CN112573779A - 用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开用于处理餐厨废水的微生物电解池‑厌氧氨氧化‑Fenton联合处理装置及处理方法。由CSTR厌氧区、厌氧氨氧化区、Fenton氧化区、膜深度处理区四部分组成。CSTR厌氧区内设有阳极电极Ⅰ，厌氧氨氧化区由内置曝气头的前置曝气区和设有阳极电极Ⅱ的主反应区构成，Fenton氧化区内设有阴极电极Ⅲ、曝气头和外加Fe2+，阴阳极电极通过外电路与稳压电源相连。进水依次经过CSTR厌氧区、厌氧氨氧化区、Fenton氧化区、膜深度处理区处理后达标排放或厂内回用。本发明在保证产水稳定达标的同时，高效回收沼气能源、有效缓解膜污染，提供了一种餐厨废水处理新技术。
Description
技术领域
本发明归属废水处理领域，具体涉及一种用于处理餐厨废水的微生物电解池 -厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置及处理方法。
背景技术
随着国内垃圾分类的推行，餐厨废水逐渐被重视起来。餐厨废水是餐厨垃圾经过分离破碎、油脂提取和固液分离后的高浓度有机废水，含有丰富的碳水化合物、蛋白质和脂肪，具有高有机物污染、高氨氮、高含油率、高含盐量等特点而难以处理。目前国内常用的餐厨废水处理工艺为生化-膜处理工艺，餐厨废水处理站普遍存在生化处理效果差、残余油脂难去除、膜污染严重等问题，导致出水水质难以达标。
发明内容
本发明的目的是解决现有工艺的不足，将微生物电解池、厌氧氨氧化和 Fenton技术引入常规的生化-膜处理***中，构建了一种用于处理餐厨废水的厌氧氨氧化-微生物电解池-膜生物反应器联合处理工艺，在外加电场的作用下通过增强有机物氧化、厌氧氨氧化、电Fenton氧化和絮凝破乳反应，在保证产水稳定达标的同时，高效回收沼气能源、有效缓解膜污染，提供了一种餐厨废水处理新技术。
本发明的具体技术方案是提供一种用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，由CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton 氧化区(3)、膜深度处理区(4)四部分组成。CSTR厌氧区(1)内设有阳极电极Ⅰ(8)，厌氧氨氧化区(2)由内置曝气头(12)的前置曝气区(5)和设有阳极电极Ⅱ(9)的主反应区(6)构成，Fenton氧化区(3)内设有阴极电极Ⅲ(10)、曝气头(13)和外加Fe2+(14)；阳极电极Ⅰ(8)、阳极电极Ⅱ(9)上分别富集厌氧消化污泥与厌氧氨氧化污泥；所述的阳极电极Ⅰ(8)与阳极电极Ⅱ(9)通过导线(7)与稳压电源(11)的正极相连，所述的阴极电极Ⅲ(10)通过导线(7)与稳压电源(11)的负极相连。
作为优选，CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)三区可设计为钢结构或钢筋混凝土结构。
作为优选，位于CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3) 内的导线(5)均采用不锈钢丝。
作为优选，所述的阳极电极Ⅰ(8)、阳极电极Ⅱ(9)、阴极电极Ⅲ(10)材料为碳毡。
作为优选，CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)体积之比为1～1.5，厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)体积之比为1.5～2，三区分别用于进行有机物氧化、厌氧氨氧化、电Fenton氧化和絮凝破乳反应。
作为优选，厌氧氨氧化区(2)前端设置内置曝气头(12)的前置曝气区(5)，为氨氧化反应提供氧气，同时避免了曝气对厌氧氨氧化区(2)主反应区(6)的过分扰动，利于主反应器内形成表层呈好氧状态、内部呈厌氧状态的颗粒污泥，以实现脱氮反应。
作为优选，Fenton氧化区(3)内设置曝气头(13)和外加Fe2+(14)，为电 Fenton氧化反应和絮凝破乳反应提供氧气和Fe2+。
作为优选，膜深度处理区(4)包括超滤、纳滤、反渗透膜处理***，通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质。
进一步的，CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)组成微生物电解池，CSTR厌氧区(1)和厌氧氨氧化区(2)作为阳极进行高效有机物氧化反应和氨氧化反应，同时向Fenton氧化区(3)输送电子；Fenton氧化区 (3)作为阴极接收CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)输送的电子进行Fenton 氧化和絮凝破乳反应；膜深度处理区(4)通过物理过滤作用去除的餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质。
本发明还提供一种用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton 联合处理装置的处理方法，餐厨废水在微生物电解池的作用下，CSTR厌氧区(1) 进行有机物高效厌氧发酵反应，厌氧氨氧化区(2)进行厌氧氨氧化反应，Fenton 氧化区(3)进行Fenton氧化和絮凝破乳反应，膜深度处理区(4)通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质，在保证餐厨废水处理***产水水质的同时有效缓解膜污染、高效回收沼气能源。具体步骤如下：
1)在CSTR厌氧区(1)中设置阳极电极Ⅰ(8)，厌氧氨氧化区(2)中设置阳极电极Ⅱ(9)，Fenton氧化区(3)中设置阴极电极Ⅲ(10)，三个电极通过导线与稳压电源(11)相连，组装好微生物电解池***；
2)餐厨废水先送至CSTR厌氧区(1)进行有机物氧化反应，使大分子有机物氧化为小分子化合物并产生沼气，在外加电压的作用下，CSTR厌氧区(1)内微生物的物质与能量代谢得到加强，产甲烷菌得到驯化富集，从而提高了反应区内有机物降解效率及沼气产量，在减轻后续工艺的COD负荷同时高效回收沼气能源，并向Fenton氧化区(3)输送电子；
3)CSTR厌氧区(1)产水自流入厌氧氨氧化区(2)进行厌氧氨氧化反应， CSTR厌氧区(1)产水先送至内置曝气头(12)的前置曝气区(5)进行预曝气，提供氨氧化反应所需的氧气，后流入主反应区(6)在阳极电级(9)的作用下发生NH4 +-N的氧化反应生成NO2 --N，原水中的NH4 +-N和生成的NO2 --N扩散进入颗粒污泥内部发生厌氧氨氧化反应，实现脱氮目的，并向Fenton氧化区(3)输送电子；
4)厌氧氨氧化区(2)产水通过泵提升至Fenton氧化区(3)进行残余油脂的电Fenton氧化反应和絮凝破乳反应，Fenton氧化区(3)作为阴极通过接收 CSTR厌氧区(1)和厌氧氨氧化区(2)输送来的电子及曝气头(13)产生的氧气反应生成H2O2，H2O2和外加Fe2+(14)反应生成Fe3+、OH-和·OH，氧化和絮凝残余油脂和其他难降解有机物，以缓解膜深度处理区(4)的膜污染；
5)Fenton氧化区(3)产水通过泵送至膜深度处理区(4)，膜深度处理区 (4)包括超滤、纳滤、反渗透等膜处理***，通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质后，产水达标排放或厂内回用。
本发明的有益效果是：
(1)通过将微生物电解池引入CSTR厌氧区、厌氧氨氧化区，强化COD、氨氮去除效率，稳定出水水质。
(2)通过微生物电解池对CSTR厌氧区产甲烷菌的驯化富集，提高甲烷产率，高效回收沼气能源。
(3)通过将微生物电解池、Fenton***引入处理工艺，利用Fenton氧化反应和絮凝破乳反应提高餐厨废水中油脂的去除效果，有效缓解膜污染，降低运行成本。
(4)***出水水质可稳定达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)“一级标准”达标排放及更为严格的《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T19923- 2005)后厂区内回用。
附图说明
图1为微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置的结构示意图。
图2为微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理方法流程图。
图中：CSTR厌氧区1、厌氧氨氧化区2、Fenton氧化区3、膜深度处理区4、前置曝气区5、主反应区6、导线7、阳极电极Ⅰ8、阳极电极Ⅱ9、阴极电极Ⅲ10、稳压电源11、曝气头12、曝气头13、外加Fe2+14。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述。
如图1所示，一种用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton 联合处理装置，由CSTR厌氧区1、厌氧氨氧化区2、Fenton氧化区3、膜深度处理区4四部分组成。其中，CSTR厌氧区1、厌氧氨氧化区2体积之比为1～1.5，厌氧氨氧化区2、Fenton氧化区3体积之比为1.5～2，三区分别用于进行有机物氧化、厌氧氨氧化、电Fenton氧化和絮凝破乳反应，三区可设计为钢结构或钢筋混凝土结构。膜深度处理区4包括超滤、纳滤、反渗透膜处理***。CSTR厌氧区1内设有阳极电极Ⅰ8，厌氧氨氧化区2由曝气头12的前置曝气区5和设有阳极电极Ⅱ9的主反应区6构成，Fenton氧化区3内设有阴极电极Ⅲ10、曝气头 13和外加Fe2+14。阳极电极Ⅰ8、阳极电极Ⅱ9、阴极电极Ⅲ10材料为碳毡，其中阳极电极Ⅰ8、阳极电极Ⅱ9上分别富集厌氧消化污泥与厌氧氨氧化污泥。阳极电极Ⅰ8与阳极电极Ⅱ9通过导线7与稳压电源11的正极相连，所述的阴极电极Ⅲ10通过导线7与稳压电源11的负极相连。
如图2所示，基于上述装置的污染物处理方法，餐厨废水在微生物电解池的作用下，CSTR厌氧区1进行有机物高效厌氧发酵反应，厌氧氨氧化区2进行厌氧氨氧化反应，Fenton氧化区3进行Fenton氧化和絮凝破乳反应，膜深度处理区4通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质，在保证餐厨废水处理***产水水质的同时有效缓解膜污染、高效回收沼气能源。具体步骤如下：
1)按照图1所示，在CSTR厌氧区1中设置阳极电极Ⅰ8，厌氧氨氧化区2 中设置阳极电极Ⅱ9，Fenton氧化区3中设置阴极电极Ⅲ10，三个电极通过导线与稳压电源11相连，组装好微生物电解池***；
2)餐厨废水先送至CSTR厌氧区1进行有机物氧化反应，使大分子有机物氧化为小分子化合物并产生沼气，在外加电压的作用下，CSTR厌氧区1内微生物的物质与能量代谢得到加强，从而提高了反应区内有机物降解效率及沼气产量，在减轻后续工艺的COD负荷同时高效回收能源，并向Fenton氧化区3输送电子；
3)CSTR厌氧区1产水自流入厌氧氨氧化区2进行厌氧氨氧化反应，CSTR厌氧区1产水先送至前端内置曝气头12的曝气区5进行预曝气，提供氨氧化反应所需的氧气，后流入主反应区6在阳极电级9的作用下发生NH4 +-N的氧化反应生成NO2 --N，原水中的NH4 +-N和生成的NO2 --N扩散进入颗粒污泥内部发生厌氧氨氧化反应，实现脱氮目的，并向Fenton氧化区3输送电子；
4)厌氧氨氧化区2产水通过泵提升至Fenton氧化区3进行残余油脂的电 Fenton氧化反应和絮凝破乳反应，Fenton氧化区3作为阴极通过接收CSTR厌氧区1和厌氧氨氧化区2输送来的电子及曝气头13产生的氧气反应生成H2O2，H2O2和外加Fe2+14反应生成Fe3+、OH-和·OH，氧化和絮凝残余油脂和其他难降解有机物，以缓解膜深度处理区4的膜污染；
5)Fenton氧化区3产水通过泵送至膜深度处理区4，膜深度处理区4包括超滤、纳滤、反渗透等膜处理***，通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分等污染物质。在保证产水稳定达标的同时，高效回收沼气能源、有效缓解膜污染，提供了一种餐厨废水处理新技术。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：由CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)、膜深度处理区(4)四部分组成；CSTR厌氧区(1)内设有阳极电极Ⅰ(8)，厌氧氨氧化区(2)由内置曝气头(12)的前置曝气区(5)和设有阳极电极Ⅱ(9)的主反应区(6)构成，Fenton氧化区(3)内设有阴极电极Ⅲ(10)、曝气头(13)和外加Fe2+(14)；阳极电极Ⅰ(8)、阳极电极Ⅱ(9)上分别富集厌氧消化污泥与厌氧氨氧化污泥；所述的阳极电极Ⅰ(8)与阳极电极Ⅱ(9)通过导线(7)与稳压电源(11)的正极相连，所述的阴极电极Ⅲ(10)通过导线(7)与稳压电源(11)的负极相连。
2.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)三区为钢结构或钢筋混凝土结构。
3.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：位于CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)内的导线(5)均采用不锈钢丝。
4.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：所述的阳极电极Ⅰ(8)、阳极电极Ⅱ(9)、阴极电极Ⅲ(10)材料为碳毡。
5.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)体积之比为1～1.5，厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)体积之比为1.5～2，三区分别用于进行有机物氧化、厌氧氨氧化、电Fenton氧化和絮凝破乳反应。
6.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：厌氧氨氧化区(2)设置内置曝气头(12)的前置曝气区(5)，为氨氧化反应提供氧气，同时避免了曝气对厌氧氨氧化区(2)主反应区(6)的过分扰动，利于主反应器内形成表层呈好氧状态、内部呈厌氧状态的颗粒污泥，以实现脱氮反应。
7.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化- Fenton联合处理装置，其特征在于：Fenton氧化区(3)内设置曝气头(13)和外加Fe2+(14)，为电Fenton氧化反应和絮凝破乳反应提供氧气和Fe2+。
8.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：膜深度处理区(4)包括超滤、纳滤、反渗透膜处理***，通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分污染物质。
9.根据权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置，其特征在于：CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)、Fenton氧化区(3)组成微生物电解池，CSTR厌氧区(1)和厌氧氨氧化区(2)作为阳极进行高效有机物氧化反应和氨氧化反应，同时向Fenton氧化区(3)输送电子；Fenton氧化区(3)作为阴极接收CSTR厌氧区(1)、厌氧氨氧化区(2)输送的电子进行Fenton氧化和絮凝破乳反应；膜深度处理区(4)通过物理过滤作用去除的餐厨废水中剩余的有机物、盐分污染物质。
10.一种采用权利要求1所述的用于处理餐厨废水的微生物电解池-厌氧氨氧化-Fenton联合处理装置的处理方法，其特征在于：餐厨废水在微生物电解池的作用下，CSTR厌氧区(1)进行有机物高效厌氧发酵反应，厌氧氨氧化区(2)进行厌氧氨氧化反应，Fenton氧化区(3)进行Fenton氧化和絮凝破乳反应，膜深度处理区(4)通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分污染物质；具体步骤如下：
步骤1、在CSTR厌氧区(1)中设置阳极电极Ⅰ(8)，厌氧氨氧化区(2)中设置阳极电极Ⅱ(9)，Fenton氧化区(3)中设置阴极电极Ⅲ(10)，三个电极通过导线与稳压电源(11)相连，组装好微生物电解池***；
步骤2、餐厨废水先送至CSTR厌氧区(1)进行有机物氧化反应，使大分子有机物氧化为小分子化合物并产生沼气，在外加电压的作用下，CSTR厌氧区(1)内微生物的物质与能量代谢得到加强，产甲烷菌得到驯化富集，从而提高了反应区内有机物降解效率及沼气产量，在减轻后续工艺的COD负荷同时高效回收沼气能源，并向Fenton氧化区(3)输送电子；
步骤3、CSTR厌氧区(1)产水自流入厌氧氨氧化区(2)进行厌氧氨氧化反应，CSTR厌氧区(1)产水先送至内置曝气头(12)的前置曝气区(5)进行预曝气，提供氨氧化反应所需的氧气，后流入主反应区(6)，在阳极电级(9)的作用下发生NH4 +-N的氧化反应生成NO2 --N，原水中的NH4 +-N和生成的NO2 --N扩散进入反应区的颗粒污泥内部发生厌氧氨氧化反应，实现脱氮目的，并向Fenton氧化区(3)输送电子；
步骤4、厌氧氨氧化区(2)产水通过泵提升至Fenton氧化区(3)进行残余油脂的电Fenton氧化反应和絮凝破乳反应，Fenton氧化区(3)作为阴极通过接收CSTR厌氧区(1)和厌氧氨氧化区(2)输送来的电子及曝气头(13)产生的氧气反应生成H2O2，H2O2和外加Fe2+(14)反应生成Fe3+、OH-和·OH，氧化和絮凝残余油脂和其他难降解有机物，以缓解膜深度处理区(4)的膜污染；
步骤5、Fenton氧化区(3)产水通过泵送至膜深度处理区(4)，膜深度处理区(4)包括超滤、纳滤、反渗透等膜处理***，通过物理过滤作用去除餐厨废水中剩余的有机物、盐分污染物质后，产水达标排放或厂内回用。
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