CN108751578A - 一种焦化废水处理装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种焦化废水处理装置及处理方法，属于废水处理技术领域。包括：储水箱、种植缸和吸附箱；储水箱与种植缸的污水入口连通，种植缸的污水出口与吸附箱的进水口连通；吸附箱的出水口端连接有回水管路和排水管路，出水口通过回水管路与种植缸的污水入口连通，通过排水管路排放污水；在种植缸内装填有用于栽种植物的细沙；在吸附箱内填装有吸附剂。本发明将生物方法与化学方法有机联合对焦化废水进行处理，借助植物修复技术脱除焦化废水中的NH4‑N，同时也促进了植物的生长，实现了焦化废水无害化与资源化处理，在焦化废水处理过程中，没有向废水中添加任何难分离的成分，没有二次污染风险，无需任何后续处理程序。

Description

一种焦化废水处理装置及处理方法
技术领域
本发明涉及焦化废水处理技术领域，特别是涉及一种焦化废水处理装置及处理方法。
背景技术
焦化废水主要来自焦炉煤气初冷及焦化生产过程中的生产用水与蒸汽冷凝废水。焦化废水是一种典型的有毒难降解有机废水，具有水量大、水质多变，成分复杂、氨氮含量高等特点。焦化废水中大量的含氮化合物若不经过有效处理而直接排放到自然界，不仅会造成环境污染、破坏生态平衡、致使水体富营养化，而且具有致畸、致突变、致癌等风险。对于焦化废水这一世界性难题，国内外学者已开展了大量基础理论与应用研究。焦化废水的常用处理方法有生物法、化学法、物理法、及这些方法的组合应用。在所有方法中，生物脱氮法具有脱氮效果明显、可操作性强、成本低且无二次污染等优点，已逐渐成为各行业废水脱氮处理的主要方式之一。
目前，污水处理厂普遍采用硝化反硝化技术进行废水的脱氮，然而由于焦化废水的C/N值低，在废水处理过程中需外加碳源(如葡萄糖、乙酸、甲醇等)、提高回流比来完成异养反硝化作用，直接造成了能耗、成本的增加，同时操作难度增加，还会有亚硝酸盐累积或COD溢出的风险。因此，开发一种新的焦化废水处理技术迫在眉睫。
发明内容
为了克服现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种焦化废水处理装置及处理方法，该装置结构新颖、绿色环保、使用方便；该处理方法不仅可以实现焦化废水氨氮的脱除，降低焦化废水的毒害作用，还可以实现焦化废水的资源化利用。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种焦化废水处理装置，包括：用于存储待处理焦化废水的储水箱、用于种栽植物的种植缸和用于对污水进行处理的吸附箱；储水箱与种植缸的污水入口连通，种植缸的污水出口与吸附箱的进水口连通；吸附箱的出水口端连接有回水管路和排水管路，出水口通过回水管路与种植缸的污水入口连通，通过排水管路排放污水；在种植缸内装填有用于栽种植物的细沙；在吸附箱内填装有吸附剂；吸附箱上还设有取样分析口。
优选地，储水箱通过管路与种植缸的污水入口连接，在该管路上依次设置第一球阀和第一蠕动泵；种植缸的污水出口通过管路与吸附箱的进水口连接，在该管路上依次设有第二球阀和第二蠕动泵。
优选地，吸附箱的出水口端还设有第三球阀和第四球阀，第三球阀安装在排水管路上，第四球阀安装在回水管路上。
优选地，在吸附箱中装填的吸附剂的高度不低于吸附箱高度的二分之一。
优选地，种植缸中的细沙深度为种植缸高度的1/3-1/2，种植缸内的水分不高出种植缸的二分之一处且不低于植物根部。
优选地，细沙上栽种有四种湿地植物，分别为芦苇、毛叶蕨、水芹和水艾；四种湿地植物采取列植，每列栽种顺序相同，每列每种植物各栽一棵，相邻两列首尾相连。
本发明还公开了采用上述的焦化废水处理装置处理焦化废水的方法，包括如下步骤：
1)储水箱中储存的焦化废水被输送至种植缸，在种植缸中停留1-2天后，在植物的作用下，焦化废水中NH4-N被植物吸收；
2)经步骤1)处理后的废水由种植缸进入吸附箱中处理30min，使废水中的硝酸根离子能够被吸附剂吸附；
3)通过对吸附箱中的水进行取样分析，检测其中氮含量，若符合排放要求，则将污水从排水管路流出；若不符合排放要求，则将水从吸附箱的出水口经回水管路引流回种植缸中再次循环处理，直至符合排放要求。
优选地，所述吸附剂采用自制吸附剂，制备方法如下：
步骤1：选择种植缸(5)中栽种的植株，烘干、粉碎，制得植物粗粉，将植物粗粉与镍锰水滑石按5：(5～8)的质量比混合，制得混合物，然后将混合物与聚乙烯醇按照1:3.5的质量比混合，制备混合液；
步骤2：将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后烘干；
步骤3：将烘干后的海绵重复步骤2的操作5～8次；
步骤4：将步骤3处理后的海绵于550±50℃焙烧2～3小时，冷却，制得吸附剂。
优选地，烘干温度为60±2℃。
优选地，种植缸中栽种的植物为芦苇、毛叶蕨、水芹和水艾，选择其中任意2棵不同种的植株制备植物粗粉。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的焦化废水处理装置，通过污水入口将存储的焦化废水送入种植缸，被种植缸中的植物吸收处理一段时间，起到初步的净化处理，之后再经过吸附箱内的吸附剂处理，大量的吸附硝酸根离子，对污水进行有效处理。通过吸附箱上的取样分析口可以实时监测其中水分的含氮量，当水中氮含量达不到要求时，污水通过回水管路流入种植缸，再次循环处理；如果达到排放要求，则通过排水管路排放污水。本装置结构新颖、设计合理、绿色环保，不仅可以实现焦化废水氨氮的脱除，降低焦化废水的毒害作用，还可以实现焦化废水的资源化利用。
进一步，本发明通过设置蠕动泵与球阀，便于灵活对焦化废水进行输送与流量调节，整个处理过程除了输送设备蠕动泵需要提供能源外，其他处理过程均不需要提供任何外加能源，节省成本。
进一步，种植缸中每一列植物按照顺序栽种，可扩大植物间的协同作用，相邻两列首尾相连，保证了植物的交错出现，避免同种植物相邻，强化了植物的优势互补，增强了氮的脱除。
本发明公开的基于上述处理装置的焦化废水处理方法，将生物方法与化学方法有机联合对焦化废水进行脱氮处理，借助植物修复技术脱除焦化废水中的NH4-N，同时也促进了植物的生长，实现了焦化废水无害化与资源化处理，在焦化废水处理过程中，没有向废水中添加任何难分离的成分，没有二次污染风险，无需任何后续处理程序。
进一步地，本发明的吸附剂可以采用市售的氨氮吸附剂，如如沸石、中砂、蛭石、贝壳、细沙和麦饭石中的一种或几种。还可以采用自制的吸附剂，本发明提供的自制吸附剂，将种植缸中收获的植物作为生物炭来源，与镍锰水滑石联合制备吸附剂，将镍锰水滑石组装在生物炭的表面，丰富了材料表面的吸附位点，可提高材料对硝酸根的去除能力。同时，焙烧水滑石具有记忆效应，还可借助水滑石材料在恢复层状结构的过程中进一步强化材料对硝酸根的吸附能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1为储水箱，2为第一球阀，3为第一蠕动泵，4为污水入口，5为种植缸，6为回水管路，7为细沙，8为污水出口，9为第二球阀，10为第二蠕动泵，11为进水口，12为吸附箱，13为出水口，14为取样分析口，15为第三球阀，16为第四球阀。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参见图1，本发明包括用于存储待处理焦化废水的储水箱1、用于种栽植物的种植缸5和用于对污水进行处理的吸附箱12；储水箱1与种植缸5的污水入口4连通，种植缸5的污水出口8与吸附箱12的进水口11连通；吸附箱12的出水口13连接回水管路6和排水管路，出水口13通过回水管路6与种植缸5的污水入口4连通，通过排水管路将污水排放；种植缸5内栽种有植物，缸体底部装有细沙7；吸附箱12内装有吸附剂，吸附箱12上设有取样分析口14。
焦化废水在第一蠕动泵3的作用下，从储水箱1进入种植缸5，废水流量大小由第一球阀2调节。种植缸5中栽种4种或更多种湿地植物，在湿地植物的作用下，焦化废水中NH4-N被植物吸收；然后焦化废水在第二蠕动泵10的作用下进入吸附箱12，流量大小由第二球阀9调节。焦化废水中硝酸根离子在吸附剂的作用下被固定在吸附剂上。通过吸附箱12上的取样分析口14取样对水质进行氮检测分析，符合要求打开第三球阀15，不达要求，则打开第四球阀16再次循环处理。
种植缸5中的细沙7深度要高于50cm，在种植缸5的1/3-1/2处为最佳；种植缸5内的废水量不得低于植物根部，同时不可高出种植缸5的二分之一处。
吸附剂在吸附箱12内铺设高度不低于吸附箱12高度的二分之一处。
种植缸5中的植物栽种方式为列植，比如种植四种植物时，每一列中要按照芦苇、毛叶蕨、水芹、水艾的顺序栽种，每列每种植物各一棵，相邻两列首尾相连。
本发明公开的焦化废水的处理方法，包括以下步骤：
1)储水箱1中储存的焦化废水被输送至种植缸5，在种植缸5中停留1-2天后，在植物的作用下，焦化废水中NH4-N被植物吸收；
2)经步骤1)处理后的废水由种植缸5进入吸附箱12中处理30min，使废水中的硝酸根离子能够被吸附剂吸附；
3)通过对吸附箱12中的水进行取样分析，检测其中氮含量，若符合排放要求，则将污水从排水管路流出；若不符合排放要求，则将水从吸附箱12的出水口13经回水管路6引流回种植缸5中再次循环处理，直至符合排放要求。
具体地，首先打开第一球阀2，启动第一蠕动泵3，焦化废水被输送至种植缸5中，焦化废水进料流量通过第一球阀2控制，废水在种植缸5中停留一段时间后(1-2天)，待废水中氨氮被充分吸收后，打开第二球阀9，启动第二蠕动泵10，废水进入吸附箱12，在吸附剂的作用下，硝酸根离子由液相分离、被吸附固定至吸附剂上，废水在吸附箱12停留30min后，在取样分析口14用仪器检测水中氮含量，氮含量符合要求即打开第三球阀15，由排水管路将污水排放，若氮含量不达要求，则打开第四球阀16，污水由回水管路6流回种植缸5，再次循环处理。
优选地，在脱氮进行中，第一球阀2、第二球阀9的开度可随时间的延长适当调小。
优选地，种植缸5中每一列植物按照芦苇、毛叶蕨、水芹、水艾的顺序栽种，可扩大植物间的协同作用，相邻两列首尾相连，保证了植物的交错出现，避免同种植物相邻，强化了植物的优势互补，增强了氮的脱除。
优选地，吸附剂可以采用市售的常规氨氮吸附剂产品，如沸石、中砂、蛭石、贝壳、细沙和麦饭石中的一种或几种。
优选地，吸附剂也可以采取自制，方法如下：
步骤1：选择种植缸5中栽种的芦苇、毛叶蕨、水芹和水艾中任意2棵(不同种)，烘干、粉碎，制得植物粗粉，将植物粗粉与镍锰水滑石(Ni3Mn-LDHs)按5：(5～8)的质量比混合，制得混合物，然后将混合物与聚乙烯醇按照1:3.5的质量比混合，制备混合液；
步骤2：将与吸附箱12内径大小相近的海绵(根据吸附箱的形状和大小进行调节)浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后于60±2℃烘干；
步骤3：将烘干后的海绵重复步骤2的操作5～8次；
步骤4：将步骤3处理后的海绵于550±50℃焙烧2～3小时，冷却，制得吸附剂。
通过上述方法将种植缸中收获的植物作为生物炭来源，将镍锰水滑石组装在生物炭的表面，丰富了材料表面的吸附位点，可提高材料对硝酸根的去除能力。同时，焙烧水滑石具有记忆效应，还可借助水滑石材料在恢复层状结构的过程中进一步强化材料对硝酸根的吸附固定。制得的吸附剂，由于生物炭和层状水滑石的作用，比表面积非常大，同时吸附剂中含有的无机阳离子可对焦化废水中的硝酸根阴离子产生强烈的作用力，实现焦化废水硝酸根的去除。
综上所述，本发明将生物方法与化学方法有机联合对焦化废水进行脱氮处理，借助植物修复技术脱除焦化废水中的NH4-N，同时也促进了植物的生长，实现了焦化废水无害化与资源化处理。
本发明制备的吸附剂，借助生物炭/镍锰水滑石特有的表面结构与性能，可大量的吸附硝酸根离子，达到了焦化废水硝酸根离子的去除，整个处理过程除了输送设备蠕动泵需要提供能源外，其他处理过程均不需要提供任何外加能源；同时在焦化废水处理过程中，没有向废水中添加任何难分离的成分，没有二次污染风险，无需任何后续处理程序；并且本装置还实现了环境的绿化。
本发明不仅可以实现焦化废水氨氮的脱除，降低焦化废水的毒害作用，还可以实现焦化废水的资源化利用，收获的植物作为生物炭来源可用于吸附剂的制备、又可作为生物质应用于能源转化上。本发明装置结构新颖、绿色环保、使用方便、效率高、经济效益显著。

Claims (10)

1.一种焦化废水处理装置，其特征在于，包括：用于存储待处理焦化废水的储水箱(1)、用于种栽植物的种植缸(5)和用于对污水进行处理的吸附箱(12)；储水箱(1)与种植缸(5)的污水入口(4)连通，种植缸(5)的污水出口(8)与吸附箱(12)的进水口(11)连通；
吸附箱(12)的出水口(13)端连接有回水管路(6)和排水管路，出水口(13)通过回水管路(6)与种植缸(5)的污水入口(4)连通，通过排水管路排放污水；
在种植缸(5)内装填有用于栽种植物的细沙(7)；在吸附箱(12)内填装有吸附剂；吸附箱(12)上还设有取样分析口(14)。
2.根据权利要求1所述的焦化废水处理装置，其特征在于，储水箱(1)通过管路与种植缸(5)的污水入口(4)连接，在该管路上依次设置第一球阀(2)和第一蠕动泵(3)；种植缸(5)的污水出口(8)通过管路与吸附箱(12)的进水口(11)连接，在该管路上依次设有第二球阀(9)和第二蠕动泵(10)。
3.根据权利要求1所述的焦化废水处理装置，其特征在于，吸附箱(12)的出水口(13)端还设有第三球阀(15)和第四球阀(16)，第三球阀(15)安装在排水管路上，第四球阀(16)安装在回水管路(6)上。
4.根据权利要求1所述的焦化废水处理装置，其特征在于，在吸附箱(12)中装填的吸附剂的高度不低于吸附箱(12)高度的二分之一。
5.根据权利要求1所述的焦化废水处理装置，其特征在于，种植缸(5)中的细沙(7)深度为种植缸(5)高度的1/3-1/2，种植缸(5)内的水分不高出种植缸(5)的二分之一处且不低于植物根部。
6.根据权利要求1所述的焦化废水处理装置，其特征在于，细沙(7)上栽种有四种湿地植物，分别为芦苇、毛叶蕨、水芹和水艾；四种湿地植物采取列植，每列栽种顺序相同，每列每种植物各栽一棵，相邻两列首尾相连。
7.采用权利要求1～6中任意一项所述的焦化废水处理装置处理焦化废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)储水箱(1)中储存的焦化废水被输送至种植缸(5)，在种植缸(5)中停留1-2天后，在植物的作用下，焦化废水中NH4-N被植物吸收；
2)经步骤1)处理后的废水由种植缸(5)进入吸附箱(12)中处理30min，使废水中的硝酸根离子能够被吸附剂吸附；
3)通过对吸附箱(12)中的水进行取样分析，检测其中氮含量，若符合排放要求，则将污水从排水管路流出；若不符合排放要求，则将水从吸附箱(12)的出水口(13)经回水管路(6)引流回种植缸(5)中再次循环处理，直至符合排放要求。
8.根据权利要求7所述的处理焦化废水的方法，其特征在于，所述吸附剂采用自制吸附剂，制备方法如下：
步骤1：选择种植缸(5)中栽种的植株，烘干、粉碎，制得植物粗粉，将植物粗粉与镍锰水滑石按5：(5～8)的质量比混合，制得混合物，然后将混合物与聚乙烯醇按照1:3.5的质量比混合，制备混合液；
步骤2：将海绵浸泡于混合液中，待海绵饱和后取出海绵，然后烘干；
步骤3：将烘干后的海绵重复步骤2的操作5～8次；
步骤4：将步骤3处理后的海绵于550±50℃焙烧2～3小时，冷却，制得吸附剂。
9.根据权利要求7所述的处理焦化废水的方法，其特征在于，烘干温度为60±2℃。
10.根据权利要求9所述的焦化废水处理方法，其特征在于，步骤1中，种植缸(5)中栽种的植物为芦苇、毛叶蕨、水芹和水艾，选择其中任意2棵不同种的植株制备植物粗粉。
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