CN107055960B - 一种污水处理锅炉助燃综合利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水处理锅炉助燃综合利用方法，其中的污水处理依次包括预处理、一次沉淀处理、一次氧化处理、二次沉淀处理、臭氧氧化处理和废水达标排放或回用；其特征在于，所述污水处理锅炉助燃综合利用方法还包括：回收臭氧氧化处理过程产生的气体，并将回收气体经助燃气预处理后作为锅炉助燃气。本发明通过对废水处理过程中产生的含有臭氧的废气的综合利用，将污水处理工艺与锅炉燃烧过程所必需的助燃剂有效结合，不仅仅能够有效的处理废水中的有毒有害物质，同时对污水处理过程中产生的废气进行再利用，减少废气对环境的影响，提高锅炉的燃烧效率。并能够从整体上降低工艺的运行成本。

Description

一种污水处理锅炉助燃综合利用方法
技术领域
本发明具体涉及一种污水处理锅炉助燃综合工艺，属于对纺织印染作业中所产生的废水进行深度处理，废气综合利用工艺。
背景技术
中国作为水资源匮乏的国家，人均淡水资源量远低于世界平均水平。而工业废水污染问题更使得水资源问题雪上加霜。尤其在人口密集，水量相对丰富的地区，经济发展快速，水污染也更为严重。作为废水排放大户，纺织印染废水中包含大量的难以降解的染料、助剂、芳香类化合物、有毒有害的重金属、卤化物、无机物、硫化物等等。有机物浓度高、种类繁多、结构复杂，属于难处理的工业废水。
目前对纺织废水的处理方法包括物理法、化学法和生物法。物理法主要通过吸附、过滤、沉降、离心等单元操作除去部分较大粒子。生物法主要利用微生物的代谢作用分解水中污染物的一类方法，曝气生物滤池是较新研发的技术，目前较为广泛的应用于污水处理工艺中。化学方法主要包括中和法、凝聚法、氧化法。其中氧化法，尤其是臭氧氧化过程是纺织污水处理中的最为重要的环节。
臭氧氧化作为一种高级氧化技术，广泛应用于各种难处理废水的降解。尤其针对废水中的较难处理的有机物，如杂环、芳香化合物，在臭氧的氧化作用下分解为小分子或二氧化碳和水。臭氧能分解纺织印染废液中活性染料、阳离子染料、酸性染料和直接染料等水溶性染料，并起到脱色作用。
近年来，臭氧氧化处理污水受到广泛的关注，如CN10117274A、CN101633541A、CN101525202A、CN102190412A、CN103708641A等专利申请公开了印染洗废净化处理综合利用技术，将曝气生物滤池技术、臭氧氧化技术、沉淀过滤技术等水处理单元有机的结合，用于水处理过程中得到了较好的效果。
在现有的臭氧氧化处理污水技术中，为提高臭氧氧化过程中的臭氧产量以及臭氧的氧化效果，通常需要采用富氧气体(氧气体积含量60-100％)作为原料制备臭氧，使得臭氧氧化的成本较高，并且还可能带来环境的污染。
近年来统一供热和一体化污水处理服务成为工业园区必须提供的基础性服务，为污水处理和锅炉供热两种技术的综合化、系统化技术改进提供了机会。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种污水处理锅炉助燃综合利用方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明提供了一种污水处理锅炉助燃综合利用方法，其中的污水处理依次包括预处理、一次沉淀处理、一次氧化处理、二次沉淀处理、臭氧氧化处理和废水达标排放或回用；进一步的，所述污水处理锅炉助燃综合利用方法还包括：回收臭氧氧化处理过程产生的气体，并将回收气体经助燃气预处理后作为锅炉助燃气。
优选的，所述的综合利用方法还包括：将所述回收气体的60％-90％(体积)作为燃烧助燃气。更为优选的，所述的综合利用方法还包括：将所述回收气体的70％-80％(体积)作为燃烧助燃气。
优选的，所述的综合利用方法还包括：将所述的回收气体与空气按体积比为：1:(1-10)混合后作为燃烧助燃气。
更为优选的，所述的回收气体与空气混合体积比为：1:(2-5)。
优选的，所述的综合利用方法还包括：将所述的回收气体一部分作为燃烧助燃气的同时，还将所述回收气体的10％-40％(体积)作为污水处理臭氧氧化处理过程中含臭氧气体的原料气体。
优选的，所述的综合利用方法还包括：所述的作为含臭氧气体原料的回收气体导入到气体混合罐中与氧气混合，混合气体经过干燥后通入到臭氧发生装置中产生含臭氧气体。
更为优选的，所述的气体混合罐中回收气体与氧气混合比例为1：(2-10)(体积)。
本发明还提供了一种锅炉助燃气，其包含来自于污水处理工艺的臭氧氧化处理过程的回收气体。
与现有技术相比，本发明至少有如下有益效果：
本发明是对已有成熟的废水生物处理和物化处理的工艺重新组合，优化工艺参数能够有效的处理污染物浓度高、色度高、水质不稳定的纺织印染废水。
本发明通过两步氧化方法，通过一次氧化的预氧化除去部分污染物，可以有效减少二次氧化的负荷，进一步提高处理后的水质。
本发明将二次氧化段产生的废气回收利用，作为氧化剂引入到锅炉中作为助燃气体，经过分析，尾气中主要成分为氧气，投入1体积臭氧氧化尾气的氧气含量相当于3-5体积空气。从而可以减少空气的用量。
按比例将回收气体与空气进行混合，使得助燃气体氧分压提高5-30％，能够提高整个系统的燃烧效率。从系统优化角度，可以减少燃料用量，从整体上降低运行成本，十分适合印染企业配套装置使用。
提高助燃气体氧分压能有效抑制氮氧化物、硫化物等污染物的产生。从而减少污染物的排放，有利于减排环保。
本发明公开一种综合利用尾气的技术方案。将回收部分尾气通过补加氧气的过程能够使得臭氧氧化过程形成动态的平衡，在一定程度上减少了臭氧氧化过程中氧气的用量。实现了高价值原料的综合利用，进一步降低气体输送能耗，从整体上实现节能减排的目标，降低污水处理的成本，提升企业的竞争优势。
附图说明
图1为一典型实施方案中一种纺织印染废水处理方法的工艺流程图。
具体实施方式
鉴于现有技术的不足，本发明旨在提供一种废水深度处理工艺以及锅炉供热综合解决方案，其通过臭氧氧化单元出口气体的综合利用提高整个系统污水处理能力和处理效果，同时对高价值气体进行综合型利用。一方面降低水处理成本，同时降低臭氧对周围环境的影响。另一方面，将污水处理过程中产生的废气应用于锅炉燃烧过程中，提高助燃气体氧含量，提高燃料利用率，从整体上显著降低整体运行成本。
进一步的，本发明提供才一种污水处理锅炉助燃综合利用方法中，污水处理过程依次包括：预处理、一次沉淀处理、一次氧化处理、二次沉淀处理、臭氧氧化处理、废水达标排放或回用；进一步的，其中还包括，在臭氧氧化处理过程中设置气体回收装置，回收气体经助燃气预处理后作为锅炉助燃气。
其中，将所述回收气体的60％-90％(体积)作为燃烧助燃气。
其中，将所述回收气体的70％-80％(体积)作为燃烧助燃气。
其中，将所述的回收气体与空气按体积比为：1:(1-10)混合后作为燃烧助燃气。
其中，所述的回收气体与空气混合体积比为：1:(2-5)。
其中，将所述的回收气体一部分作为燃烧助燃气的同时，回收气体的10％-40％(体积)作为污水处理臭氧氧化处理过程中含臭氧气体的原料气体。
其中，所述的作为含臭氧气体原料的回收气体的导入到气体混合罐中与氧气混合，混合气体经过干燥后通入到臭氧发生装置中产生含臭氧气体。
其中，所述的气体混合罐中回收气体与氧气混合比例为1：(2-10)(体积)。
本发明还提供一种锅炉助燃气，其中该气体来自于污水处理过程中臭氧氧化处理过程中回收气体。
其中，所述的污水处理过程依次包括：预处理；一次沉淀处理；一次氧化处理；二次沉淀处理；臭氧氧化处理；废水达标排放或回用；其中，在臭氧氧化处理过程中设置气体回收装置，收集的气体经助燃气预处理后作为锅炉助燃气。
其中，所述的回收气体的60％-90％(体积)作为燃烧助燃气体。
其中，所述的回收气体的70％-80％(体积)作为燃烧助燃气体。
其中，将所述的回收气体与空气按体积比为：1:(1-10)混合后作为燃烧助燃气。
其中，所述的回收气体与空气混合体积比为：1:(2-5)。
其中，所述的回收气体一部分作为燃烧助燃气体的同时，回收气体的10％-40％(体积)作为臭氧氧化处理过程中含臭氧气体的原料气体。
其中，所述的作为含臭氧气体原料的回收气体的导入到气体混合罐中与氧气混合，混合气体经过干燥后通入到臭氧发生装置中产生含臭氧气体。
其中，所述的气体混合罐中回收气体与氧气混合体积比为1：(2-10)。
在本发明的一些具体实施方案中，一种印染废水处理方法的各设备及工作流程如下：
预处理；一次沉淀处理；一次氧化处理；二次沉淀处理；臭氧氧化处理；废水达标排放或循环利用。
在臭氧氧化处理过程中设置气体回收装置，回收气体依次通过气体收集混合处理；臭氧发生装置。臭氧发生装置中得到臭氧气体通入臭氧氧化池中；另外在气体收集混合处理收集的部分气体通入锅炉燃烧。即，经助燃气预处理后作为锅炉助燃气使用。
其中：
预处理：包括过滤、调节水温、调节水量、调节废水中污染物的含量等步骤，其中：
印染废水中包含大量纤维状物质，由于其组成复杂、拥有较大的比表面积，经常发生堵塞管路、包裹催化剂、吸附处理试剂等，在对后续的处理过程影响巨大，因此需要在预处理时将杂质过滤掉。废水首先通过格栅网过滤，除去纺织纤维等体积较大的颗粒；过滤后的废水用泵入热交换器调剂水温后进入调节池。在纺织印染过程中经常会根据工艺调节化学物质配方，导致废水杂质含量波动巨大，在对废水进行处理前，最好对废水进行调节处理，提高整体工艺的降解效率。可以选择多来源储存方法，实现调节的目的，或者根据废水中COD、BOD、SS等物质的含量可以向调节池内加入如生活废水、自来水、生活污水等其他废水。
一次沉淀处理；污水经预处理后引入一次沉淀池，调节体系为碱性，一般pH值控制在8－12之间，加入絮凝剂。絮凝剂一般选择PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)等絮凝剂，也可以选择多种絮凝剂的组合，其中絮凝剂的加入量一般控制在100-500mg/L废水。沉淀池形成的污泥导入污泥处理系统，如：将污泥排入浓缩池，浓缩脱水后运出；或分批次混入一次氧化池中，进一步降解包覆在污泥中的有机物，在二次沉淀处理沉降，浓缩脱水后运出。一次沉淀处理后的污水引入一次氧化处理。
一次氧化处理；一次氧化处理为需氧氧化处理过程，包括：氧化池、爆气装置、水相回流等装置。氧化池中通入含氧气体，将大部分有机物、污染物氧化分解。
进一步，一次氧化处理为生物氧化处理处理。利用微生物吸附降解废水中大部分的溶解性有机物，降低废水CODCr含量，同时在运行过程中还起着截留悬浮物质的作用。
进一步，生物氧化处理处理可以采用生物接触氧化法、MBBR法(流化床生物膜法)或SBR法(序列间歇式活性污泥法)等生物氧化处理方法。
进一步，生物氧化处理可以包括生物氧化池、外置分离装置和水相回流装置。污水停留时间控制在10-48小时之间，污泥浓度为20-50g/L。优选的外置分离装置采用错流过滤方式，聚偏氟乙烯膜为外置膜材料，膜孔径为0.2-0.4微米，膜通量为6-8L/(m2h)。
进一步，生物氧化池温度为30～40℃，pH控制6.5-9.0，优选pH值控制在7.5-8.5。
进一步，含氧气体以爆气的形式通入生物氧化池中。
进一步，含氧气体为空气、氧气、富氧空气(氧气体积含量超过30％的空气)。
进一步，生物氧化处理处理中的菌落可以选择利用池中污泥在氧化池中自行培养驯化；也可以选择氧化池外选择合适的环境另行培养驯化，并在水处理过程中加入氧化池中。微生物可以包括假单胞菌、嗜水气单胞菌、芽胞杆菌等。
进一步，生化降解处理处理可以选择曝气生物氧化池，更优选在生物氧化池中加入填料，提高微生物的聚集程度，增加细菌与污水的接触面积，提高脱氮能力。填料：污泥质量比为(1-5)：1。
进一步，爆气装置放置于生物氧化池的中下部，爆气氧浓度控制在2～4mg/L。
二次沉淀处理；将一次氧化后的污水进行二次沉淀处理，并向二次沉淀池中投入PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)、聚合氯化铝(PAC)等絮凝作用的试剂，主要针对一次氧化池中新分解的处理产物，进一步降低废水中的SS、COD、BOD及色度。其中絮凝剂的加入量一般控制在100-500mg/L废水。沉淀池产生的污泥引入到污泥处理系统中进一步处理。
臭氧氧化处理；将二次沉淀后的废水引入到臭氧氧化池，以含有臭氧的气体作为氧化气体；废水通过臭氧分解达到脱色、除臭和降解较难氧化的有机物的作用。臭氧氧化中所需的臭氧由臭氧发生装置产生，臭氧通入量控制在100-200mg/L水(以纯臭氧量计)。
废水达标排放或回收利用，通过臭氧氧化处理后的水达到排放要求。同时也可以选择作为中水引入到回收池中重新用于生产。
臭氧化气体回收处理：
臭氧氧化处理过程中设置气体回收装置，将臭氧氧化过程中产生的废气统一收集，得到臭氧氧化回收气体M。臭氧氧化过程中产生的气体，即臭氧氧化回收气体M，包括臭氧氧化过程中和氧化完成后从水中溢出的气体。
经过分析气体M的组成为(体积)：氧气(70-85％)、氮气(10-25％)、臭氧(2-3％)、余下为二氧化碳、水蒸气等其他气体。优选将回收气体M收集到气体收集罐中。
进一步，臭氧化气体回收处理中的回收气体M的10％-40％(体积)作为臭氧氧化中氧化气体的原料气体，通入到臭氧发生装置中。
进一步，臭氧化气体回收处理中的回收气体M的20％-30％(体积)作为臭氧氧化中氧化气体的原料气体，通入到臭氧发生装置中。
进一步，臭氧化气体回收处理中的回收气体M的60％-90％(体积)通入锅炉燃烧处理作为燃烧助燃气体。
进一步，臭氧化气体回收处理中的回收气体M的70％-80％(体积)通入锅炉燃烧处理作为燃烧助燃气体。
臭氧发生装置：
将臭氧化气体回收处理中回收气体M导入到气体混合罐中，与氧气混合得到混合气体O，气体O经过干燥后通入到臭氧发生装置中，产生的含臭氧气体，通过管线通入到臭氧氧化处理中。
进一步，气体混合罐中气体M与氧气混合体积比为1：(2-10)。
进一步，气体混合罐中气体M与氧气混合体积比为1：(5-9)。
进一步，混合气体O依次通过冷却装置、过滤装置、填料干燥塔进行干燥。
进一步，干燥塔可以选择填料干燥塔。
进一步，干燥塔中的干燥剂可以选择无水氯化钙、硅胶、活性氧化铝、分子筛中的一种或几种。
锅炉燃烧：
回收气体M经预处理后通入锅炉中。
进一步，回收气体M在锅炉燃烧处理首先与空气混合，回收气体M与空气的混合体积比为：1:(1-12)。
进一步，回收气体M与空气混合体积比为：1:(6-10)。
进一步，锅炉燃烧包括气体混合装置、缓冲罐、预加热装置、燃烧室、换热器等装置。
进一步，回收气体M与空气混合后，通过缓冲罐、预加热装置、进入到锅炉燃烧室。
本发明其次提供了废气作为一种锅炉助燃气的应用。
本发明实施例中，按下公式估算锅炉燃烧效率。
热效率＝有效利用热量/燃料所能放出的全部热量*100％
其中有效利用热量，以锅炉输出蒸汽量、输出蒸汽温度进行估算。
燃料全部热量，以通入燃气量和燃气燃烧热值进行估算。
以某厂20t/h锅炉为例，采用焦炉煤气作为燃料，热值约为16770kJ/Nm3，焦炉煤气用量约为4200Nm3/h。助燃气量约为6-8万m3/h。产生蒸汽温度200-250℃，蒸汽量约为30t/h(具体以实验结果为准)。
实施例1本发明中所述预处理处理依次管道连接的栅格网过滤装置、调节池、以及冷却塔等装置组成。利用栅格网过滤，除去纺织纤维等粒径大于1.5mm的纤维状物质后的废水，进入调节池。在调节池中进行水量以及pH值等参数调节，补充一定量生活废水达到调节水量和水质的目的；同时通过酸碱中和方法，调节水相pH值在6.5-7.5之间。将调节池的废水泵入冷却塔温度控制在35℃。
废水经预处处理理后进入一次沉淀处理，一次沉淀池控制pH值为8-10之间，并加入絮凝剂PFS(聚合硫酸铁)用量为450mg/L水。污水在沉淀池4中停留约4小时后，进行固液分离，水相部分送入一次氧化处理进一步处理。污泥进入污泥处理系统。
废水由一次沉淀池导入一次氧化处理生物氧化池，生物氧化池包括氧化池、爆气装置、水循环装置和分离装置。为提高氧化效果，生物氧化池出水口60％的水量重新通过生物氧化池入口循环氧化，污水停留时间为24小时，污泥浓度为30g/L，并按质量比1：1添加附着有微生物膜的多孔氧化铝材料，温度控制在36℃，pH值为7.5。以爆气的形式通入含氧气体，爆气氧浓度控制在4mg/L。污泥浓度为30g/L。
一次氧化结束后，水相引入到二次沉淀池，二次沉淀池中加入PFS(聚合硫酸铁)，200mg/L水。二次沉淀时间为6小时。沉淀池产生的污泥部分回收，加入生物氧化池重复利用。部分污泥引入到污泥处理系统中进一步处理。水相流入下一步臭氧氧化处理。
实施例2臭氧氧化池入水口与二次沉淀池相连，臭氧通过膜片爆气装置混入水中，臭氧曝气装置置于臭氧氧化池的底部，并且与臭氧发生装置相连接。臭氧通入量控制在100mg/L水，臭氧氧化处理时间为1小时。臭氧氧化池设气体回收装置，并设置气体收集罐。气体收集罐中收集气体为气体M。
按照污水处理要求处理1万吨废水，共收集回收气体M 1.5万m3，经过分析气体M的组成为(体积)包含：氧气/臭氧(86％)、氮气(10％)及其他气体。
将0.3万m3回收气体M通入到气体混合装置中，与1.2万m3氧气混合得到混合气体O，气体O依次通过气体冷却装置，气体过滤装置，CaCl2干燥塔。干燥后气体O通入到进入臭氧发生装置，得到臭氧混合气体，通入到臭氧氧化池中。
臭氧氧化池出口取样检测，COD为40mg/L水，BOD为8mg/L，氨氮为10mg/L，色度去除，SS为9mg/L。
实施例3臭氧氧化池入水口与二次沉淀处理相连，臭氧通过膜片爆气装置混入水中，臭氧曝气装置置于臭氧氧化池的底部，并且与臭氧发生装置相连接。臭氧通入量控制在200mg/L水，臭氧氧化处理时间为1小时。臭氧氧化池设气体回收装置，并设置气体收集罐。气体收集罐中收集气体为气体M。
按照污水处理要求处理1万吨废水，共收集回收气体3.0万m3，经过分析气体M的组成为(体积)包含：氧气/臭氧(87％)、氮气(9％)及其他气体。
实施例4将回收气体M(4.0万m3)与空气按1：3比例经配气装置进行混合。共得到16万m3助燃气体。助燃气体中氧含量大约在35％-38％。
实施例5助燃气预处理后，通入锅炉中。待锅炉系统稳定后，测取参数，系统热效率：96％。对比例1以普通空气为助燃气，助燃气预处理后，通入锅炉中。待锅炉系统稳定后，测取参数，系统热效率：93％。
对比例2臭氧氧化池入水口与二次沉淀处理相连，臭氧通过膜片爆气装置混入水中，臭氧曝气装置置于臭氧氧化池(5-1)的底部，并且与臭氧发生装置相连接。臭氧通入量控制在50mg/L水。臭氧氧化池出口取样检测，COD为56mg/L水，BOD为15mg/L，氨氮为18mg/L，色度去除，SS为12mg/L。
上述各实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种污水处理锅炉助燃综合利用方法，其中的污水处理依次包括预处理、一次沉淀处理、一次氧化处理、二次沉淀处理、臭氧氧化处理和废水达标排放或回用；其特征在于，所述污水处理锅炉助燃综合利用方法还包括：回收臭氧氧化处理过程产生的气体，并将回收气体体积的70％-80％，与空气按体积比为1:(1-10)混合，经助燃气预处理后作为锅炉助燃气；回收气体体积的10％-40％导入到气体混合罐中与氧气混合，作为污水处理臭氧氧化处理过程中含臭氧气体的原料气体；
其中，混合气体经过干燥后通入到臭氧发生装置中产生含臭氧气体，回收气体与氧气混合体积比例为1：(2-5)；
其中，回收气体组成体积比为：臭氧/氧气为86%，氮气10%，余下为二氧化碳、水蒸气；
其中：
预处理包括过滤、调节水温、调节水量、调节废水中污染物的含量，
一次沉淀处理，污水经预处理后引入一次沉淀池，调节体系为碱性，pH值控制在8－12之间，加入絮凝剂；絮凝剂选择PFS(聚合硫酸铁)、PAM(聚丙烯酰胺)，加入量为100-500mg/L废水；
一次氧化处理；一次氧化处理为需氧氧化处理过程，包括：氧化池、曝气装置、水相回流装置；一次氧化处理为生物氧化处理，氧化池中通入含氧空气；生物氧化处理包括生物氧化池、外置分离装置和水相回流装置，污水停留时间控制在10-48小时之间，污泥浓度为20-50g/L；生物氧化池温度为30～40℃，pH值控制在7.5-8.5；
臭氧氧化处理；将二次沉淀后的废水引入到臭氧氧化池，以含有臭氧的气体作为氧化气体；臭氧通入量以纯臭氧量计控制在100-200mg/L水。
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