CN110563070A - 生物焦制备及使用方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于生物焦处理污水领域，具体涉及一种生物焦制备及使用方法和装置，制备方法包括1)水分干燥阶段：将原料在150℃以下进行水分干燥；2)热解干燥阶段：将步骤1)得到的干燥产物在150‑300℃条件下进行热解干燥；3)碳化干燥阶段：将步骤2)得到的干燥产物在300‑600℃条件下进行碳化干燥，得到所需生物焦。本发明的生物焦连续吸附再生方法可以利用生物焦吸附污水中难降解COD，之后对生物焦进行再生，生物焦可连续吸附/再生12次左右，实验表明再生焦的主要技术指标及COD实际吸附效果与原生物焦基本相当。
Description
技术领域
本发明属于生物焦处理污水领域，具体涉及一种生物焦制备及使用方法和装置。
背景技术
随着我国经济飞速发展，大量产业蓬勃而生，环境污染日益严重，国家对环境保护问题高度重视，各地纷纷出台了更新更高的环保排放标准。
传统生化处理方法已经不能应对环保的新要求，特别是工业园区污水处理厂以及含有工业废水的城市污水厂尾水，经生化处理后，水中残留的污染因子主要为难降解的杂环类、多键、多碳等有机化合物。这类污染物的化学和生物稳定性较高，目前多使用的如“臭氧氧化法”“fenton氧化法”“活性炭吸附法”等等，这些新工艺往往在实验阶段效果良好，可在实际工程应用却存在着或多或少的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生物焦连续吸附再生装置。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
一种生物焦的制备方法，包括下述步骤：
1)水分干燥阶段：将活性炭原料在150℃以下进行水分干燥；
2)热解干燥阶段：将步骤1)得到的干燥产物在150-300℃条件下进行热解干燥；
3)碳化干燥阶段：将步骤2)得到的干燥产物在300-600℃条件下进行碳化干燥，得到所需生物焦。
所述的生物焦的粒径为3-5mm；孔容为0.4-0.5mg/g，比表面积为650m2/g，碘值为800-900mg/g，亚甲基蓝为120-130mg/g，堆积密度为0.4-0.45吨/m3。
一种所述的制备方法得到的生物焦的使用方法，将所述的生物焦与混合菌种联合使用；所述的混合菌种包括下述组分：蜡状芽孢杆菌S641X 10％、生枝动胶菌Y11-07 25％、低氧氨化细菌PTC1 20％、硝化细菌BX5 25％、耐低温脱氮细菌HR302 10％、以及反硝化细菌LDP05 10％。
一种生物焦的再生方法，将含水量小于20％的吸附污水后的生物焦进行再生活化，进料通过不同温度区逐步升温加热，直到600—720℃再生区间开始再生。
一种生物焦的使用装置，包括吸附单元以及活化再生单元以及循环单元；
所述的吸附单元包括多个相互串联或者并联的吸附塔单元；所述的吸附塔单元包括支座以及设置在所述的支座上的吸附塔；所述的吸附塔包括设置在塔顶的上焦口、设置在侧塔顶侧端的出水口、设置在塔底的排焦口、设置在所述的塔底一侧端的入水口以及设置在所述的塔底另一侧端的排水口；
所述的活化再生单元包括相互连通的热风干燥炉以及再生单元；所述的再生单元包括底座以及设置在所述的底座上的再生炉；所述的再生炉包括炉体、用以驱动炉体的动力单元、设置在所述的炉体一侧的进料口以及设置在所述的炉体另一侧的出料口；所述的底座底部设置有支撑架；
所述的循环单元包括水循环单元以及再生焦循环单元；所述的水循环单元包括储水池；所述的储水池的入口与吸收塔的排水口连通，出口与水焦混合储罐的入口连通；
所述的再生焦循环单元包括再生活化罐；所述的再生活化罐的入焦口和出焦口分别与所述的再生炉的出料口以及水焦混合储罐连通；所述的吸附塔的排焦口与所述的热风干燥炉的进料口连通。
一种使用所述的装置的方法，包括下述步骤：
1)吸附：将生物焦与净水形成水焦混合物加入到吸附塔中，通过排水口将净水排出调整吸附塔中的生物焦的填充量在70-80％，加入混合菌种进行生物活化；
2)净化污水，将排水口以及上焦口、排焦口关闭后进行污水净化，污水从进水口进入，经过生物焦吸附后在出水口流出；
3)多次吸附后，吸附塔底部的生物焦饱和，打开排焦口进行排焦，每次排焦0.5-1m。
4)排出的废焦经过热风干燥炉将水分减少到20％以下，之后进入再生炉再生，再生炉为分步控温干燥；
5)再生后的生物焦与储水池的水混合后进行水焦混合物重复利用。
所述的支撑架为液压支撑架；所述的液压支撑架能够调整所述的再生炉的倾斜度；所述的倾斜度为0-3°。
所述的炉体采用电加热。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明生物焦的制备过程中，首先利用物料在低温条件下的干馏过程，在该过程中，物料在一定的低温范围内和隔绝空气的条件下逐步升温加热，物料中的低分子物质首先挥发，在150摄氏度以下，原料外在水分和内在水分依靠外部供给的热量进行蒸发，此时原料的外形无变化。之后进行脱气干燥，在150-300摄氏度，原料开始发生分解反应释放出气态产物(如CO、CO2、H2S等)，原料的化学组成开始发生变化，不同的物料开始发生变化，不同的物料开始热解温度也较低。最后在碳化过程中，在300-600摄氏度，以缩聚和热分解反应为主，原料大量析出挥发分，碳化过程析出焦油、甲醇、乙烯等产物几乎全部均在此阶段产生。在此阶段物料逐步软化、熔融，形成气液固三相共存的胶质体，再经流动、缩聚、固化等过程转变为半焦，针状半焦或块状半焦。由于物料在高温分解时会将氧氢等非炭物质排出，失去氢氧后的碳原子进行重新排列，形成具基本石墨微晶结构的有序物，这种结晶物由六角形排列的碳原子平面组成，它们的排列是不规则的，因此形成了微晶之间的空隙，这些空隙便是碳化料的初始空隙。因此，碳化的目的就是使物料形成容易活化的二次孔隙结构并赋予能经受活化所需要的机械强度。对物料碳化的要求是通过加热碳化所得的。
生物焦调试期间，投加的特效菌种培养，保证了对NH3-N和TN很好的去除作用，NH3-N去除率30％-80％，TN去除率10％-40％。
经本工艺处理后，CODcr可达到地表类IV水和类III水标准，CODcr可降到20-30mg/L，处理效率高达85％。
本发明的生物焦连续吸附再生装置可以适用于各种处理规模，可进行模块化组合设计，例如多组的串联或者并联。污水下进上出，吸附行程长，蠕动床工艺设计，生物焦具有充分的饱和吸附时间，抗冲击能力强，出水稳定；再生单元首先利用热风干燥炉，将吸收塔排出的生物焦进行干燥至含税率在20％附近，之后进入再生单元进行再生，再生单元中利用再生炉对生物焦在进行加热再生区间活化，生物焦内的孔隙将会重新打开，提高再生焦的吸附率并且减少再生时间，再生后的生物焦重新加入吸附塔中进行吸附，通常使用量能够达到
本工艺不投加任何化学药剂(酸、碱、硫酸亚铁等化学药剂)，不增加水中盐分，为后续中水回用创造有利条件，处理过程中无污泥产生；
本工艺相较于“臭氧催化氧化”、“芬顿法”，投资成本低，运营成本低；
本技术依靠高品质、低价格的生物焦产品，通过吸附对污染物进行浓缩，再生实际是对浓缩物的集中处理，实现对污染物进行彻底的消除，且使得整体处理成本降低。
附图说明
图1为本发明生物焦再生装置的整体结构示意图；
图2为本发明吸附塔的结构示意图；
图3为本发明活化再生单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和最佳实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1-3示出一种生物焦连续吸附再生装置,包括吸附单元以及活化再生单元以及循环单元；
所述的吸附单元包括多个相互串联或者并联的吸附塔单元；所述的吸附塔单元包括支座以及设置在所述的支座上的吸附塔3；所述的吸附塔包括设置在塔顶的上焦口31、设置在侧塔顶侧端的出水口32、设置在塔底的排焦口34、设置在所述的塔底一侧端的入水口35以及设置在所述的塔底另一侧端的排水口33；
所述的活化再生单元包括相互连通的热风干燥炉1以及再生单元2；所述的再生单元包括底座21以及设置在所述的底座上的再生炉；所述的再生炉包括炉体22、用以驱动炉体的动力单元23、设置在所述的炉体一侧的进料口24以及设置在所述的炉体另一侧的出料口25；所述的底座底部设置有支撑架26；所述的支撑架为液压支撑架；所述的液压支撑架能够调整所述的再生炉的倾斜度；所述的倾斜度为0-3°。所述的炉体采用电加热。所述的炉体表面设置有温度传感器，所述的温度传感器与控制器相连，控制器控制所述的炉体的温度对生物焦进行再生。
所述的循环单元包括水循环单元以及再生焦循环单元；所述的水循环单元包括储水池13；所述的储水池的入口与吸收塔的排水口连通，出口与水焦混合储罐连通；使用时，吸附塔在上焦过程中排出的净水可以储存在储水池中，用以稀释生物焦得到水焦混合物，达到净水的循环利用，同时，水焦混合罐在调节生物焦的浓度时，净水也会排出到储水池中，实现循环利用；
所述的再生焦循环单元包括再生活化罐6；所述的再生活化罐与所述的活化再生单元的出料口以及水焦混合储罐4连通；所述的吸附塔的排焦口34与所述的热风干燥炉的进料口连通。所述的再生活化罐设置有冷水入口以及冷水出口；所述的冷水入口以及冷水出口分别与储水池连通，利用循环水对生物焦进行活化。
其中，生物焦的制备方法，包括下述步骤：
1)水分干燥阶段：将活性炭原料在150℃以下进行水分干燥；
2)热解干燥阶段：将步骤1)得到的干燥产物在150-300℃条件下进行热解干燥；
3)碳化干燥阶段：将步骤2)得到的干燥产物在300-600℃条件下进行碳化干燥，得到所需生物焦。
得到的所述的生物焦的粒径为3-5mm；孔容为0.4-0.5mg/g，比表面积为650m2/g，碘值为800-900mg/g，亚甲基蓝为120-130mg/g，堆积密度为0.4-0.45吨/m3。
本发明的使用过程为：吸附过程，使用时，生物焦水混合物从上焦口31进入到吸附塔，此时打开塔底的排水口33，使生物焦水混合物中的水从排水口排空至储水池13中，吸附塔含有足够量的生物焦，并加入混合菌种，蜡状芽孢杆菌S641X 10％、生枝动胶菌Y11-0725％、低氧氨化细菌PTC1 20％、硝化细菌BX525％、耐低温脱氮细菌HR302 10％、以及反硝化细菌LDP05 10％。混合菌种能够在污水中进行繁殖，因此其加入量可以视情况而定。
此时，关闭排水口33以及上焦口31，打开塔底与污水池连接的入水口35，并打开塔顶的出水口32，经过生物焦吸附的净水从出水口32流出。吸附完成后的生物焦从拍焦口排出，每次排出0.5-1米，可以保障混合菌种的再生，而不需要在吸附过程中继续添加。塔底的排焦口4排出的废焦储存进入到热风干燥炉1中进行初步的热风干燥，使生物焦内的水分小于等于20％；经过热风干燥后的生物焦进入到再生单元中，通过动力单元却动炉体旋转，并对炉体进行加热，使生物焦在0-400℃干燥，400-600℃干燥以及600-720℃干燥进行再生，再生后的生物焦进入室温水环境中，水分被蒸发为水蒸气，利用水蒸气对生物焦进行扩孔活化。水蒸气能快速清除生物焦孔隙内残留的碳化物，生物焦内的孔隙将会重新打开，提高再生焦的吸附率并且减少再生时间。
储水池内的水用稀释生物焦储罐中的活化后的生物焦形成水焦混合物后储存到水焦混合物储罐4中，之后提升水泵5进行管路上料，使水焦混合物进从吸附塔的上焦口进入到吸附塔中；同时可以通过水焦混合物储罐的设置的排液口进行排水从而对水焦混合储罐内生物焦的浓度调整；排出的水重新回到储液池13中循环利用。
本发明操作简单、自动化程度高：从工程的设计、配套、安装、调试、维护等方面提供了极大的可行性、可靠性和灵活性。根据废水水量、水质，灵活配置相应废水处理吸附塔的数量，以及再生装置处理量，净化处理有效率高。生物焦吸附塔适用于各种处理规模，可进行模块化组合设计，实现机械化、自动化运行，操作简便，使用寿命长，占地面积小。同时，循环使用、成本较低：生物焦可再生12次左右，实现了多次循环使用，效率高，运行成本低；本工艺相较于“臭氧催化氧化”、“芬顿法”，投资成本低，运营成本低；本技术依靠高品质、低价格的生物焦产品，通过吸附对污染物进行浓缩，再生实际是对浓缩物的集中处理，实现对污染物进行彻底的消除，且使得整体处理成本降低。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种生物焦的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)水分干燥阶段：将活性炭原料在150℃以下进行水分干燥；
2)热解干燥阶段：将步骤1)得到的干燥产物在150-300℃条件下进行热解干燥；
3)碳化干燥阶段：将步骤2)得到的干燥产物在300-600℃条件下进行碳化干燥，得到所需生物焦。
2.根据权利要求1所述的生物焦的制备方法，其特征在于，所述的生物焦的粒径为3-5mm；孔容为0.4-0.5mg/g，比表面积为650m2/g，碘值为800-900mg/g，亚甲基蓝为120-130mg/g，堆积密度为0.4-0.45吨/m3。
3.一种权利要求1所述的制备方法得到的生物焦的使用方法，其特征在于，将所述的生物焦与混合菌种联合使用；所述的混合菌种包括下述组分：蜡状芽孢杆菌S641X 10％、生枝动胶菌Y11-07 25％、低氧氨化细菌PTC1 20％、硝化细菌BX5 25％、耐低温脱氮细菌HR30210％、以及反硝化细菌LDP05 10％。
4.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的生物焦的再生方法，其特征在于，将含水量小于20％的吸附污水后的生物焦进行再生活化，再生活化包括三步干燥，0-400℃干燥，400-600℃干燥以及600-720℃干燥。
5.一种生物焦的使用装置，其特征在于，包括吸附单元以及活化再生单元以及循环单元；
所述的吸附单元包括多个相互串联或者并联的吸附塔单元；所述的吸附塔单元包括支座以及设置在所述的支座上的吸附塔；所述的吸附塔包括设置在塔顶的上焦口、设置在侧塔顶侧端的出水口、设置在塔底的排焦口、设置在所述的塔底一侧端的入水口以及设置在所述的塔底另一侧端的排水口；
所述的活化再生单元包括相互连通的热风干燥炉以及再生单元；所述的再生单元包括底座以及设置在所述的底座上的再生炉；所述的再生炉包括炉体、用以驱动炉体的动力单元、设置在所述的炉体一侧的进料口以及设置在所述的炉体另一侧的出料口；所述的底座底部设置有支撑架；
所述的循环单元包括水循环单元以及再生焦循环单元；所述的水循环单元包括储水池；所述的储水池的入口与吸收塔的排水口连通，出口与水焦混合储罐的入口连通；
所述的再生焦循环单元包括再生活化罐；所述的再生活化罐的入焦口和出焦口分别与所述的再生炉的出料口以及水焦混合储罐连通；所述的吸附塔的排焦口与所述的热风干燥炉的进料口连通。
6.一种使用权利要求5所述的装置的方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)吸附：将生物焦与净水形成水焦混合物加入到吸附塔中，通过排水口将净水排出调整吸附塔中的生物焦的填充量在70-80％，加入混合菌种进行生物活化；
2)净化污水，将排水口以及上焦口、排焦口关闭后进行污水净化，污水从进水口进入，经过生物焦吸附后在出水口流出；
3)多次吸附后，吸附塔底部的生物焦饱和，打开排焦口进行排焦，每次排焦0.5-1m。
4)排出的废焦经过热风干燥炉将水分减少到20％以下，之后进入再生炉再生，再生炉温度方式为PID智能仪表、电动执行器自动控温、七区控温；
5)再生后的生物焦与储水池的水混合后进行水焦混合物重复利用。
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