專利名稱：催化鐵耦合生物濾池工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水污染控制工程領(lǐng)域，具體涉及一種污水深度處理工藝，特別是使用催化鐵耦合生物濾池工藝深度處理難降解工業(yè)廢水。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，對水環(huán)境質(zhì)量要求越來越高，政府不斷制定更為嚴(yán)格的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，污水的深度處理技術(shù)，特別是難降解工業(yè)廢水的深度處理技術(shù)越來越受到關(guān)注。在污水處理領(lǐng)域，一般把使用簡章的重力分離技術(shù)，稱為一級處理；把生物方法處理稱為二級處理；把生物方法后的深度處理稱為三級處理。因此，深度處理主要解決生物處理尚不能完全解決的污染物凈化或分離問題。對于處理對象主要為生活污水的城市污水處理廠，因為有機(jī)污染物對微生物無毒性、易于生物降解，故溶解性的有機(jī)污染物往往不是深度處理的對象，而微生物體與凈化后的廢水不能很好的分離，成為主要問題，因此深度處理的主要技術(shù)是固液分離技術(shù)。對于難降解工業(yè)廢水處理，往往溶解性有機(jī)物的降解是主要難題，大量難降解有機(jī)物不易被微生物降解，且部分難降解有機(jī)物對微生物有毒害和抑制作用。因此，難降解工業(yè)廢水的深度處理，任務(wù)艱巨，其技術(shù)突破意義重大。對于城市 污水處理廠，若固液分離問題是深度處理的關(guān)鍵，可采用砂濾技術(shù)、微孔無機(jī)材料過濾技術(shù)、濾布過濾技術(shù)等。這些技術(shù)固液分離效果好，但往往過濾阻力大，能耗大。對于難降解工業(yè)廢水的深度處理，溶解性有機(jī)物是深度處理的關(guān)鍵，為了解決難降解有機(jī)物的降解問題，往往采用化學(xué)氧化法。化學(xué)氧化法分為一般化學(xué)氧化和高級氧化方法。一般的化學(xué)氧化法使用Cl2、NaC10、C102等氧化廢水中溶解性有機(jī)物，但這些氧化劑氧化能力有限，部分有機(jī)物不能被徹底氧化，處理效果不夠理想；特別是氧化中間產(chǎn)物一氯化有機(jī)物污染問題近年來受到高度關(guān)注，使用含氯氧化劑化學(xué)氧化方法越來越受到限制。高級氧化方法成為污水處理化學(xué)氧化方法的熱門研究領(lǐng)域，通常使用H202、03等為氧化劑，在催化劑(如Fe2+)或催化條件下(如高溫高壓、紫外照射)形成羥基自由基· 0H，進(jìn)一步氧化溶解性有機(jī)物?！H氧化能力很強(qiáng)、選擇性差，較少形成氧化中間產(chǎn)物，氧化有機(jī)物效果較為理想，故在一些特殊廢水處理中得到工程化應(yīng)用。但高級氧化方法存在著氧化劑價格高、催化劑難以回收、或反應(yīng)條件苛刻、成本高的問題，沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用。目前，我國對工業(yè)廢水處理后排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更為嚴(yán)格的要求，上述方法很難在工程實踐中解決問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是通過強(qiáng)化功能性微生物附著生長、鐵離子羥基化水合物吸附、曝氣鐵促進(jìn)高級催化氧化，實現(xiàn)廢水中難降解有機(jī)物的去除；適用范圍是催化鐵耦合生物濾池工藝深度處理難降解工業(yè)廢水。本發(fā)明提出的催化鐵耦合生物濾池工藝，在生物濾池前設(shè)置催化鐵反應(yīng)池，所述生物濾池上部設(shè)有催化鐵床，下部設(shè)有曝氣管，底部為進(jìn)水口，生物濾池上部設(shè)有PVC填料層，下部設(shè)有曝氣管，底部通過管道連接催化鐵反應(yīng)池頂部一側(cè)出水口 ；具體步驟如下
(I)來自工業(yè)難降解的廢水進(jìn)入催化鐵反應(yīng)池，控制進(jìn)水PH值為5. 0-10.0 ;催化鐵反應(yīng)池中采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為O. 01-5. Omg/L，催化鐵床的堆積密度為O. 1-0. 5kg*dm_3，水力停留時間控制在O. 5-lh。(2)催化鐵反應(yīng)池的出水作為生物濾池的進(jìn)水進(jìn)行生物處理，控制生物濾池的進(jìn)水PH值為6. 0-8. O ;生物濾池中也采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為2. 0-4. O mg·!/1，生物濾池中PVC填料的堆積密度控制在O. 01-0. 05 kg*dm_3，水力停留時間控制在2. 0-4. Oh0(3)經(jīng)過生物濾池的出水排放入水體。本發(fā)明中，所述催化鐵床內(nèi)采用雙金屬電極，所述雙金屬電極采用銅屑與鐵屑混合；或者鐵屑表面鍍有少量單質(zhì)銅；或者工程塑料刨花表面鍍滿單質(zhì)銅，再與鐵屑混合中的任一種；上述三種雙金屬中的銅鐵質(zhì)量比均應(yīng)控制在(O. 01-0. 5%) :1。本發(fā)明實施的工藝流程是生物濾池前置催化鐵反應(yīng)池。催化鐵反應(yīng)基于電化學(xué)原理廢水為電解液，單質(zhì)銅與鐵構(gòu)成雙金屬電極，陰極材料銅的存在大大強(qiáng)化了陽極金屬鐵的還原能力，單質(zhì)鐵被氧化后形成鐵離子。催化鐵反應(yīng)池安裝曝氣管，通過曝氣量的調(diào)節(jié)，控制鐵離子形成的量和價態(tài)。雙金屬電極可由三種形式構(gòu)成銅屑與鐵屑混合；鐵屑表面鍍有少量單質(zhì)銅；工程塑料刨花表 面鍍滿單質(zhì)銅，再與鐵屑混合。生物濾池采用固定床，PVC材質(zhì)的填料堆積池中，下部布有曝氣裝置,水流可采用上流式，也可采用下流式。本發(fā)明中，難降解工業(yè)廢水經(jīng)預(yù)處理和生物處理后，廢水中的主要污染物是溶解性的難降解有機(jī)物。由于濃度低、且難以被微生物利用，因此深度處理過程微生物難以培養(yǎng)。理論上，幾乎所有有機(jī)物均可被微生物降解。難降解與易降解有機(jī)物的區(qū)別，不僅在于微生物降解的速度；而且在于降解前者的微生物生長慢，世代時間特別長。在常規(guī)的活性污泥法中，泥齡時間很短，遠(yuǎn)小于這些微生物的世代時間，故它們不可能在活性污泥法系統(tǒng)中生長繁殖，因此造成難降解有機(jī)物去除效果差。解決這一問題的途徑是將活性污泥法改為生物膜法，以無限延期泥齡時間，理論上可以培養(yǎng)世代有長的微生物。此時關(guān)鍵難題是微生物的培養(yǎng)，即在載體上的固著生長。生物濾池是生物膜法的一種，特征是作為載體的填料不隨水流流動，填料堆積填放，水流從其縫隙中流動，亦稱固定床。生物濾池的特點是相對密集的填料，有利于富集更多的微生物。目前生物濾池使用較多的填料是PVC材料，PVC材料優(yōu)勢是化學(xué)穩(wěn)定性好、價廉、無毒性。但前期研究發(fā)現(xiàn)=PVC材料表面帶負(fù)電荷，而微生物表面也帶負(fù)電荷，故難以粘附微生物，微生物“掛膜”困難。本發(fā)明前置催化鐵段，通過曝氣量調(diào)節(jié)催化鐵反應(yīng)池產(chǎn)生一定量的Fe2+，帶正電荷鐵離子可以實現(xiàn)對填料表面負(fù)電荷的電中和，從而實現(xiàn)對生物濾池填料的表面改性。由此改性后，填料與微生物的粘附力大幅度增加，“掛膜”困難問題得到解決。本發(fā)明中，催化鐵段形成的Fe2+，流進(jìn)生物濾池后很快被氧化成Fe3+，除少部分起到填料表面的電中和改性外，大部分與水中的0H—發(fā)生水合作用，由于羥基成鍵作用，同時形成多種多核絡(luò)離子聚合體[Fex(OH)y] (3x-y)+，這些聚合體對廢水中的難降解有機(jī)物有一定的吸附作用，通過最后的化學(xué)沉淀，去除有機(jī)物。生物濾池不僅有較高的氧化還原電位，且填料形成狹小的水流空隙，形成一定的水流紊動強(qiáng)度，有利于鐵離子水解聚合物對有機(jī)物的吸附。 本發(fā)明中，催化鐵原理是通過陰極金屬的電催化作用，強(qiáng)化陽極金屬給電子能力，具有較高的還原能力，可將水中的部分溶解氧還原過氧化氫
Fe — Fe2++ 2qO2 + 2H+ + 2e_ — H2O2
H2O2在Fe2+催化下可生成· 0H,這就是典型的Fenton試劑氧化法反應(yīng)。在這個過程中，部分難降解得到氧化。本發(fā)明的意義在于目前工業(yè)園區(qū)廢水處理設(shè)施大都按出水COD為100 mg/L設(shè)計，目前國家對排放標(biāo)準(zhǔn)提出了更嚴(yán)格的要求，大部分地區(qū)必須執(zhí)行出水COD為60 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。而單純的生物處理方法難以達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，深度處理盡管有高級氧化、膜法、吸附法等多種工藝，但成本過高，不具工程經(jīng)濟(jì)可行性。本發(fā)明通過上述三種途徑，凈化生化處理后的工業(yè)廢水，其COD的去除率可達(dá)到50%，實現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。 本發(fā)明與其它工藝比較如下
權(quán)利要求
1.一種催化鐵耦合生物濾池工藝，其特征在于在生物濾池前設(shè)置催化鐵反應(yīng)池，所述生物濾池上部設(shè)有催化鐵床，下部設(shè)有曝氣管，底部為進(jìn)水口，生物濾池上部設(shè)有PVC填料層，下部設(shè)有曝氣管，底部通過管道連接催化鐵反應(yīng)池頂部一側(cè)出水口 ；具體步驟如下 (1)來自工業(yè)難降解的廢水進(jìn)入催化鐵反應(yīng)池，控制進(jìn)水PH值為5.0-10.0 ;催化鐵反應(yīng)池中采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為0. 01-5. Omg/L，催化鐵床的堆積密度為0. 1-0. 5kg*dm^3,水力停留時間控制在0. 5-lh ； (2)催化鐵反應(yīng)池的出水作為生物濾池的進(jìn)水進(jìn)行生物處理，控制生物濾池的進(jìn)水pH值為6. 0-8. 0 ;生物濾池中也采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為2. 0-4. 0 mg-r1,生物濾池中PVC填料的堆積密度控制在0. 01-0. 05 kg*dm_3，水力停留時間控制在2. 0-4. Oh ； (3)經(jīng)過生物濾池的出水排放入水體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化鐵耦合生物濾池工藝，其特征在于所述催化鐵床內(nèi)采用雙金屬電極，所述雙金屬電極采用銅屑與鐵屑混合；或者鐵屑表面鍍有少量單質(zhì)銅；或者工程塑料刨花表面鍍滿單質(zhì)銅，再與鐵屑混合中的任一種；上述三種雙金屬中的銅鐵質(zhì)量比均應(yīng)控制在(0. 01-0. 5%) :1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種催化鐵耦合生物濾池工藝，在生物濾池前設(shè)置催化鐵反應(yīng)池，所述生物濾池上部設(shè)催化鐵床，下部設(shè)曝氣管，底部為進(jìn)水口，生物濾池上部設(shè)PVC填料層，下部設(shè)曝氣管，底部連接催化鐵反應(yīng)池頂部一側(cè)出水口；具體步驟為來自工業(yè)難降解的廢水進(jìn)入催化鐵反應(yīng)池，控制進(jìn)水pH值為5.0-10.0；催化鐵反應(yīng)池中采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為0.01-5.0mg/L，催化鐵床的堆積密度為0.1-0.5kg dm-3,水力停留時間控制在0.5-1h。催化鐵反應(yīng)池的出水作為生物濾池的進(jìn)水進(jìn)行生物處理，控制生物濾池的進(jìn)水pH值為6.0-8.0；生物濾池中也采用曝氣管曝氣，控制溶解氧濃度為2.0-4.0mg L-1，生物濾池中PVC填料的堆積密度控制在0.01-0.05kg dm-3，水力停留時間控制在2.0-4.0h。經(jīng)過生物濾池的出水排放入水體。經(jīng)本發(fā)明方法凈化生化處理后的工業(yè)廢水，其COD的去除率可達(dá)到50%，實現(xiàn)新標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
文檔編號C02F9/14GK103043854SQ20121054484
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月17日
發(fā)明者馬魯銘, 劉飛萍, 王夢月 申請人:同濟(jì)大學(xué)