CN112897778B - 一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，包括潜污泵、吸附反应器、磁选分离器和炭罐等结构单元，含氯的脱硫废水经过与磁性生物炭的混合反应、磁选分离，可有效去除脱硫废水中的氯离子，使用过的磁性生物炭经过再生步骤可实现循环利用。利用磁性生物炭吸附脱氯，吸附剂对氯离子的高吸附量降低了投资和运行成本，同时提高了资源利用率；具备磁性的生物炭吸附剂通过磁选分离机实现了粉状吸附剂与废水的分离，降低了整体工艺的运行难度和成本，同时提高了处理效率；炭吸附剂的再生以及新炭和再生炭的梯级利用进一步降低了工艺成本，实现了整体吸附脱氯工艺的优化。

Description

一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置。
背景技术
在燃煤电厂中，湿法脱硫技术由于其脱硫效率高、技术成熟等优点，已成为我国目前电厂烟气脱硫的主要工艺。由于烟气中的氯离子的溶解以及石膏浆液的高含水率，湿法脱硫工艺会产生大量含高浓度氯离子的脱硫废水，进而造成管道腐蚀以及脱硫效率的降低。
针对含有高浓度氯离子的脱硫废水，目前主要采用的处理工艺为蒸发结晶和烟道蒸发。两种方式均是利用蒸发的方式实现脱硫废水中氯离子的脱除。其中，蒸发结晶工艺包括进行三联箱工艺和软化浓缩的预处理，并进一步蒸发结晶得到结晶盐而实现氯离子的脱除。但是该工艺包含膜浓缩、蒸发结晶等单元，设备投资、维护费用以及耗能较高，且产生的结晶盐大多为废盐，仅能作为固废危废进行处理，导致整个工艺成本较高。烟道蒸发工艺则利用烟气余热将简单预处理后雾化喷入烟道的含氯脱硫废水充分蒸发，实现了脱硫废水零排放以及处理成本的大幅降低。但该工艺会造成除尘器局部积泥、烟气排放温度过低以及脱硫废水不完全蒸发造成的腐蚀，从而造成诸多安全隐患。
综上所述，虽然目前主要的蒸发结晶和烟道蒸发工艺能够实现脱硫废水的高浓度氯离子的完全脱除，但低成本、低投入以及工艺操作简单的脱硫废水脱氯工艺是目前迫切需要的。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种低成本、工艺操作简单、具备较高氯离子吸附容量的磁性生物炭脱硫废水高效脱氯与工艺产水回用的装置。
为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：
一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：包括潜污泵、一级吸附反应器、一级磁选分离器和第一炭罐，所述第一炭罐内盛装有磁性生物炭，第一炭罐与所述一级吸附反应器的炭入口连通，所述潜污泵的出水口与一级吸附反应器的废水入口连通，一级吸附反应器的出口与一级磁选分离器的处理水入口连通，在一级磁选分离器上还设有处理水出口和排炭口，内部设有磁辊、挡流板、刮炭板和水位控制板，所述挡流板靠近所述处理水入口，所述刮炭板的一端抵靠在所述磁辊上，另一端延伸到所述排炭口，所述水位控制板靠近所述处理水出口。
进一步的，还包括与所述一级吸附反应器、一级磁选分离器和第一炭罐结构相同的二级吸附反应器、二级磁选分离器和第二炭罐，所述第二炭罐内盛装有回收再生的磁性生物炭，第二炭罐和一级磁选分离器的处理水出口分别连通所述二级吸附反应器的入口，二级吸附反应器的废水出口连通二级磁选分离器处理水入口。
进一步的，还包括炭再生反应器、储药罐和再生磁选分离器，所述储药罐可以通过药液泵将储药罐内盛装的再生药液泵入炭再生反应器中，所述一级磁选分离器和二级磁选分离器的排炭口连通炭再生反应器，炭再生反应器的出口与再生磁选分离器入口连通，再生磁选分离器的排炭口连通所述第二炭罐。
进一步的，所述一级吸附反应器、二级吸附反应器和炭再生反应器内均设置有搅拌器。
进一步的，所述一级吸附反应器和二级吸附反应器的底部设置有排泥口。
进一步的，所述再生药液为氢氧化钠溶液。
进一步的，所述磁性生物炭通过以下步骤制备，包括：
步骤1：将硝酸镧、硝酸铁按照一定的配比溶于去离子水中配制成二元金属改性溶液；
步骤2：将破碎过筛烘干后的松木原料按照一定固液比投入到所述步骤1中配制好的二元金属改性溶液中，并进行搅拌，得到生物质改性溶液的均匀混合物；
步骤3：将所述步骤2中得到的混合物过滤得到充分浸渍的生物质原料，放入烘箱中完全干燥；
步骤4：将所述步骤3充分干燥后得到的生物质原料置于管式炉内，通入惰性气体，升温后保持恒温进行高温炭化，再自然冷却至室温，得到负载金属镧、铁的磁性生物炭。
进一步的，所述步骤1中制备的二元金属改性溶液中，硝酸铁浓度为0.05～0.08mol/L，硝酸镧浓度为0.05～0.2mol/L。
进一步的，所述步骤2中，松木原料和二元金属改性溶液的固液比为7g:105mL，搅拌浸渍时长为18～36h。
进一步的，所述步骤4中的高温炭化温度为600～900℃，时长为2h，升温速率为5～10℃ /min，惰性气体吹扫速率为50～220mL/min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、整套装置利用生物炭制成的吸附剂吸附脱硫废水中的氯，仅包括混合搅拌和分离等步骤，工艺操作简单，设备投资、维护费用降低，能耗大幅下降。2、采用通过简单的浸渍与热解炭化方式得到的负载金属镧和铁的生物炭作为吸附剂，该生物炭在具备较高氯离子吸附容量的同时具有磁性，易于与废水分离，吸附处理完全后的废水可以实现回用，解决了粉状吸附剂的回收难题，非常契合粉状炭吸附剂在脱硫废水处理中的应用，创新了生物质高值化利用方式。3、设置的多级吸附与分离装置优化了整体工艺环节，提高了废水中氯离子的脱除率，同时也提高了生物炭的循环利用率，降低了成本，避免了生物炭的浪费。4、设置的炭再生反应器等设备可以通过将使用过的磁性生物炭与再生药液混合反应，脱除吸附下来的氯离子，实现了磁性生物炭的再生循环利用。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为一级磁选分离器的结构示意图；
其中：1-潜污泵；2-一级吸附反应器；3-一级磁选分离器；4-第一炭罐；5-二级吸附反应器；6-二级磁选分离器；7-第二炭罐；8-炭再生反应器；9-储药罐；10-再生磁选分离器；11- 药液泵；12-搅拌器；13-排泥口；31-处理水入口；32-处理水出口；33-排炭口；34-磁辊；35- 挡流板；36-刮炭板；37-水位控制板；61-二级磁选分离器处理水入口；63-二级磁选分离器排炭口；101-再生磁选分离器入口；103-再生磁选分离器排炭口。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，包括潜污泵1、一级吸附反应器2、一级磁选分离器3和第一炭罐4，第一炭罐4内盛装有磁性生物炭，第一炭罐4与一级吸附反应器 2的炭入口连通，潜污泵1的出水口与一级吸附反应器2的废水入口连通，一级吸附反应器2 的出口与一级磁选分离器3的处理水入口31连通，在一级磁选分离器3上还设有处理水出口 32和排炭口33，内部设有磁辊34、挡流板35、刮炭板36和水位控制板37，挡流板35靠近处理水入口31，刮炭板36的一端抵靠在磁辊34上，另一端延伸到排炭口33，水位控制板37靠近处理水出口32。
作为本发明的具体实施例，优选的，还包括与一级吸附反应器2、一级磁选分离器3和第一炭罐4结构相同的二级吸附反应器5、二级磁选分离器6和第二炭罐7，以及炭再生反应器 8、储药罐9和再生磁选分离器10，第二炭罐7内盛装有回收再生的磁性生物炭，第二炭罐7 和一级磁选分离器3的处理水出口32分别连通二级吸附反应器5的入口，二级吸附反应器5 的废水出口连通二级磁选分离器处理水入口61；储药罐9可以通过药液泵11将储药罐9内盛装的氢氧化钠溶液泵入炭再生反应器8中，一级磁选分离器3和二级磁选分离器6的排炭口连通炭再生反应器8，炭再生反应器8的出口与再生磁选分离器入口101连通，再生磁选分离器排炭口103连通第二炭罐7；一级吸附反应器2、二级吸附反应器5和炭再生反应器8内均设置有搅拌器12；一级吸附反应器2和二级吸附反应器5的底部设置有排泥口13。
其中，炭罐中盛装的磁性生物炭可以通过以下方法之一制备得到。
方法一：称取六水合硝酸镧、九水合硝酸铁溶于同一去离子水中配制成硝酸铁浓度为 0.07mol/L、硝酸镧浓度为0.09mol/L的二元金属改性溶液；将破碎过筛烘干后的干燥60～80目松木颗粒粉末按照固液比7g:105mL的比例投入到上述的二元金属改性溶液中，以800r/min的速率进行搅拌24h，得到生物质改性溶液的均匀混合物；将得到的均匀混合物过滤得到充分浸渍的生物质原料，放入105℃烘箱中完全干燥18h；将充分干燥后得到的生物质原料置于管式炉内，通入氮气，气速调至220mL/min，以10℃/min升温速率使管式炉升温至800℃，恒温 2h后自然冷却至室温，取出炭化产物置于研钵中研磨至粉末状，过筛得到粒径为80～120目的负载金属镧、铁的磁性生物炭。
方法二：称取六水合硝酸镧、九水合硝酸铁溶于同一去离子水中配制成硝酸铁浓度为 0.05mol/L、硝酸镧浓度为0.05mol/L的二元金属改性溶液；将破碎过筛烘干后的干燥60～80目松木颗粒粉末按照固液比7g:105mL的比例投入到上述的二元金属改性溶液中，以800r/min的速率进行搅拌18h，得到生物质改性溶液的均匀混合物；将得到的均匀混合物过滤得到充分浸渍的生物质原料，放入105℃烘箱中完全干燥16h；将充分干燥后得到的生物质原料置于管式炉内，通入氮气，气速调至50mL/min，以5℃/min升温速率使管式炉升温至600℃，恒温2h 后自然冷却至室温，取出炭化产物置于研钵中研磨至粉末状，过筛得到粒径为80～120目的负载金属镧、铁的磁性生物炭。
方法三：称取六水合硝酸镧、九水合硝酸铁溶于同一去离子水中配制成硝酸铁浓度为 0.08mol/L、硝酸镧浓度为0.2mol/L的二元金属改性溶液；将破碎过筛烘干后的干燥60～80目松木颗粒粉末按照固液比7g:105mL的比例投入到上述的二元金属改性溶液中，以800r/min的速率进行搅拌36h，得到生物质改性溶液的均匀混合物；将得到的均匀混合物过滤得到充分浸渍的生物质原料，放入105℃烘箱中完全干燥22h；将充分干燥后得到的生物质原料置于管式炉内，通入氮气，气速调至220mL/min，以10℃/min升温速率使管式炉升温至900℃，恒温 2h后自然冷却至室温，取出炭化产物置于研钵中研磨至粉末状，过筛得到粒径为80～120目的负载金属镧、铁的磁性生物炭。
本发明工作过程及原理如下：将通过上述步骤制得的磁性生物炭装入第一炭罐中，回收再生的磁性生物炭装入第二炭罐中，两个炭罐分别向一级吸附反应器和二级吸附反应器中输送磁性生物炭，脱硫废水则经过三联箱预处理后通过潜污泵输送进一级吸附反应器中，在搅拌器的的搅拌作用下，脱硫废水与磁性生物炭充分混合反应，磁性生物炭将脱硫废水中的氯离子吸附下来；然后磁性生物炭和脱硫废水的混合物从处理水入口进入到一级磁选分离器中，混合物中的磁性生物炭由于磁力被吸引到磁辊上，同时磁辊做顺时针运动，刮炭板沿着磁辊表面将磁性生物炭刮下，被刮下来的磁性生物炭从排炭口落入到再生反应器中，而脱硫废水则从处理水出口流入到二级吸附反应器中，同回收再生的磁性生物炭充分混合，进一步的降低脱硫废水中的氯离子浓度，从二级吸附反应器中排出的混合物进入到二级磁选分离器中，混合物经过与一级磁选分离器内相同的分离过程后，脱硫废水进行回用，磁性生物炭则进入到再生反应器中；储药罐中的氢氧化钠溶液通过药液泵泵入再生反应器中，在再生反应器中，已吸附氯离子的磁性生物炭和氢氧化钠溶液充分混合反应后被输送到再生磁选分离器中进行分离，其中再生的磁性生物炭经过干燥后重新输送到第二炭罐中储存，药液则作为废液处理。打开排泥口，可以用于清理吸附反应器内的沉积物。
上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：包括潜污泵(1)、一级吸附反应器(2)、一级磁选分离器(3)和第一炭罐(4)，所述第一炭罐(4)内盛装有磁性生物炭，第一炭罐(4)与所述一级吸附反应器(2)的炭入口连通，所述潜污泵(1)的出水口与一级吸附反应器(2)的废水入口连通，一级吸附反应器(2)的出口与一级磁选分离器(3)的处理水入口(31)连通，在一级磁选分离器(3)上还设有处理水出口(32)和排炭口(33)，内部设有磁辊(34)、挡流板(35)、刮炭板(36)和水位控制板(37)，所述挡流板(35)靠近所述处理水入口(31)，所述刮炭板(36)的一端抵靠在所述磁辊(34)上，另一端延伸到所述排炭口(33)，所述水位控制板(37)靠近所述处理水出口(32)；
所述磁性生物炭通过以下步骤制备，包括：
步骤1：将硝酸镧、硝酸铁按照一定的配比溶于去离子水中配制成二元金属改性溶液，所述二元金属改性溶液中，硝酸铁浓度为0.05～0.08mol/L，硝酸镧浓度为0.05～0.2mol/L；
步骤2：将破碎过筛烘干后的松木原料按照一定固液比投入到所述步骤1中配制好的二元金属改性溶液中，并进行搅拌，得到生物质改性溶液的均匀混合物，所述松木原料和二元金属改性溶液的固液比为7g:105mL，搅拌浸渍时长为18～36h；
步骤3：将所述步骤2中得到的混合物过滤得到充分浸渍的生物质原料，放入烘箱中完全干燥；
步骤4：将所述步骤3充分干燥后得到的生物质原料置于管式炉内，通入惰性气体，升温后保持恒温进行高温炭化，再自然冷却至室温，得到负载金属镧、铁的磁性生物炭，高温炭化温度为600～900℃，时长为2h，升温速率为5～10℃/min，惰性气体吹扫速率为50～220mL/min。
2.根据权利要求1所述一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：还包括与所述一级吸附反应器(2)、一级磁选分离器(3)和第一炭罐(4)结构相同的二级吸附反应器(5)、二级磁选分离器(6)和第二炭罐(7)，所述第二炭罐(7)内盛装有回收再生的磁性生物炭，第二炭罐(7)和一级磁选分离器(3)的处理水出口(32)分别连通所述二级吸附反应器(5)的入口，二级吸附反应器(5)的废水出口连通二级磁选分离器处理水入口(61)。
3.根据权利要求2所述一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：还包括炭再生反应器(8)、储药罐(9)和再生磁选分离器(10)，所述储药罐(9)能够通过药液泵(11)将储药罐(9)内盛装的再生药液泵入炭再生反应器(8)中，所述一级磁选分离器排炭口(33)和二级磁选分离器排炭口(63)连通炭再生反应器(8)，炭再生反应器(8) 的出口与再生磁选分离器入口(101)连通，再生磁选分离器排炭口(103)连通所述第二炭罐(7)。
4.根据权利要求3所述一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：所述一级吸附反应器(2)、二级吸附反应器(5)和炭再生反应器(8)内均设置有搅拌器(12)。
5.根据权利要求4所述一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：所述一级吸附反应器(2)和二级吸附反应器(5)的底部设置有排泥口(13)。
6.根据权利要求5所述一种用于脱硫废水脱氯的磁性生物炭反应装置，其特征在于：所述再生药液为氢氧化钠溶液。
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