一種廢水處理裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種廢水處理裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]畜禽養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，具有高C0D、高氮的特性。目前，我國農(nóng)村普遍采用沼氣發(fā)酵池來處理畜禽養(yǎng)殖廢水，經(jīng)過厭氧消化后產(chǎn)生的廢水仍含有高濃度的COD和氨氮，并且C/N、B/C較低，屬于可生化性較差的污水;所以，使用常規(guī)的活性污泥法、接觸氧化法等好氧生物處理技術(shù)很難達(dá)到C0D、氨氮的有效去除，尤其表現(xiàn)在廢水中COD很大一部分為難降解C0D，可生化性較差導(dǎo)致去除困難，以及生物脫氮過程中反硝化階段碳源不足，需要額外添加乙酸鈉等有機(jī)碳源，造成處理成本大大增加，并且廢水經(jīng)過生物好氧處理后色度往往無法去除，甚至有所上升。
[0003]垃圾滲濾液同樣是一種難降解的高濃度有機(jī)廢水，與沼液類似，具有高C0D、高氨氮、高色度的特性，C/N、B/C較低，可生化性較差，此外還可能含有重金屬，目前采用針對傳統(tǒng)生活污水的生化處理技術(shù)很難有效處理。
[0004]目前，針對低C/N污水提高其脫氮效果的手段主要有添加有機(jī)碳源和降低氨氮濃度。
[0005]對于第一種手段，王蘭等人的研究發(fā)現(xiàn):傳統(tǒng)活性污泥法、接觸氧化是早期廢水好氧處理的主要工藝，脫氮效果差;序批式反應(yīng)器、缺氧-好氧工藝、膜生物反應(yīng)器是近年的主要處理工藝，盡管具有較好的脫氮潛力，但是，廢水中須補充有機(jī)碳源之后，才能獲得好的脫氮效果(王蘭，鄧良偉，王霜，等.畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧消化液好氧處理研究與應(yīng)用現(xiàn)狀.中國沼氣，2015，33(5):3-10.)。
[0006]對于第二種手段，在已有的發(fā)明名稱為《一種水中氨氮富集方法及裝置》，申請?zhí)枮?01310269355.6的專利申請文獻(xiàn)中公開了一種污水處理裝置，采用電驅(qū)動的方式，在單一處理單元中使用膜組件對水中有機(jī)物和氨氮分別進(jìn)行分離和富集，使得系統(tǒng)出水含有較高濃度的氨氮和較低濃度的有機(jī)物，從而使原水中的C/N提高，這在一定程度上克服了生物處理工藝中反硝化階段碳源不足的問題。但其使用陽離子交換膜分離污水中的氨氮需要電作為驅(qū)動力，能耗成本較高，不利于推廣。
[0007]厭氧發(fā)酵后的廢水不僅C/N較低，B/C也較低，COD中很大一部分為難降解C0D，即使經(jīng)過膜的富集作用也很難滿足反硝化脫氮階段微生物對有機(jī)碳源的需求。
[0008]鐵碳微電解技術(shù)是利用原電池原理，以材料的鐵為陽極，碳為陰極，當(dāng)廢水流經(jīng)鐵碳微電解材料時形成無數(shù)原電池微電流，從而形成對廢水中有機(jī)物的氧化還原能力，降解COD，提高廢水的可生化性，提高B/C，并且對廢水的色度有較好的脫除效果。
[0009]該技術(shù)不需外加電場，能耗較低。中性條件下，陽極(Fe)反應(yīng)式為:Fe-2e—Fe2+，E0(Fe2VFe) =-0.44V，陰極(C)反應(yīng)式為:2H++2e42[H]4H2T，EQ(H+/H2)=0.00V，此時鐵碳較易鈍化;而在曝氣充氧、酸性條件下陰極(C)反應(yīng)式為:02+4H++4e—2H20，Eq(O2) = 1.23V，此時原電池電位差變大，鐵碳微電解的氧化還原能力增強，且不易鈍化，故鐵碳微電解工藝適用于酸性廢水的處理，對中性或偏堿性廢水一般要用酸將pH調(diào)至酸性。
[0010]申請公布號為CN102276108A的發(fā)明專利申請文獻(xiàn)公開了一種畜禽沼液凈化裝置和方法，該裝置按先后順序依次為調(diào)節(jié)池，接觸氧化池，絮凝沉淀池加藥區(qū)、反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，鐵碳微電解池和消毒澄清池;其中，調(diào)節(jié)池與接觸氧化池、絮凝沉淀池沉淀區(qū)與鐵碳微電解池之間以進(jìn)水管連通且有控制閥，絮凝沉淀池沉淀區(qū)與鐵碳微電解池之間另裝有水栗，接觸氧化池中裝有填料和曝氣裝置，由曝氣機(jī)供氧，鐵碳微電解池中亦安裝曝氣裝置。該裝置通過好氧生物處理，去除廢水中可以被生物降解的部分有機(jī)物，同時去除氨氮，而后以絮凝沉淀和鐵碳微電解進(jìn)一步去除大部分懸浮固體物以及難降解有機(jī)物，完成廢水的凈化處理，最后消毒澄清后出水。
[0011]于洪鋒研究了微曝氣鐵碳微電解法對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理，結(jié)果表明，只有當(dāng)鐵碳質(zhì)量比為5:1，并調(diào)節(jié)廢水pH=4時，垃圾滲濾液的COD去除率達(dá)41.38%，氨氮去除率達(dá)36.32% (于洪鋒.鐵碳微電解預(yù)處理垃圾滲濾液的研究[J].輕工科技，2013，8:100-101.)。
[0012]但是，采用上述裝置進(jìn)行廢水處理的過程中，需要額外向鐵碳微電解池中添加有機(jī)碳源，或調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水的PH值，且廢水處理效果不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明提供了一種廢水處理裝置及方法，該裝置無需額外添加有機(jī)碳源、調(diào)節(jié)廢水PH值，可有效同步降低廢水中氨氮和COD濃度，提高廢水去除效率。
[0014]一種廢水處理裝置，包括鐵碳微電解反應(yīng)池，所述鐵碳微電解反應(yīng)池內(nèi)通過陽離子交換膜分隔成用于儲存無機(jī)酸的儲酸區(qū)和用于進(jìn)行鐵碳微電解反應(yīng)的廢水處理區(qū)；
[0015]所述儲酸區(qū)的頂部設(shè)有進(jìn)酸口，底部設(shè)有曝氣裝置和排酸口；所述廢水處理區(qū)的頂部設(shè)有進(jìn)液口，底部設(shè)有曝氣裝置和排水口，內(nèi)部填裝有鐵碳微電解填料。
[0016]所述廢水包括畜禽沼液廢水和垃圾滲濾液。
[0017]在陽離子交換膜的作用下，儲酸區(qū)內(nèi)無機(jī)酸中的H+與廢水處理區(qū)內(nèi)的NH4+、K+、Na+等陽離子，會發(fā)生離子交換，使得H+進(jìn)入廢水處理區(qū)，增大了廢水處理區(qū)內(nèi)形成的原電池的電位差，參與并強化了鐵碳微電解的脫色脫碳反應(yīng)，避免了鐵碳在堿性條件下反應(yīng)易鈍化的缺點。
[0018]上述反應(yīng)原理為:陽極(Fe)反應(yīng)式為:Fe-2e—Fe2+，E()(Fe27Fe)=-0.44V;曝氣充氧酸性條件下，陰極(C)反應(yīng)式為:02+4H++4e—2H20,Eo(O2) = 1.23Vο
[0019]與此同時，廢水處理區(qū)內(nèi)的NH4+與H+發(fā)生離子交換，進(jìn)入儲酸區(qū)，達(dá)到脫氮的效果。因此，上述裝置達(dá)到了廢水同步脫氮、脫色、脫碳的效果。
[0020]所述陽離子交換膜可以采用強酸性陽離子交換膜(如磺酸型膜)、中強酸性陽離子交換膜(如磷酸型膜)和弱酸性陽離子交換膜(如羧酸型膜)。
[0021]作為優(yōu)選，所述的陽離子交換膜為聚乙烯異相陽離子交換膜。
[0022]具體地，所述聚乙烯異相陽離子交換膜是以聚乙烯為粘合劑，由苯乙烯磺酸型陽離子交換樹脂經(jīng)混料拉片、網(wǎng)布增強熱壓而成。
[0023]作為優(yōu)選，所述陽離子交換膜的厚度為0.38?0.46mm，爆破強度20.4MPa，選擇透過率2 90%。
[0024]進(jìn)一步地，除所述陽離子交換膜的上部外，所述陽離子交換膜的其余外周均設(shè)有硅膠墊片;所述硅膠墊片的厚度為0.5?1.5mm;硅膠墊片的設(shè)置能夠保證儲酸區(qū)和廢水處理區(qū)之間無液體交換，進(jìn)而保證廢水的高效處理。
[0025]所述鐵碳微電解填料可采用扁圓形填料或球形填料。若采用扁圓形填料，尺寸為IX3cm?3X4.5cm。
[0026 ]作為優(yōu)選，所述鐵碳微電解填料為球形，粒徑為3?18mm。
[0027]更優(yōu)選，所述鐵碳微電解填料的粒徑為3?5mm，堆密度1.5g/cm，比表面積>1.2m2/g，孔隙率>30%，簡壓強度>3MPa。
[0028]作為優(yōu)選，所述鐵碳微電解填料中，鐵與碳的質(zhì)量比為1.2?2:1。
[0029]作為優(yōu)選，所述鐵碳微電解填料在廢水處理區(qū)內(nèi)的填充率為30?70%。
[0030]更優(yōu)選，所述儲酸區(qū)與廢水處理區(qū)的體積比為0.3?2:1。
[0031]本發(fā)明所述無機(jī)酸為鹽酸、硝酸、硫酸中一種;更優(yōu)選，硫酸;所述無機(jī)酸在儲酸區(qū)內(nèi)的質(zhì)量濃度為0.5?20 %。
[0032]上述裝置中的酸液能夠循環(huán)利用，直到儲酸區(qū)內(nèi)酸液的PH>1，則經(jīng)排酸口排出更換新的酸液。當(dāng)每kg鐵碳累積處理廢水500?1000L時，通過廢水區(qū)底部的反沖洗裝置進(jìn)行反沖洗，反應(yīng)剩余的碳粉經(jīng)排泥口排出，并補加5?15% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))新鮮鐵碳微電解材料。
[0033]本發(fā)明還提供了一種利用所述裝置處理畜禽沼液或垃圾滲濾液的方法，包括:將無機(jī)酸通入儲酸區(qū)內(nèi)，將畜禽沼液或垃圾滲濾液通入廢水處理區(qū)內(nèi)；控制儲酸區(qū)內(nèi)的間歇曝氣頻率為每間隔3?8min曝氣3?8min，氣水比為0.5?2:1，控制廢水處理區(qū)內(nèi)持續(xù)曝氣，氣水比為I?6:1，直至獲得出水。
[0034]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0035](I)本發(fā)明裝置通過陽離子交換膜分隔成儲酸區(qū)和廢水處理區(qū)，通過儲酸區(qū)內(nèi)無機(jī)酸中的H+與廢水處理區(qū)內(nèi)的NH4+、K+、Na+等陽離子進(jìn)行交換，為廢水處理區(qū)內(nèi)的微電解反應(yīng)提供H+，在無需調(diào)節(jié)廢水pH的情況下，強化了廢水的脫色脫碳反應(yīng)，提高了廢水的可生化性，為微生物反硝化脫氮提供了充足的有機(jī)碳源，節(jié)約了額外添加碳源的成本，同時也實現(xiàn)了同步脫氮，提高了廢水的處理效率。
[0036](2)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單