，硫化物被氧化生成了元素s，同時(shí)fe3+被還原生成了fe2+（式④）。繼而，fe2+通過(guò)反應(yīng)①、②和③實(shí)現(xiàn)對(duì)沼氣中co2和h2s的高效去除。

27、 ?④

28、對(duì)于使用了亞鐵鹽和鐵鹽的混合溶液的情況，則利用沼氣中的co2和h2s與亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+發(fā)生反應(yīng)（式①、②、③和④），獲得了同步高效去除沼氣中的co2和h2s，實(shí)現(xiàn)沼氣原位純化的目的。

29、另一方面，亞鐵鹽溶液中的fe2+和/或鐵鹽溶液中的fe3+通過(guò)強(qiáng)化某些生物酶的活性而提高了厭氧反應(yīng)器中微生物的活性，并利用其絮凝效果來(lái)改善污泥沉淀和脫水性能以及去除有機(jī)物，從而有效提高了廢水厭氧處理工藝的效果。

30、對(duì)于在廢水厭氧處理過(guò)程加入亞鐵離子/鐵離子進(jìn)行沼氣脫硫的情況，事實(shí)上在廢水中加入亞鐵離子/鐵離子對(duì)系統(tǒng)ph值產(chǎn)生了重要的影響。這是因?yàn)殍F鹽是強(qiáng)酸性化合物，常用的鐵鹽劑量會(huì)降低廢水的ph值。尤其是在含高濃度有機(jī)物廢水的厭氧處理過(guò)程中，揮發(fā)性脂肪酸累積引起的厭氧過(guò)程酸化惡化是一個(gè)常見(jiàn)的嚴(yán)重問(wèn)題，加入亞鐵離子/鐵離子使這個(gè)問(wèn)題更加嚴(yán)重。

31、同時(shí)，亞鐵離子/鐵離子與h2s的沉淀反應(yīng)高度依賴(lài)于ph，受到較低ph值顯著的負(fù)面影響，尤其是在廢水生物處理的ph值條件下（即6-8）。例如，從ph?7.0降低到6.5導(dǎo)致鐵鹽劑量要求增加超過(guò)200%，以實(shí)現(xiàn)相同硫化物濃度。此外，ph值的降低也將反應(yīng)平衡從hs-轉(zhuǎn)移到揮發(fā)性的h2s，導(dǎo)致釋放更多h2s，造成h2s去除效果下降、沼氣甲烷純度下降以及設(shè)備腐蝕和安全風(fēng)險(xiǎn)等問(wèn)題。另一方面，ph的降低還將導(dǎo)致沼氣脫碳效果顯著下降、以及厭氧處理工藝酸化和惡化、污染物去除效果和沼氣產(chǎn)率顯著下降等嚴(yán)重問(wèn)題。

32、本發(fā)明通過(guò)設(shè)置ph值調(diào)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)調(diào)控厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的ph值，使厭氧反應(yīng)器內(nèi)部的ph值始終維持在7.1±0.1范圍內(nèi)，可以有效克服以上缺陷，獲得了同步高效原位去除沼氣中的co2和h2s、有效緩解廢水厭氧處理過(guò)程中揮發(fā)性脂肪酸累積引起的厭氧過(guò)程酸化惡化、以及提高廢水厭氧處理工藝效果等目的。

33、本發(fā)明的方法簡(jiǎn)便高效、流程短、設(shè)備少、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行維護(hù)方便，且能夠在厭氧反應(yīng)器中一步同時(shí)高效去除沼氣中的co2和h2s，實(shí)現(xiàn)沼氣的原位純化、以及提高廢水厭氧處理效果的目標(biāo)，具有良好的應(yīng)用前景。

34、進(jìn)一步地，本發(fā)明獲得的沉淀產(chǎn)物中鐵的含量可達(dá)57%左右，具有作為鐵礦原料的潛力；同時(shí)，本發(fā)明獲得的沉淀產(chǎn)物可應(yīng)用于廢水和污泥處理過(guò)程，有效提高了污泥的脫水和沉淀性能，具有顯著的資源化回收利用價(jià)值。