一种脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜的方法

摘要

一种脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜的方法，工艺步骤如下：（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池中加入厌氧污泥或好氧污泥及为微生物生长代谢提供营养物质的污水或自配水，并在所述铁炭微电解反应器的反应池中停置至少30min；（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池中连续通入所述污水或自配水，与此同时使反应池中的混合液连续排出，按上述方式连续运行，直至铁炭微电解反应器的反应池中填料表层的磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜完全分解为止，所述污水或自配水在反应池中的水力停留时间为4～10 h。

说明书

技术领域

本发明属于脱除微电解反应器中填料表层钝化膜的方法，特别涉及一种脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜的方法。

背景技术

铁碳微电解是基于铁的腐蚀电化学原理，将两种具有不同电极电位的铁和碳直接接触在一起，浸泡在传导性的电解质溶液中，发生电池效应而形成无数微小的腐蚀原电池，包括宏观电池与微观电池的技术。金属阳极易被腐蚀而消耗，同时电化学腐蚀又引发了一系列连带协同作用，故铁炭微电解法具有絮凝、吸附、架桥、卷扫、共沉、电沉积、电化学还原等多种作用的综合效应。

铁炭微电解技术对石油化工、印染、制药及电镀等有毒有害工业废水具有高效的预处理作用，能够分解转化废水中的有毒难降解污染物，提高废水的可生化性，同时具有运行费用低、易操作管理等优势。但是铁炭微电解技术在实际应用中存在容易发生铁炭填料板结的问题，尤其是在含磷酸根离子工业废水的处理过程中，磷酸根能够与铁腐蚀生成的Fe²⁺和Fe³⁺离子快速结合生成磷酸亚铁和磷酸铁，而磷酸亚铁和磷酸铁能够以晶体的形式覆盖在铁炭填料颗粒的表面，形成一层致密的钝化膜，导致铁炭填料失去活性。

脱除铁炭填料表层磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜，现有技术对通常采用超声波强化法（见Liu H N, Li G T, Qu J H, et al. Degradation of azo dye Acid Orange 7 in water by Fe⁰/granular activated carbon system in the presence ofultrasound[J]. Journal of Hazardous Materials, 2007, 144(1-2): 180-186.）和机械搅拌法（曲久辉, 刘海宁. 一种转鼓式微电解废水处理反应装置[P]. CN: 1789155A, 2006），所述方法存在能耗高和运行成本高的问题。因此，迫切需要一种经济高效的方法去除铁炭填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，以恢复铁炭填料的活性。

发明内容

本发明的目的是提供一种脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜的方法，此种方法不仅能高效地脱除铁炭填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，而且成本低，操作简单。

本发明的技术方案：向铁炭填料表层出现磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜的微电解反应器中接种厌氧微生物或好氧微生物，同时添加可生化性高的污水或自配水为微生物提供营养物质，通过微生物的脱磷作用分解铁炭填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜。

本发明所述脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜的方法，工艺步骤如下：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池中加入厌氧污泥或好氧污泥及为微生物生长代谢提供营养物质的污水或自配水，并在所述铁炭微电解反应器的反应池中停置至少30min；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池中连续通入所述污水或自配水，与此同时使反应池中的混合液连续排出，按上述方式连续运行，直至铁炭微电解反应器的反应池中填料表层的磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜完全分解为止，所述污水或自配水在反应池中的水力停留时间为4～10 h。

上述方法中，所述厌氧污泥和好氧污泥来源于市政污水处理厂或工业污水处理厂厌氧处理单元和好氧处理单元的活性污泥。

上述方法中，步骤（1）所述厌氧污泥或者好氧污泥的加入量为：厌氧污泥或好氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:60～1:20，所述污水或自配水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和厌氧污泥或好氧污泥为限。

上述方法中，所述污水或自配水的COD浓度为300～2000 mg/L，BOD₅/COD值＞0.4。

上述方法中，所述铁炭微电解反应器的反应池中的水温控制在20～45℃。

上述方法中，所述自配水由易生物降解有机物、铵盐、钾盐、镁盐、钙盐和水配制而成，自配水中，易生物降解有机物的浓度为300～2000 mg/L，铵盐的浓度为60~450 mg/L，钾盐的浓度为5～30 mg/L，镁盐的浓度为5～30 mg/L，钙盐的浓度为5～30 mg/L。

上述方法中，所述易生物降解有机物优选葡萄糖或/和可溶性淀粉，所述铵盐优选硫酸铵或/和氯化铵，所述钾盐优选氯化钾，所述镁盐优选硫酸镁，所述钙盐优选氯化钙，所述水为自来水或中水。

本发明所述方法利用微生物的代谢作用将填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜分解为Fe³⁺、Fe²⁺、PO₄^3-，所释放出的上述离子溶于水中被连续排出铁炭微电解反应器。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所述方法以厌氧污泥或好氧污泥作为厌氧微生物或好氧微生物源接种于铁炭微电解反应器的反应池，以污水或自配水为微生物生长代谢提供营养物质，因而成本低廉。

2、实验表明（见各实施例），向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池中接种厌氧微生物或好氧微生物后，连续运行10~15天即可使填料表层的磷酸铁和磷酸亚铁钝化膜完全分解，表明本发明所述方法能高效地脱除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜。

3、本发明所述方法在向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池中接种厌氧微生物或好氧微生物后，只需连续通入为微生物生长代谢提供营养物质的污水或自配水，并连续排出反应池中的混合液，因而操作简单，能耗低。

附图说明

图1是铁炭微电解反应器的结构示意图，其中1—储水池，2—进水泵，3—反应池。

图2是铁炭微电解反应器中填料的扫描电镜（SEM）照片，放大倍数为50，其中，（a）为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除前的照片，(e) 为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除后的照片。

图3是铁炭微电解反应器中填料的扫描电镜（SEM）照片，放大倍数为300，其中，（b）为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除前的照片，(f) 为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除后的照片。

图4是铁炭微电解反应器中填料的扫描电镜（SEM）照片，放大倍数为1000，其中，（c）为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除前的照片，(g) 为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除后的照片。

图5是铁炭微电解反应器中填料的扫描电镜（SEM）照片，放大倍数为5000，其中，（d）为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除前的照片，(h) 为填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜脱除后的照片。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明所述脱除铁炭微电解反应器中填料表层磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜的方法作进一步说明。下述实施例中，所述铁炭微电解反应器的结构如图1所示；所述厌氧污泥和好氧污泥分别为市政污水处理厂厌氧处理单元的污泥和好氧处理单元的污泥。

实施例1

铁炭微电解反应器的反应池3中发生板结的填料如图2中的照片（a）、图3中的照片（b）、图4中的照片（c）、图5中的照片（d）所示，其表层覆盖有致密的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，本实施例采用以下工艺步骤去除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池3中加入厌氧污泥和生活污水，厌氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:40，生活污水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和厌氧污泥为限，所述生活污水的COD浓度为300 mg/L，BOD₅/COD值＞0.4，将所述反应池3中的水温控制在30 ℃，停置100 min；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池3中连续通入所述生活污水并维持水温在30 ℃，与此同时使反应池3中的混合液连续排出，所述生活污水在铁炭微电解反应器的反应池3中的水力停留时间为4 h，按上述方式连续运行15天，填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜即完全分解，产生的PO₄^3-离子被排出反应池3。脱除磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜后的填料见图2中的照片（e）、图3中的照片（f）、图4中的照片（g）、图5中的照片（h）。

实施例2

铁炭微电解反应器的反应池3中发生板结的填料如图2中的照片（a）、图3中的照片（b）、图4中的照片（c）、图5中的照片（d）所示，其表层覆盖有致密的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，本实施例采用以下工艺步骤去除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池3中加入好氧污泥和生活污水，好氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:60，生活污水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和好氧污泥为限，所述生活污水的COD浓度为400 mg/L，BOD₅/COD值＞0.4，将所述反应池3中的水温控制在20℃，停置120min；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池3中连续通入所述生活污水并维持水温在20℃，与此同时使反应池3中的混合液连续排出，所述生活污水在铁炭微电解反应器的反应池3中的水力停留时间为6h，按上述方式连续运行14天，填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜即完全分解，产生的PO₄^3-离子被排出反应池3。脱除磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜后的填料见图2中的照片（e）、图3中的照片（f）、图4中的照片（g）、图5中的照片（h）。

实施例3

铁炭微电解反应器的反应池3中发生板结的填料如图2中的照片（a）、图3中的照片（b）、图4中的照片（c）、图5中的照片（d）所示，其表层覆盖有致密的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，本实施例采用以下工艺步骤去除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池3中加入厌氧污泥和自配水，厌氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:20，自配水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和厌氧污泥为限，将所述反应池3中的水温控制在35℃，停置60min，所述自配水由葡萄糖、氯化铵、氯化钾、氯化钙、硫酸镁和自来水配制而成，自配水中，葡萄糖的浓度为800 mg/L，氯化铵的浓度为160mg/L，氯化钾的浓度为30 mg/L，氯化钙和硫酸镁的浓度均为5 mg/L，此种自配水的COD浓度约为2000 mg/L，BOD₅/COD值＞0.5；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池3中连续通入所述自配水并维持水温在35℃，与此同时使反应池3中的混合液连续排出，所述自配水在铁炭微电解反应器的反应池3中的水力停留时间为7h，按上述方式连续运行12天，填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜即完全分解，产生的PO₄^3-离子被排出反应池3。脱除磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜后的填料见图2中的照片（e）、图3中的照片（f）、图4中的照片（g）、图5中的照片（h）。

实施例4

铁炭微电解反应器的反应池3中发生板结的填料如图2中的照片（a）、图3中的照片（b）、图4中的照片（c）、图5中的照片（d）所示，其表层覆盖有致密的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，本实施例采用以下工艺步骤去除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池3中加入厌氧污泥和自配水，厌氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:30，自配水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和厌氧污泥为限，将所述反应池3中的水温控制在40℃，停置40min，所述自配水由可溶性淀粉、葡萄糖、硫酸铵、氯化铵、氯化钾、氯化钙、硫酸镁和中水配制而成，自配水中，可溶性淀粉的浓度为500 mg/L，葡萄糖的浓度为1500 mg/L，硫酸铵的浓度为100 mg/L，氯化铵的浓度为350 mg/L，氯化钾的浓度为15mg/L，氯化钙的浓度为15mg/L，硫酸镁的浓度为30 mg/L，此种自配水的COD浓度约为1000 mg/L，BOD₅/COD值＞0.5；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池3中连续通入所述自配水并维持水温在40℃，与此同时使反应池3中的混合液连续排出，所述自配水在铁炭微电解反应器的反应池3中的水力停留时间为8h，按上述方式连续运行10天，填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜即完全分解，产生的PO₄^3-离子被排出反应池3。脱除磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜后的填料见图2中的照片（e）、图3中的照片（f）、图4中的照片（g）、图5中的照片（h）。

实施例5

铁炭微电解反应器的反应池3中发生板结的填料如图2中的照片（a）、图3中的照片（b）、图4中的照片（c）、图5中的照片（d）所示，其表层覆盖有致密的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜，本实施例采用以下工艺步骤去除填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜：

（1）向发生填料板结的铁炭微电解反应器的反应池3中加入好氧污泥和自配水，好氧污泥与铁炭微电解反应器的反应池中填料的体积比为1:50，自配水的加入量以淹没铁炭微电解反应器的反应池中的填料和好氧污泥为限，将所述反应池3中的水温控制在45℃，停置30min，所述自配水由可溶性淀粉、葡萄糖、氯化铵、氯化钾、氯化钙、硫酸镁和自来水配制而成，自配水中，可溶性淀粉的浓度为100 mg/L，葡萄糖的浓度为200 mg/L，氯化铵的浓度为60mg/L，氯化钾的浓度为5mg/L，氯化钙的浓度为30mg/L，硫酸镁的浓度为20 mg/L，此种自配水的COD浓度约为300mg/L，BOD₅/COD值＞0.5；

（2）当步骤（1）所述停置时间届满后，向所述反应池3中连续通入所述自配水并维持水温在45℃，与此同时使反应池3中的混合液连续排出，所述自配水在铁炭微电解反应器的反应池3中的水力停留时间为10h，按上述方式连续运行15天，填料表层的磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜即完全分解，产生的PO₄^3-离子被排出反应池3。脱除磷酸铁及磷酸亚铁钝化膜后的填料见图2中的照片（e）、图3中的照片（f）、图4中的照片（g）、图5中的照片（h）。