CN114573199B - 一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法 - Google Patents

一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法。系统包括混泥室、气混塔、水洗塔、铁泥离心机、铁泥干燥装置，气混塔的底部设置鼓泡式反应器，气混塔的内部、鼓泡式反应器的上方设置铁泥入口，混泥室设置铁泥进口和水进口，气混塔的铁泥出口与水洗塔连接，水洗塔的铁泥出口铁泥离心机连接，铁泥离心机的铁泥出口与铁泥干燥装置连接。二氧化碳与水反应生成的碳酸对芬顿铁泥进行脱碱处理，实现了工业废气与工业固废的协同处理。此外采用污水处理厂产生的中水作为系统的水源，有利于节省整体运行成本。

Description

一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法
技术领域
本发明属于铁泥处置及碳捕集技术领域，具体涉及一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
芬顿氧化工艺是一种环保高效的污水处理技术，因其成本低、效果好、反应易得，环境友好等优点，而被广泛应用于工业、农业及生活废水的处理。但芬顿氧化工艺处理废水后会产生大量的含铁铁泥(芬顿铁泥)，芬顿铁泥中含有大量的铁、钴、镍、锰等重金属元素以及难降解有机物，对环境及人体健康具有严重危害。目前芬顿铁泥的处置方法主要以焚烧后填埋为主，但填埋处理不仅会占据大量的土地资源，而且无法消除重金属迁移的风险。此外芬顿铁泥中含有大量的铁元素，具有很高的资源回收价值，焚烧后填埋不仅成本较高且造成了大量的资源浪费。芬顿铁泥中含有大量的Fe和少量的Al、Si、Mn、Ti等元素，可用于制备SCR铁基脱硝催化剂，然而芬顿铁泥中含有一定量的碱金属及碱土金属元素，这些碱性成分对铁基催化剂的催化活性有着强烈的抑制作用，制约着芬顿铁泥的回收再利用，因此对芬顿铁泥进行资源化利用的前提就是对其进行脱碱处理。而传统的脱碱方法如：石灰水热法、酸浸出法、三废中和法等均存在处理成本高、操作环境差、易造成二次污染的缺点，并且长期以往会对设备造成严重的负担，这些缺陷制约了其在工程实践中的发展和应用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及方法。
为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：
第一方面，一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统，包括混泥室、气混塔、水洗塔、铁泥离心机、铁泥干燥装置，气混塔的底部设置鼓泡式反应器，气混塔的内部、鼓泡式反应器的上方设置铁泥入口，混泥室设置铁泥进口和水进口，气混塔的铁泥出口与水洗塔连接，水洗塔的铁泥出口铁泥离心机连接，铁泥离心机的铁泥出口与铁泥干燥装置连接。
铁泥中化学成分包括氧化铁、氧化钙、氧化镁、氧化铝等，在混泥室中铁泥先和水混合，然后在气混塔中与二氧化碳烟气混合，二氧化碳先与水得到碳酸，然后与碱金属氧化物反应实现脱碱处理。脱碱后的铁泥经过水洗、离心固液分离后，对铁泥进行干燥得到脱碱后的铁泥。水洗去除铁泥中CaSO4等不溶于酸的物质，实现二次脱碱。
第二方面，一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理方法，所述方法为：
铁泥与水混合得到泥浆，然后二氧化碳烟气与泥浆混合，二氧化碳烟气与泥浆中的水反应生成碳酸，碳酸与铁泥中的碱性成分反应进行脱碱，脱碱后得到的铁泥进行水洗，水洗结束后铁泥进行固液分离，然后对铁泥进行干燥。
本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：
本发明利用二氧化碳与水反应生成的碳酸对芬顿铁泥进行脱碱处理，实现了工业废气与工业固废的协同处理，采用以废治废的思路降低了处理成本，此外采用污水处理厂产生的中水作为系统的水源，既可以满足系统对水质的要求又节省了整体运行成本，且芬顿铁泥与中水均为污水处理厂产生，运输处理便利，有利于大规模工业化应用的实施。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统结构图；
图2是根据本发明一个具体实施例提供的气混塔的结构示意图。
图3是根据本发明一个具体实施例提供的水洗塔的结构示意图。
图4是根据本发明一个具体实施例提供的铁泥干燥装置的结构示意图。
其中，1.湿铁泥料仓，2.输泥泵，3.输泥管，4.碎泥器，5.混泥室，6.涡轮搅拌器，7.气混塔，8.鼓泡式反应器，9.气体分布器，10.变压装置，11.排气装置，12.二氧化碳排气口，13.旋桨式搅拌器，14.水洗塔，15.挤压脱水装置，16.中水池，17.污水处理装置，18.铁泥离心机，19.铁泥干燥装置，20.夹层结构，21.回转犁，22.二氧化碳烟气，23.铁泥存储仓。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
第一方面，一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统，包括混泥室、气混塔、水洗塔、铁泥离心机、铁泥干燥装置，气混塔的底部设置鼓泡式反应器，气混塔的内部、鼓泡式反应器的上方设置铁泥入口，混泥室设置铁泥进口和水进口，气混塔的铁泥出口与水洗塔连接，水洗塔的铁泥出口铁泥离心机连接，铁泥离心机的铁泥出口与铁泥干燥装置连接。
本发明的处理系统脱除铁泥中的碱金属和碱土金属元素，解决了碱性成分对铁基催化剂的催化活性有着强烈的抑制作用。有利于铁泥的后续制备SCR铁基脱硝催化剂。本发明的处理系统和处理方法无污染，通过二氧化碳烟气进行直接处理有利于二氧化碳烟气中二氧化碳的补集。
水洗塔首先对脱碱后芬顿铁泥进行简易挤压脱水处理，随后铁泥离心机对铁泥进行离心处理实现固液分离再次降低铁泥含水率，最后铁泥干燥装置的外烟气集箱对芬顿铁泥进行贴壁加热干燥，回转犁不间断的对铁泥进行回转拨翻。采用三重干燥处理逐级递进，使得铁泥干燥装置所需能耗降低，节约运行成本。
在本发明的一些实施方式中，气混塔中的鼓泡式反应器包括气体分布器、变压装置，气混塔的底部设置二氧化碳排气口，二氧化碳排气口的上方设置鼓泡式反应器，气体分布器的上方设置变压装置。采用鼓泡式反应器将通入的二氧化碳以气泡的形式释放，变压装置增大输出气泡压力，加速气液混合提升碳酸生成速率，旋桨式搅拌器对泥浆进行持续搅拌，使产生的碳酸与芬顿铁泥充分混合，促进碳酸与芬顿铁泥中碱性成分的反应，两者协同作用加快脱碱过程。
在本发明的一些实施方式中，水洗塔内部设置挤压脱水装置，挤压脱水装置包括对称的两个斜板，所述斜板的一端与水洗塔的内壁连接。进一步，还包括挤压装置，所述挤压装置与斜板连接。通过斜板对水洗塔内的铁泥进行挤压脱水处理。当斜板向下压的时候进行铁泥的挤压过程。进一步，挤压装置包括电机和涡轮、蜗杆，电机与涡轮连接，涡轮与蜗杆配合连接，蜗杆的一端与斜板连接。
在本发明的一些实施方式中，水洗塔中斜板的下方设置透水网结构，在透水网结构的上方、水洗塔上设置铁泥出口。所述透水网结构承载铁泥同时使水分被挤压下进入到透水网结构的下方进行分离。当向下挤压的过程中，透水网结构和斜板配合进行挤压的过程。
在本发明的一些实施方式中，铁泥干燥装置的底部设置回转梨。回转犁对芬顿铁泥进行不间断回转拨翻加快铁泥干燥速度。回转犁不间断的对铁泥进行回转拨翻。
在本发明的一些实施方式中，铁泥干燥装置的侧壁设置夹层结构，夹层结构设置烟气进口和烟气出口，烟气出口与鼓泡式反应器的进气口连接。夹层结构中通入二氧化碳烟气，进入夹层结构的二氧化碳烟气的温度为300～400℃，对内壳体中的芬顿铁泥进行贴壁加热干燥。
在本发明的一些实施方式中，还包括中水池，所述中水池的出水口分别与混泥室的水进口和水洗塔的进水口连接。本发明中充分的利用废水处理厂产生的中水作为水源。
在本发明的一些实施方式中，气混塔的顶部排气口与中水池连接。脱碱处理后剩余的二氧化碳烟气全部通入中水池中，对水源进行预热处理并产生碳酸。实现了二氧化碳烟气的多级利用，最大程度的实现了工业废气的再利用，降低了系统能耗，有利于推动混泥、气混、水洗、干燥四道工艺的进行，提升整体工艺流程的反应速率。
在本发明的一些实施方式中，水洗塔和铁泥离心机的出液口分别与污水处理装置连接。
在本发明的一些实施方式中，还包括湿铁泥料仓、碎泥器，湿铁泥料仓与碎泥器连接，碎泥器的出泥口与混泥室连接。
第二方面，一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理方法，所述方法为：
铁泥与水混合得到泥浆，然后二氧化碳烟气与泥浆混合，二氧化碳烟气与泥浆中的水反应生成碳酸，碳酸与铁泥中的碱性成分反应进行脱碱，脱碱后得到的铁泥进行水洗，水洗结束后铁泥进行固液分离，然后对铁泥进行干燥。
在本发明的一些实施方式中，二氧化碳烟气与泥浆混合时的温度为100～150℃。与泥浆混合时的二氧化碳烟气温度不低于100℃，保证铁泥的脱碱效果。
在本发明的一些实施方式中，二氧化碳烟气与泥浆混合在气混塔中进行，气混塔中压力为0.6～3mpa。
在本发明的一些实施方式中，脱碱后得到的铁泥进行水洗时的水流量为250～300m3/min。
在本发明的一些实施方式中，所述水为水处理过程中得到的中水。
图1中，一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统及工艺，湿铁泥料仓1出料口依次与输泥泵2、输泥管3、碎泥器4相连接，碎泥器4的出料口与混泥室5进料口连接，混泥室5进水口与中水池16出水口连接，混泥室5出料口与气混塔7进料口连接；气混塔7出料口与水洗塔14进料口连接；水洗塔14进水口与中水池16出水口连接，水洗塔14出水口与污水处理装置17连接，水洗塔14出料口与铁泥离心机18进泥口连接，铁泥离心机18出水口与污水处理装置17相连接，铁泥离心机18出泥口与铁泥干燥装置19进料口相连接；铁泥干燥装置16出料口与铁泥存储仓17进料口连接。
烟气通过污铁泥干燥装置19的烟气进口进入，铁泥干燥装置19出气口与气混塔7的鼓泡式反应器的进气口连接，气混塔7顶部的出气口与中水池16进气口连接。气混塔7顶部的出气口设置排气装置11。
涡轮搅拌器6置于混泥室5底部，鼓泡式反应器8置于气混塔7底部，二氧化碳排气口的上方设置鼓泡式反应器，鼓泡式反应器8包括气体分布器9和变压装置10，旋桨式搅拌器13倒置于于气混塔7顶部，挤压脱水装置15包括电机、涡轮、蜗杆的结构和斜板的结构。斜板部分位于水洗塔14进、出料口的上方，当水洗塔14对铁泥进行水洗时带动斜板由中间分离并向上翻转，加快水洗速度与水洗流量，待水洗结束后带动斜板自水洗塔14两壁向中间合拢，合拢后斜板下移对芬顿铁泥进行挤压式脱水处理，电机为其自动闭合及上下移动提供动力；透水网结构固定于水洗塔14进、出料口的下部，透水网结构表面上布置有大量细小的网状结构，用于实现固液分离。回转犁21位于铁泥干燥装置内壳体22之中对芬顿铁泥进行不断拨翻。
本发明的具体实施步骤如下：
(1)含水率95％～97％的芬顿铁泥由湿铁泥料仓1输出，经输泥泵2，输泥管3，输泥管4运送至混泥室5中，同时中水池16内的中水由混泥室5顶部的进水口进入，混泥室5底部的涡轮搅拌器6开始对泥浆进行搅拌混合，混合均匀后的泥浆由混泥室5出料口排出至气混塔7中。
(2)二氧化碳烟气22通过烟气进口进入铁泥干燥装置19的烟气集箱中，对内壳体22进行贴壁加热，随后由出气口排出的烟气通过气混塔7底部的二氧化碳热源出气口12进入气混塔7中，气混塔7下部的鼓泡式反应器8将通入的二氧化碳烟气22以气泡的形式释放，加速气液混合提升碳酸生成速率，气混塔7上部的旋桨式搅拌器13对泥浆进行持续搅拌，使二氧化碳与水反应生成的碳酸与芬顿铁泥中的碱性成分充分反应，通过促进化学反应速率加快脱碱过程的发生。气混塔7内剩余的二氧化碳烟气22直接通入中水池16中，对中水池16中的中水进行预热处理并且可产生部分碳酸，有效加快混泥、气混、水洗三道工艺的脱碱速度，进而促进整体脱碱过程的进行。
(3)经过脱碱处理后的芬顿铁泥由气混塔7的出料口排入水洗塔14，落入挤压式铁泥脱水装置15的下底部，中水由水洗塔14顶部进入，与此同时挤压式铁泥脱水装置15的上部机构在电动机的动力作用下由中间分离并向上翻转，使进入水洗塔14的中水对芬顿铁泥进行直接冲洗，加快水洗速度与水洗流量，持续性水洗结束后上部机构自水洗塔14两壁向中间合拢，合拢后上部机构下移对芬顿铁泥进行挤压式脱水处理水洗过程中产生的污水由水洗塔14底部的出水口排出至污水处理装置17进行处理。
(4)经过初步脱水处理后的芬顿铁泥被排入铁泥离心机18中，铁泥离心机18对芬顿铁泥进行离心脱水处理，实现固液两相分离，离心后的液体通过铁泥离心机18排液口输入至污水处理装置17中，固体铁泥则通过铁泥离心机18出料口排入铁泥干燥装置19中进行干燥处理，铁泥干燥装置夹层结构20内的烟气对芬顿铁泥进行贴壁加热干燥，内壳体中的回转犁21对芬顿铁泥进行不间断回转拨翻加快铁泥干燥速度，干燥后的芬顿铁泥由铁泥干燥装置19出料口排入铁泥存储仓23中。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统，其特征在于：包括混泥室、气混塔、水洗塔、铁泥离心机、铁泥干燥装置，气混塔的底部设置鼓泡式反应器，气混塔的内部、鼓泡式反应器的上方设置铁泥入口，混泥室设置铁泥进口和水进口，气混塔的铁泥出口与水洗塔连接，水洗塔的铁泥出口铁泥离心机连接，铁泥离心机的铁泥出口与铁泥干燥装置连接；
其中，所述气混塔中的鼓泡式反应器包括气体分布器、变压装置，气混塔的底部设置二氧化碳排气口，二氧化碳排气口的上方设置鼓泡式反应器，气体分布器的上方设置变压装置；
水洗塔内部设置对称的两个斜板，所述斜板的一端与水洗塔的内壁连接；
水洗塔中斜板的下方设置透水网结构，在透水网结构的上方、水洗塔上设置铁泥出口；
铁泥干燥装置的侧壁设置夹层结构，夹层结构设置烟气进口和烟气出口；
所述的芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理系统还包括中水池，所述中水池的出水口分别与混泥室的水进口和水洗塔的进水口连接；
所述气混塔的顶部排气口与中水池连接；
处理方法为：
铁泥与水混合得到泥浆，然后二氧化碳烟气与泥浆混合，二氧化碳烟气与泥浆中的水反应生成碳酸，碳酸与铁泥中的碱性成分反应进行脱碱，脱碱后得到的铁泥进行水洗，水洗结束后铁泥进行固液分离，然后对铁泥进行干燥；
脱碱处理后剩余的二氧化碳烟气全部通入中水池中，对水源进行预热处理并产生碳酸。
2.如权利要求1所述的芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理方法，其特征在于：二氧化碳烟气与泥浆混合时的温度为100～150℃。
3.如权利要求1所述的芬顿铁泥脱碱与二氧化碳捕集协同处理方法，其特征在于：脱碱后得到的铁泥进行水洗时的水流量为250～300m3/min。
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