CN208857099U - 处理生物质热解水的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种处理生物质热解水的系统，包括：热解反应器、冷凝设备、油水分离设备、格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备连接而成。该系统能实现热解生物质所产生的热解水的深度处理，处理过程中的其他无用物质均能实现无害化处理。

Description

处理生物质热解水的系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理领域，尤其涉及一种处理生物质热解水的系统

背景技术

生物质热解水是竹类、木材、秸秆等生物质热解炭化时的一种主要产品，生物质在热解过程中，会产生木炭、焦油和气体产物。气体产物经过冷凝和气液分离之后就可以获得油水混合物，该混合物经过进一步的油水分离后得到棕褐色的液体，该液体为木醋液。醋液的化学成分极为复杂含有醇类、酸类、酚类、醛类、酮类等近200种有机物，其组分复杂、含量不稳定。目前该液体未大规模产品化，液体中仍旧含有高活性致癌物苯并芘等多环芳烃类致癌物质且含有很难去除的可溶解性焦油排放到环境中会对环境造成很大的影响。

由于设备原因和工艺条件，目前大部分生物质热解水中含有大量的焦油和杂质，生物质热解水产品化较难。目前大规模制备竹炭的厂家均把生物质热解水做为废水处理。由于热解水中酸性强、含有大量焦油、COD、氨氮含量很高，常规处理很难达标排放。

中国专利CN106590716A公开了一种生物质气化液的浓缩去焦油的加工方法，应用6个技术流程为一整套技术线路，其中第1～4个技术流程即中和反应、第一次蒸馏、酸化反应和第二次蒸馏为木醋液的浓缩去焦油方法，第5～6个技术流程即洗涤过滤和第三次蒸馏为分离木焦油的方法。该方案使木醋液的有机酸含量提高到95％以上、焦油含量去除95％以上，浓缩倍数可以达到1～95倍的任意倍数。该方案中只重点介绍了去处焦油工艺，而水中的大量可溶有机物未去除，若含有大量有机物的这种废水直接排放会污染环境。

中国专利CN104650933B提出一种垃圾热解污水处理系统，包括原料仓、原料预处理装置、热解炉、油水分离装置、集水池、热解炭冷却装置、污水初净化装置、污水综合处理系统，热解炭收集装置；原料仓连接所述原料预处理装置，原料预处理装置通过管路连接热解炉；原料仓通过管路连接集水池；热解炉与油水分离装置连接，油水分离装置的污水出口连接集水池；所述热解炉通过出料口连接热解炭冷却装置；热解炭出口连接所述污水初净化装置。该发明提出的方法，既降低了污水设备投资，简化了工艺流程，同时又节约了熄焦用水。重新发掘了垃圾热解炭的吸附功能用来处理热解污水，并且不造成二次污染，达到了“以废治废”的目的，是一种绿色环保的处理热解污水的有效方法。该方案中重点强调了用垃圾热解炭处理热解废水，但并未公开能够使废水达标排放的配套工艺，无法解决废水达标排放的问题。

发明内容

基于现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种处理生物质热解水的系统，能实现生物质热解水高效、无污染的无害化处理。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

本实用新型实施方式提供一种处理生物质热解水的系统，包括：

热解反应器、冷凝设备、油水分离设备、格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备；其中，

所述热解反应器设有生物质入口、热解炭出口、浓水入口、可燃气入口和气体出口，所述气体出口与所述冷凝设备，所述冷凝设备分别设有热解气出口和油水混合物出口，所述油水混合物出口连接所述油水分离设备，所述油水分离设备分别设有热解油出口和热解水出口，所述热解水出口与所述格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备顺次连接；

所述厌氧反应器设有排气口，该排气口与所述热解反应器的可燃气入口连接；

所述纳滤设备和反渗透设备的浓水出口均与所述热解反应器的浓水入口连接；

所述反渗透设备设有达标水出口。

由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型实施例提供的处理生物质热解水的系统，其有益效果为：

通过将热解反应器、冷凝设备、油水分离设备、格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备有机连接形成一种既能热解生物质，又能有效处理热解水的系统。该系统中，通过在调节池后设置气浮除油装置，去除了废水中的悬浮油和乳化油，降低了后续工艺的负荷，同时避免了油类的聚集对后续工艺的影响；废水除油后，进入设置的光催化氧化反应器处理，提高废水的可生化性，并去除有毒有害物质，有利于后续生化处理；通过厌氧与二级A/O反应去除生物质热解污水中的有机物和氨氮，成本较低；通过在二级A/O反应器之后采用MBR工艺，通过膜生物反应器的作用，实现水与微生物、颗粒的分离；采用纳滤加反渗透的工艺实现水的深度处理，工艺成熟稳定，产生的浓水全部以喷淋的形式进入热解反应器，实现了浓水的无害化处理；厌氧反应器产生的沼气作为可燃气进入热解反应器，为热解反应提供能量，实现能量的综合利用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本实用新型实施例提供的处理生物质热解水的系统示意图；

图2为本实用新型实施例提供的处理生物质热解水的方法流程图；

图中标号为：1-热解反应器；2-冷凝设备；3-油水分离设备；4-格栅；5-调节池；6-气浮除油设备；7-光催化氧化反应器；8-厌氧反应器；9-二级AO反应器；10-MBR反应器；11-纳滤设备；12-反渗透设备；A-生物质入口；B-热解炭出口；C-热解气出口；D-溶解油出口；E-达标水出口。

具体实施方式

下面结合本实用新型的具体内容，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。本实用新型实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种处理生物质热解水的系统，包括：

热解反应器、冷凝设备、油水分离设备、格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备；其中，

热解反应器设有生物质入口、热解炭出口、浓水入口、可燃气入口和气体出口，气体出口与冷凝设备，冷凝设备分别设有热解气出口和油水混合物出口，油水混合物出口连接油水分离设备，油水分离设备分别设有热解油出口和热解水出口，热解水出口与格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备顺次连接；

厌氧反应器设有排气口，该排气口与热解反应器的可燃气入口连接；

纳滤设备和反渗透设备的浓水出口均与热解反应器的浓水入口连接；

反渗透设备设有达标水出口。

上述系统中，气浮除油设备采用浅层离子气浮除油设备。进一步的，处理过程中添加相应的絮凝剂、破乳剂等，进一步地，作为上述技术方案的优选，本实用新型采用的絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁中的一种或几种。

上述系统中，气浮除油设备上设有混凝剂加入装置。

上述系统中，热解反应设备内设有喷淋机构，与浓水入口连接，能将纳滤设备的浓水和反渗透设备的浓水均喷淋进入热解反应器进行焚烧处理。

上述系统中，光催化氧化反应设备中设有功率为1～60KW的紫外灯。进一步的，光催化氧化反应中氧化剂为双氧水、次氯酸钠、二氧化氯中的一种或几种，氧化剂的投加质量为废水质量的0.1～10％，光照时间为10～300mins。

上述系统中，厌氧反应器采用UASB厌氧反应器。优选的，厌氧采用中温厌氧，控制温度在35±1℃。

上述系统中，MBR反应器采用浸没式中空纤维膜，中空纤维膜的材料为聚偏氟乙烯膜，截留颗粒粒径为0.02um。

具体的，上述系统的构成如图1所示，包括：热解反应器1、冷凝设备2、油水分离设备3、格栅4、调节池5、气浮除油设备6、光催化氧化反应器7、厌氧反应器8、二级A/O反应器9、MBR反应器10、纳滤设备11和反渗透设备12；生物质进入热解反应器1，产生的气体进入冷凝设备2，产生的油水混合物进入油水分离设备3，分离出热解油和热解水，热解水进入格栅；格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应器、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备、反渗透设备依次相连，反渗透出水即为达标水。纳滤浓水出口和反渗透的浓水出口均与热解反应器的进料口相连，厌氧反应器的气体出口与热解反应器的可燃气入口相连。

上述系统中，通过在调节池后添加气浮除油设备，去除了废水中的悬浮油和乳化油，降低了后续工艺的负荷，同时避免了油类的聚集对后续工艺的影响。

上述系统中，废水除油后，进入光催化氧化反应器，通过光催化氧化器提高废水的可生化性，并去除有毒有害物质，有利于后续生化处理。

上述系统中，通过厌氧反应器+二级A/O反应器配合去除生物质热解污水中的有机物和氨氮，成本较低。

上述系统中，在二级A/O反应器之后采用MBR反应器，通过MBR反应器的膜生物反应作用，实现水与微生物、颗粒的分离。

上述系统中，采用纳滤设备+反渗透设备实现水的深度处理，工艺成熟稳定，产生的浓水全部以喷淋的形式进入热解反应器，实现了浓水的无害化处理。

上述系统中，厌氧反应器产生的沼气作为可燃气进入热解反应器，为热解反应提供能量，实现能量的综合利用。

本实用新型实施例还提供一种处理生物质热解水的方法，采用上述的系统，包括以下步骤(参见图2)：

生物质进入热解反应器，产生的气体进入冷凝设备，经冷凝后分别产生热解气和油水混合物，热解气输出利用，油水混合物进入油水分离设备，分离出热解油和热解水，热解油输出回收利用，热解水经格栅进入调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备、反渗透设备依次进行处理，反渗透设备处理后的出水即为达标水；

厌氧反应器产生的可燃气体经热解反应器的可燃气入口进入热解反应器作为燃气；

纳滤设备的浓水和反渗透设备的浓水均进入热解反应器焚烧处理。

上述方法中，向气浮除油设备添加絮凝剂，絮凝剂为聚丙烯酰胺、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合硫酸铝铁中的一种或几种；

上述方法中，光催化氧化反应器中采用的氧化剂为双氧水、次氯酸钠、二氧化氯中的一种或几种，氧化剂的投加质量为废水质量的0.1～10％，光照时间为10～300mins，该光催化氧化反应器中所用紫外灯的功率为1～60KW。

上述方法中，厌氧反应器的反应温度为35±1℃；

纳滤设备和反渗透设备产生的浓水全部以喷淋方式进入热解反应器。

具体的，上述方法步骤如下：生物质进入热解反应器中产生的气体冷凝后产生油水混合物，经油水分离设备后，分离出热解水。生物质热解水进入格栅，栅渣与剩余污泥一并处置，废水进入调节池，均质均量后调节池提升泵提升至气浮除油装置，气浮装置内添加相应的絮凝剂、破乳剂，通过气浮装置内微米级的气泡作用，废水中大部分的悬浮油和乳化油被分离；废水除油后，进入光催化氧化反应装置，光催化氧化反应器可提高废水的可生化性，并可去除有毒有害物质，有利于后续生化处理。光催化氧化反应器包括一个中和反应池，调节废水pH，废水经澄清后通过中间水泵提升至厌氧反应器进行厌氧生化反应。经过一定时间的厌氧反应，使高浓度的污水得到一定程度的降解，大分子有机物被分解成为易降解的有机物或完全降解，同时产生甲烷、水等小分子无机物质，为后续好氧生化工艺处理提供很好的进水条件。厌氧出水进入两级A/O反应器。采用二级A/O工艺，即采用缺氧加混合曝气池去除可生化有机物和氨氮，包括反硝化反应器、硝化反应器，硝化反应器通过硝化菌及兼性好氧菌的作用在好氧状态下，将NH4+氧化成NO3-，将所剩余的有机物质进行降解。硝化池中的混合液回流到反硝化池，在缺氧状态下，反硝化菌将NO3-转化为氮气排放。在二级A/O反应器之后采用MBR工艺，MBR膜生物反应器中微生物菌体通过高效MBR膜机组从出水中分离，确保大于0.02μm的颗粒物、微生物和与CODCr相关的悬浮物安全地截留在系统内,从而使水力停留时间和污泥停留时间得到真正意义上的分离，MBR反应器产生的剩余污泥定期排入污泥浓缩池进行处理。废水经过前端工艺处理后，主要污染物氨氮、总氮、SS等基本完成出水水质要求，但污染物COD需要进一步去除，三级处理主要采用纳滤设备+反渗透设备的工艺，通过膜的孔径筛分和电荷作用等，污染物被截留在浓水一侧，出水达到GB18918—2002的一级排放要求，纳滤和反渗透产生的浓水喷淋进入热解反应装置，进行进一步热解，实现了浓水的无害化处理。

本实用新型的方法实现了生物质热解水的深度处理，工艺可靠，成本较低，出水达到GB18918—2002的一级排放要求。能用气浮方式除去废水中的悬浮油和乳化油；用光催化氧化方式去除水中有毒有害物质，提高废水生化性；再用生化反应器去除大分子有机物和氨氮，再到纳滤+反渗透设备进行水的深度处理，便于产业化和扩大生产；该工艺产生的膜浓水可直接喷入热解装置实现二次热解，解决了浓水的问题；该工艺厌氧氧化产生的沼气可以直接进入热解反应装置燃烧，给热解装置提供热量。

下面对本实用新型实施例具体作进一步地详细描述。

实施例1

本实施例提供一种处理生物质热解水的系统，该系统构成参见图1，包括顺次连接的热解反应器、冷凝设备和油水分离设备构成热解处理子系统，以楠竹作为生物质进行热解处理，得到的热解水进行后续处理；处理的楠竹热解水为，H＝4.8，COD含量193000mg/L，氨氮含量3120mg/L，SS含量320mg/L：

(1)调节池：通过调节池，pH调节为7～8，COD含量176800mg/L，氨氮含量3105mg/L，SS含量260mg/L；

(2)气浮除油设备：加入2000mg/L的聚合硫酸铁，10mg/L的聚丙烯酰胺，通过絮凝沉淀作用，去除大分子有机污染物和色度，气浮除油设备为浅层离子气浮，气泡大小为1um左右，通过气浮除油，出水pH＝7.6，COD含量106800mg/L，氨氮含量2865mg/L，SS含量80mg/L；

(3)光催化氧化反应器：加入双氧水5％，紫外灯功率1kw，光照时间120min，光催化氧化反应器出水pH＝7.1，COD含量28190mg/L，氨氮含量2100mg/L，SS含量68mg/L；

(4)厌氧反应器：采用UASB厌氧反应器，预处理出水进入UASB厌氧反应器，经过该反应器内的水解、酸化、产氢产乙酸、甲烷化等阶段，有机物被降解，出水pH＝7.4，COD含量8040mg/L，氨氮含量1647mg/L，SS含量867mg/L；

(5)二级AO反应器：厌氧反应器的出水进入该二级AO反应器，经过厌氧、缺氧、好氧反应，有机物、氨氮的浓度进一步降低，出水pH＝8.3，COD含量1019mg/L，氨氮含量15mg/L，SS含量21751mg/L；

(6)MBR反应器：通过该MBR反应器内生化反应和膜过滤作用，出水的悬浮物、氨氮、COD降低明显，出水pH＝7.3，COD含量750mg/L，氨氮含量10mg/L，SS含量5mg/L；

(7)纳滤设备：纳滤设备操作压力为6MPa，回收率为85％，出水pH＝6.95，COD含量60.2mg/L，氨氮含量3.36mg/L，SS含量3.2mg/L。

(8)反渗透设备：反渗透设备操作压力为15MPa，回收率为90％，出水pH＝6.5，COD含量5.5mg/L，氨氮含量0.86mg/L，SS含量0.2mg/L。

实施例2

本实施例提供一种处理生物质热解水的系统，该系统构成参见图1，包括顺次连接的热解反应器、冷凝设备和油水分离设备构成热解处理子系统，以玉米秸秆作为生物质进行热解处理，得到的热解水进行后续处理，处理的玉米秸秆热解水为，pH＝5.8，COD含量164500mg/L，氨氮含量4120mg/L，SS含量450mg/L：

(1)调节池：通过调节池，pH调节为7～8，COD含量125100mg/L，氨氮含量4021mg/L，SS含量420mg/L；

(2)气浮除油设备：加入1500mg/L的聚合硫酸铁，10mg/L的聚丙烯酰胺，通过絮凝沉淀作用，去除大分子有机污染物和色度，气浮除油设备为浅层离子气浮，气泡大小为1um左右，通过气浮除油，出水pH＝7.6，COD含量96870mg/L，氨氮含量3765mg/L，SS含量120mg/L；

(3)光催化氧化反应器：加入双氧水5％，紫外灯功率1kw，光照时间100min，光催化氧化反应器出水pH＝6.8，COD含量28390mg/L，氨氮含量3600mg/L，SS含量118mg/L；

(4)厌氧反应器：采用UASB厌氧反应器，预处理出水进入UASB厌氧反应器，经过该厌氧反应器内的水解、酸化、产氢产乙酸、甲烷化等阶段，有机物被降解，出水pH＝7.1，COD含量7040mg/L，氨氮含量2657mg/L，SS含量987mg/L；

(4)二级AO反应器：厌氧反应器的出水进入该二级AO反应器，经过厌氧、缺氧、好氧反应，有机物、氨氮的浓度进一步降低，出水pH＝8.3，COD含量989mg/L，氨氮含量22mg/L，SS含量22665mg/L；

(5)MBR反应器：通过该MBR反应器内生化反应和膜过滤作用，出水的悬浮物、氨氮、COD降低明显，出水pH＝7.3，COD含量640mg/L，氨氮含量15mg/L，SS含量5mg/L；

(6)纳滤设备：纳滤设备操作压力为6MPa，回收率为85％，出水pH＝6.9，COD含量50.2mg/L，氨氮含量5mg/L，SS含量3.2mg/L。

(7)反渗透设备：反渗透设备操作压力为15MPa，回收率为90％，出水pH＝6.5，COD含量4.5mg/L，氨氮含量0.76mg/L，SS含量0.3mg/L。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种处理生物质热解水的系统，其特征在于，包括：

热解反应器、冷凝设备、油水分离设备、格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备；其中，所述热解反应器设有生物质入口、热解炭出口、浓水入口、可燃气入口和气体出口，所述气体出口与所述冷凝设备，所述冷凝设备分别设有热解气出口和油水混合物出口，所述油水混合物出口连接所述油水分离设备，所述油水分离设备分别设有热解油出口和热解水出口，所述热解水出口与所述格栅、调节池、气浮除油设备、光催化氧化反应设备、厌氧反应器、二级A/O反应器、MBR反应器、纳滤设备和反渗透设备顺次连接；

所述厌氧反应器设有排气口，该排气口与所述热解反应器的可燃气入口连接；

所述纳滤设备和反渗透设备的浓水出口均与所述热解反应器的浓水入口连接；

所述反渗透设备设有达标水出口。

2.根据权利要求1所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述气浮除油设备采用浅层离子气浮除油设备。

3.根据权利要求1或2所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述气浮除油设备上设有混凝剂加入装置。

4.根据权利要求1或2所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述热解反应设备内设有喷淋机构，与所述浓水入口连接。

5.根据权利要求1或2所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述光催化氧化反应设备中设有功率为1～60KW的紫外灯。

6.根据权利要求1或2所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述

所述厌氧反应器采用UASB厌氧反应器。

7.根据权利要求1或2所述的处理生物质热解水的系统，其特征在于，所述MBR反应器采用浸没式中空纤维膜，中空纤维膜的材料为聚偏氟乙烯膜，截留颗粒粒径为0.02um。