CN1312047C - 一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法，由四个步骤组成，在过滤池中加入焦炭粉作为滤料，还可根据废水的成份加入生石灰粉或啤酒废酵母泥；将焦炭粉与工业废水和生活污水处理过程中产生的焦炭滤泥和污泥、工业浓废水按一定比例配合制成废液焦炭浆；在制浆罐中按比例加入焦炭粉、焦炭滤泥、污泥、工业浓废水和分散剂进行搅拌，再加入稳定剂搅拌熟化，经高速剪切机处理后输送到贮罐中贮存；将废液焦炭浆和煤粉作为固、液煤质双燃料循环流化床锅炉的燃料；锅炉运行时控制燃烧温度，在锅炉排烟系统中安装了烟气处理技术设备，处理和消除烟气中的污染物和粉尘；用焦炭粉治理企业的污染物，治理的同时为企业创造经济效益。

Description

一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法
技术领域
本发明属于废水、污水及污泥的处理技术领域，特别涉及到一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法，适用于对造纸、化工、制革、印染、食品加工、酿造、城市污水处理等企业的废液、废水、污泥的无害化治理与资源化综合利用。
背景技术
现有方法对造纸、制革、印染、化工、酿造行业生产过程中产生的工业废水和城市生活污水、工业废水处理过程中产生的污泥的处理存在一定的缺欠，造成江河、水域以及环境严重地污染，现有的处理方法存在以下弊病：
(1)现有的工业废水、污泥处理方法工程、设施占地面积大、投资大、运行费用高。
(2)现有工业废水、污泥处理方法仅考虑企业污染物的处置，防治污染的措施和环保工程存在单一性。
(3)现有的工业废水、污泥处理方法和设施在处理和运行过程中，企业只有投入，不能为企业产生效益，致使企业对工业废水、污泥治理缺乏主动性和积极性。
(4)现有的工业废水、污泥处理方法(如填埋、焚烧)，不仅消耗自然资源(如土地、能源)，而且易产生二次污染。
能否用炼焦企业生产过程中大量产生的废弃物-焦炭粉去治理企业生产过程中产生污染物-工业废水、污泥，将企业生产过程中产生的废弃物和污染物中的有效成分进行综合、交叉、捆绑利用，以废弃物治理污染物，使工业废水、污泥得到无害化处理和资源化综合利用，至今尚未见报导。
发明内容
针对现有的工业废水、污泥处理方法存在的问题，本发明提供了一种采用焦炭粉对工业废水、污泥进行综合处理的方法。
焦炭是较重要的工业原料，也是煤化工重要的产品，主要分为烟煤焦、褐煤半焦、硅石焦、气煤焦、冶金焦。焦炭的应用行业通常要求焦炭中的粉末含量不能大于一定值，焦化厂在焦炭出厂前，要将焦炭进行筛分。在筛分的过程中产生大量的焦炭粉，由于焦炭粉的应用价值低，几乎成为了废弃物。焦炭粉的参数：粒度0.2～2mm，真密度1.83g/cm3，堆积密度0.4～0.6g/cm3，孔隙率：56～70％，比表面积：1.5～3m2/g，孔径分布0.5μm以下，有比较好的吸附性，在20℃时吸附苯的能力为0.3g/g，吸附水的能力0.5g/g。低位发热值为22.14MJ/Kg，灰分13.8％，固定碳82.11％。本发明利用焦炭粉良好的过滤性、吸附性和热值高的特点，以焦炭粉为过滤材料，吸附和过滤处理工业废水；将焦炭粉与工业废水和生活污水处理过程中产生的焦炭滤泥和污泥、工业浓废水按一定比例配合，制成新型锅炉燃料-废液焦炭浆；将废液焦炭浆作为燃料，采用固、液煤质双燃料循环流化床锅炉燃烧；在固、液煤质双燃料循环流化床锅炉的烟气系统中，安装烟气处理设备，防止有害气体产生和排放；形成了废弃物利用、污染治理、清洁燃烧，环境保护、节约能源的工业废水、污泥处理工艺方法，其工艺流程由四大部分组成：(见工艺流程图)
(1)采用焦炭粉作为过滤材料，吸附、过滤处理工业废水
在过滤池中加入粒度为0.2～1mm，其中≥0.5mm的不少于40％的焦炭粉作为过滤和吸附材料，过滤层厚度为0.5-2m，过滤速度0.16-0.4m/min，接触时间10-20min。当废水流经过滤池中的焦炭粉后，去除废水中的悬浮固体、胶态物质，吸附有机物和有害微生物，并起到去味、脱色的作用。过滤池中的焦炭粉经过一段时间使用成为饱和焦炭滤泥，定期将过滤池中的饱和焦炭滤泥排出，通过螺杆泵输送到沉降池中。沉降池流出的水排到处理水池中，沉降池中的焦炭滤泥，由螺杆泵输送到制浆罐中。
从过滤池流出的含有细小的焦炭粉的水流入沉淀池中，经沉淀池处理后的水再流入处理水池中，沉淀池产生的污泥，通过螺杆泵输送到沉降池中。
将沉降池和沉淀池流入处理水池中的水输送到企业的废水处理系统中作进一步处理。达标后排放或返回生产系统做中水利用。
废水经上述工艺处理后，废水COD值可降低40～60％，悬浮物含量可降低50～70％，臭味和色度可脱除80～90％。
本工序可以根据工业废水的成份进行调整。如废水中含有重金属或色度深时，添加少量的生石灰粉或啤酒废酵母泥，啤酒废酵母泥是啤酒生产过程中的废物，是一种生物制品；有十分良好的去除重金属的吸附能力，而不需要对其培养；活体或非活体的酵母泥都对重金属离子都有很强的吸附性，吸附条件比较宽松，pH值区间也比较宽。
(2)对工业废水和生活污水处理过程中产生的焦炭滤泥、污泥进行处理，按一定配比添加焦炭粉，制备废液焦炭浆，作为燃煤锅炉的燃料；如果工业废水的浓度高，则不需要用焦炭粉过滤处理，而直接将工业废水与焦炭粉混合制做废液焦炭浆。
每批废液焦炭浆制作前，要对原料进行化验，检验含水率，确定制作废液焦炭浆原料的配比，每批浆制作前需进行小试。
采用以下四种典型的配料方案之一进行配料：
(1)、以焦炭滤泥、焦炭粉为原料，配比为焦炭滤泥44～88％，焦炭粉12～56％；
(2)、以污泥、焦炭粉为原料，配比为污泥38～75％，焦炭粉25～62％；
(3)、工业废水浓度很高时成为工业废液，以工业废水、焦炭粉为原料，配比为工业废水30％，焦炭粉70％；
(4)、焦炭滤泥、污泥和焦炭粉为原料，先将焦炭滤泥和污泥混合，配比为焦炭滤泥与污泥的混合物35～50％，焦炭粉50～65％。
所采用的焦炭粉的粒度为0.2～1mm，其中≤0.5mm的不少于40％。
按配比在制浆罐中加入原料，再加入制浆量0.3～0.6％的分散剂；启动制浆罐顶部的搅拌器，搅拌时间为30～40min，搅拌强度为90～98r/min。之后再加入制浆量0.3～0.8％的稳定剂进行搅拌熟化，搅拌强度为90～98r/min，加入稳定剂后搅拌时间不得超过40min。然后经剪切机剪切处理后，输送到贮罐中贮存。贮罐中的废液焦炭浆视情况需要每隔4h搅拌20min，至少每隔12h应搅拌15～20min，搅拌强度为90～98r/min，防止废液焦炭浆发生沉淀现象。(可采用南京大学研制的萘系列分散剂和稳定剂)
废液焦炭浆主要技术指标：
重量浓度：             65±5％
表现黏度：             ＜1400Mpa.s(100-1，25℃)
粒径：                 最大≤1mm
低位发热值：           ＞15.6MJ/Kg
干燥基全硫：           ＜0.5％
灰分：                 ＜12％
固定碳：               ＜58％
稳定性：               15天内不发生硬沉淀。
(3)、采用固、液煤质双燃料循环流化床锅炉燃烧废液焦炭浆。
将废液焦炭浆和煤粉作为固、液煤质双燃料循环流化床锅炉(为本发明人开发并投入工业生产的锅炉)的燃料。锅炉运行时，煤粉的配入量为锅炉输入燃料量的30％，由锅炉下部的螺旋给煤机输入，废液焦炭浆由螺杆泵以0.4MPa压力从锅炉上部输入。锅炉运行时须将锅炉炉膛内的燃烧温度控制在850～950℃，以控制NOx和二噁瑛的生成。锅炉产生的蒸汽用于发电、供热和生产使用，锅炉产生的热水用于供热。
(4)、防止有害气体产生和排放
除了在制浆过程中添加石灰粉，在燃料燃烧时控制SO2生成、排放，在锅炉运行时将锅炉炉膛内的燃烧温度控制在850～950℃，以控制NOx和二噁瑛的生成、排放外，本发明还在锅炉排烟系统中，采用中科院和日本三菱重工等单位研制的烟气处理技术设备，烟尘处理采用布袋除尘器，并装有加活性碳装置。上述技术设备已在国内外应用，本发明直接采用制造单位的定型产品，在燃烧以制革、化工、印染行业含有害物质的废水、废液、污泥制成的废液焦炭浆时，处理和消除烟气中的有害物质和污染物，对HCl、HF的脱除率达到96％，重金属的去除率在95％以上，烟尘去除率达99.9％(二噁瑛的去除率在95％以上)。
附图说明
图1为一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明可以对造纸、化工、制革、印染、食品加工、酿造企业生产过程中产生的工业废水和城市生活污水和工业废水处理过程中产生的污泥进行处理和利用。使用的焦炭粉为烟煤焦、褐煤半焦、硅石焦、气煤焦、冶金焦的粉末，以冶金焦粉为常用。
选用一种焦炭粉对造纸厂生产过程中产生的废水和印染厂及城市污水处理厂工业废水、生活污水处理过程中产生的污泥实施了四种不同条件的例子。
所用焦炭粉：固定碳82.11％，灰份13.9％，挥发份2.71％，硫份0.68％，低位发热值：22.14MJ/Kg，真密度1.83g/cm3，堆积密度0.6g/cm3，孔隙率67.21％，比表面积2.86m2/g，平均孔径：0.77μm，对水的吸附率0.5g/g，粒度0.2～1mm。
实施例1：
用焦炭粉处理工业废水生成焦炭滤泥，将焦炭滤泥与焦炭粉配合制成废液焦炭浆。某造纸厂废水成份为：COD值3,000mg/L，悬浮物：800mg/L，色度为430倍。在过滤池中加入粒度为0.2～1mm，其中＞0.5mm的不少于40％的焦炭粉作为过滤和吸附材料，料床的厚度0.5-2m，过滤速度0.16-0.4m/min，接触时间10-20min。当废水流经过滤池中的焦炭粉后，去除废水中的悬浮固体、胶态物质，吸附有机物和有害微生物，并起到去味、脱色的作用。过滤池中的焦炭粉经过一段时间使用成为饱和焦炭滤泥，定期将过滤池中的饱和焦炭滤泥排出，通过螺杆泵输送到沉降池中。沉降池流出的水排到处理水池中，沉降池中的焦炭滤泥，由螺杆泵输送到制浆罐中。
从过滤池流出的含有细小的焦炭粉的水流入沉淀池中，经沉淀池处理后的水再流入处理水池中，沉淀池产生的污泥，通过螺杆泵输送到沉降池中。
将沉降池和沉淀池流入处理水池中的水输送到企业的废水处理系统中作进一步处理。达标后排放或返回生产系统做中水利用。
废水经上述工艺处理后，废水COD值可降至1200mg/L，悬浮物含量可降至240mg/L，臭味和色度可脱除80～90％。
每批废液焦炭浆制作前，要对焦炭滤泥进行化验，检验焦炭滤泥的含水率，确定制作废液焦炭浆时各种成分的比例，每批浆制作前需进行小试。制浆时根据焦炭滤泥的含水率，在制浆罐中按以下比例加入焦炭滤泥和焦炭粉：
焦炭滤泥含水率   40％   45％   50％   55％   60％   65％   70％   75％   80％
焦炭滤泥比例   88％   78％   70％   64％   58％   54％   50％   47％   44％
焦炭细粉比例   12％   22％   30％   36％   42％   46％   50％   53％   56％
制浆罐中加入的焦炭粉的粒度为0.2～1mm，其中＜0.5mm为42％。再加入制浆量0.3～0.6％的分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，搅拌30～40min，搅拌强度为90～98r/min。再加入制浆量0.3～0.8％的稳定剂进行搅拌熟化，搅拌强度为90～98r/min，加入稳定剂后搅拌时间不得超过40min。然后经剪切机剪切处理后，输送到贮罐中贮存。贮罐中的废液焦炭浆视情况需要每隔4h搅拌20min，至少每隔12h应搅拌15～20min，搅拌强度为90～98r/min，防止废液焦炭浆发生沉淀现象。以焦炭滤泥含水率80％计，制成的废液焦炭浆的低位法热值为16.4MJ/Kg。
以某造纸厂为例，生产过程中每天产生废水30,000吨，每天可制成废液焦炭浆600吨，这些废液焦炭浆做为锅炉燃料燃烧产生的热量，生产的蒸汽可用于发电、供热和生产使用，生产的热水可用于供热，每年可节约燃料煤28,000吨，以焦炭粉替代燃料煤16万吨。
实施例2：
利用造纸厂的浓废水-蒸煮液与焦炭粉配合，制备废液焦炭浆。每批浆制作前需进行小试，焦炭粉的粒度如前述，制浆时在制浆罐中加入30％的蒸煮液，70％的焦炭粉，再加入制浆量的0.3～0.6％的分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，搅拌时间为30～40min，搅拌强度为90～98r/min。再加入制浆量0.3～0.8％的稳定剂进行搅拌熟化，搅拌强度为90～98r/min，加入稳定剂后搅拌时间不得超过40min。然后经高速剪切机剪切处理后，输送到贮罐中贮存。贮罐中的废液焦炭浆视情况需要每隔4h搅拌20min，至少每隔12h应搅拌15～20min，搅拌强度为90～98r/min，防止废液焦炭浆发生沉淀现象。制成的废液焦炭浆的低位法热值为17.2MJ/Kg.。
以某造纸厂生产过程中每天产生蒸煮液500吨，用这些蒸煮液与焦炭粉制作废液焦炭浆。制成的废液焦炭浆做为锅炉燃料燃烧产生的热量，生产蒸汽可用于发电、供热和生产使用，生产热水可用于供热。蒸煮液燃烧所产生的热量每年可节约燃料煤76,000吨，以焦炭粉替代燃料煤40万吨。
实施例3：
用工业废水处理过程中产生的污泥与焦炭粉配合，制成废液焦炭浆。在制浆罐中按比例加入污泥、焦炭粉、分散剂、稳定剂进行混合，制作成锅炉燃料-废液焦炭浆。制浆前要对污泥进行化验，检验含水率及成分，每批浆制作前需进行小试。制浆时根据污泥的含水率，在制浆罐中按以下比例加入污泥、焦炭细粉：
污泥含水率   40％   45％   50％   55％   60％   65％   70％   75％   80％
污泥比例   75％   67％   60％   55％   50％   46％   43％   40％   38％
焦炭粉比例   25％   33％   40％   45％   50％   44％   57％   60％   62％
在制浆罐中加入的焦炭粉的粒度为0.2～1mm，其中＜0.5mm的不少于40％；再加入制浆量的0.3～0.6％的分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，搅拌时间为30～40min，搅拌强度为90～98r/min。再加入制浆量0.3～0.8％的稳定剂进行搅拌熟化，搅拌强度为90～98r/min，加入稳定剂后搅拌时间不得超过40min。然后经高速剪切机剪切处理后，输送到贮罐中贮存。贮罐中的废液焦炭浆视情况需要每隔4h搅拌20min，至少每隔12h应搅拌15～20min，搅拌强度为90～98r/min，防止废液焦炭浆发生沉淀现象。以污泥含水率80％计，制成的废液焦炭浆的低位发热值为16.75MJ/Kg.。
某印染企业废水处理过程中，每天产生污泥300吨，将这些污泥与焦炭粉制作成废液焦炭浆，这些废液焦炭浆做为锅炉燃料燃烧产生的热量，生产蒸汽可用于发电、供热和生产使用，生产热水可用于供热。污泥燃烧所产生的热量每年可节约燃料煤4万吨，以焦炭粉替代燃料煤24万吨，每年节省污泥填埋场占用土地50亩。
实施例4：
既有焦炭滤泥又有污泥，将二者合成，再与焦炭粉配合制备废液焦炭浆。将处理城市污水产生的污泥与焦炭滤泥混合制成混合污泥，每批混合污泥制浆前要进行化验，检验其含水率，确定制作废液焦炭浆时各种成分的比例，每批浆制作前需进行小试。制浆时根据混合污泥的含水率，在制浆罐中按以下比例加入混合污泥和焦炭粉：
  混合污泥含水率   60％   65％   70％   75％   80％   85％
  混合污泥比例   50％   46％   43％   40％   38％   35％
  焦炭粉比例   50％   44％   57％   60％   62％   65％
制作废液焦炭浆的工艺与前述的三个实施例相同，以混合污泥含水60％计，制成的废液焦炭浆的低位法热值为15.6MJ/Kg.。
某城市生活污水处理过程中，每天产生820吨污泥，用这些污泥与焦炭粉制作成废液焦炭浆，制成的废液焦炭浆做为锅炉燃料燃烧产生的热量，生产蒸汽可用于发电、供热和生产使用，生产热水可用于供热。污泥燃烧所产生的热量每年可节约燃料煤5万吨，以焦炭粉替代燃料煤65万吨，每年节省污泥填埋场占用土地100亩。
采用固、液煤质双燃料循环流化床锅炉燃烧上述四个实施例制备的废液焦炭浆。
将以上四个实施例制备的废液焦炭浆和煤粉作为固、液煤质双燃料循环流化床锅炉(为本发明人开发并投入工业生产的锅炉)的燃料。煤粉的粒度为0～10mm，其中≤1mm为45％。锅炉运行时，煤粉供给量不低于锅炉所需燃料量的30％。废液焦炭浆由螺杆泵以0.4MPa压力从锅炉上部送入，在废液焦炭浆燃烧过程中，须将炉膛的温度控制在850～950℃，抑制控制NOx和二噁瑛的生成。
在锅炉排烟系统中安装烟气净化设备，可选用中科院等单位开发的半干式循环流化烟气净化设备或日本三菱重工等部门开发的半干式高速旋转喷雾烟气净化设备，除尘采用布袋除尘器，并装有加活性炭装置。
以废液焦炭浆和煤粉为燃料的固、液煤质双燃料循环流化床锅炉，安装上述烟气处理系统和布袋除尘器后烟气排放可达到下述指标：
    种类     烟气排放指标  GWKB3-2000排放限值
    灰尘(mg/Nm3)     ≤50  ≤80
    HCl(mg/Nm3)     ≤50  ≤75
    SO2(mg/Nm3)     ≤200  ≤260
    NOX(mg/Nm3)     ≤400  ≤400
    二噁瑛(ng-TGQ/Nm3)     ≤0.5  ≤1.0

Claims (2)

1、一种采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法，其特征在于工艺步骤及每一步骤工艺操作条件是：
(1)采用焦炭粉作为过滤材料，吸附、过滤处理工业废水；
在过滤池中加入粒度为0.2～1mm，其中≥0.5mm的不少于40％的焦炭粉作为过滤和吸附材料，过滤层厚度为0.5～2m，过滤速度0.16～0.5m/min，接触时间10～20min；
(2)对工业废水和生活污水处理过程中产生的焦炭滤泥、污泥进行处理，制备废液焦炭浆；
采用以下四种配料方案之一进行配料：
①、以焦炭滤泥、焦炭粉为原料，配比为焦炭滤泥44～88％，焦炭粉12～56％；
②、以污泥、焦炭粉为原料，配比为污泥38～75％，焦炭粉25～62％；
③、工业废水浓度很高时成为工业废液，以工业废水、焦炭粉为原料，配比为工业废水30％，焦炭粉70％；
④、以焦炭滤泥、污泥和焦炭粉为原料，先将焦炭滤泥和污泥混合，配比为焦炭滤泥与污泥的混合物35～50％，焦炭粉50～65％；
所采用的焦炭粉的粒度为0.2～1mm，其中≤0.5mm的不少于40％，将配好的原料加入制浆罐中，再加入制浆量0.3～0.6％的分散剂，启动制浆罐顶部的搅拌器，搅拌30～40min，搅拌强度为90～98r/min，再加入制浆量0.3～0.8％的稳定剂进行搅拌熟化，搅拌强度为90～98r/min，加入稳定剂后搅拌时间小于或等于40min，然后采用剪切机进行剪切处理后，将产品输送到贮罐中贮存，每隔4h对贮罐中的废液焦炭浆搅拌20min，或至少每隔12h搅拌15～20min，搅拌强度为90～98r/min；
(3)、采用固、液煤质双燃料循环流化床锅炉燃烧废液焦炭浆；
将废液焦炭浆和煤粉作为固、液煤质双燃料循环流化床锅炉的燃料，煤粉的配入量为锅炉输入燃料量的30％，由锅炉下部的螺旋给煤机输入，废液焦炭浆由螺杆泵以0.4MPa压力从锅炉上部输入，锅炉运行时将锅炉炉膛内的燃烧温度控制在850～950℃；
(4)、防止有害气体产生和排放
在锅炉排烟系统中安装烟气处理技术设备，处理和消除烟气中的有害物质、污染物和粉尘。
2、根据权利要求1所述的采用焦炭粉对工业废水、污泥综合处理的方法，其特征在于根据工业废水的成份加入辅助处理剂，废水中含有重金属离子或色度深时，添加生石灰粉或啤酒废酵母泥。
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