城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設備的製作方法

2023-10-10 15:00:49

專利名稱：城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設備的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境工程中廢水、廢氣、廢渣處理與綜合利用的新型生態工程技術領域。
背景技術：
光明日報及其他報紙在2004年7月都轉載了國家環保總局副局長汪紀戎向媒體通報的我國城市汙水處理廠運行情況專項檢查所發現的問題受檢查的532座汙水處理廠，有275座非正常運行，佔51.7％。其中，43座基本沒有正常運行，佔8.1％；運行負荷不足30％的121座，佔22.7％；出水超標的111座，佔20.9％，平均超標天數為152天。這532座汙水處理廠設計處理能力為145.6億噸，而實際處理能力95.9億噸，僅為設計能力的65.9％；超標排汙的111座汙水處理廠中，總磷和總氮超標的佔60％以上，成為主要的汙染因子。儘管造成上述問題的原因是多方面的，但汙水處理過程的投資與運行費用高是問題的關鍵。完全由市政來承擔汙水處理費用比較困難，而由營運公司來承擔又存在收費渠道不暢通的問題，因而操作困難較大。因此，從根本上解決汙水處理問題就必須研製出投資小、運行費用低的工藝設備，並在管理和環境法規的執行方面下功夫。
同時，國家環保總局在國家環境保護重點城市環境管理和綜合整治年度報告中首次公布了我國十大空氣汙染城市名單，其中大多數為煤炭和能源工業集中的城市，二氧化硫成為區域內重要汙染因子。與其相對應的工業廢棄物的產生量也較多，特別是粉煤灰等工業廢棄物的產量佔有重要地位，如何減少大氣汙染程度，充分利用工業廢棄物，並且將水、氣、渣的處理結合於一體，是本發明的基本出發點。

發明內容
本發明的目的就是提供一種減少大氣汙染，充分利用工業廢棄物，並且將水、氣、渣的處理結合於一體的城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設備。
本發明的技術解決方案是，根據生態學原理，物質的循環、能量的流動、信息的傳遞是生態系統的主要功能。本發明所提出的城市汙水處理與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化技術與裝備正是基於生態學原理而開發的生態處理系統。其基本工藝過程簡述如下城市汙水，即含工業汙水處理後達標排放部分，收集輸送到具有燃煤煙氣來源的地區，作為待處理的汙水，同時進行均質與調節；該汙水然後進入預處理階段，利用煙氣脫硫過程中副產的無機鐵鹽混凝劑進行混凝處理，我們已經申請專利，專利號ZL00101556.7，脫除懸浮顆粒性汙染物及膠體汙染物後，準備進入生態處理系統；該生態處理系統採用植物—微生物互生處理系統，並且為了保證在冬季正常運行，採用透光溫室22結構形式，保溫利用燃煤脫硫後的氣體，既可達到冬季保溫的目的，又可為植物生長提供充足的二氧化碳，同時還可以為微生物生長提供氧氣，處理系統採用間歇布水方式時，生物膜可從煙氣中吸收氧，而該處理系統所用的填料20正是利用燃煤廢渣粉煤灰與水泥按一定比例混合後製成的，最後，該裝置還副產溼地植物類產品21經濟草，花卉，等等；經過該系統處理後的水可以有下列用途農業用水，林業用水，城市綠化用水，建築用水，經過深度處理含可以用於工業循環冷卻水及特定工業用水，對於緩解我國水資源短缺具有重要意義；該處理系統所用的填料20為粒狀，直徑在3-10毫米之間，材質為以粉煤灰為主，另用水泥作為固化劑製備成的多孔狀惰性物質，是用燃煤廢渣粉煤灰與水泥按3∶1-6∶1的比例混合後製成的；具有良好的生物附著力及較大的比表面積，同時也有利於氧的傳遞；該系統中用於冬季保溫的氣體溫度在30-40℃，來源於燃煤煙氣脫硫後的尾氣，含有5-10％的氧氣和4-8％的二氧化碳，冬季可以保證生態處理單元的溫度在20-30℃，夏季照樣可以使用，該氣體除了保溫功能外，含可以為植物生長提供充足的二氧化碳，白天促進光合作用的進行，晚上為植物及微生物提供一定的氧，促進其呼吸過程，促進有機物的分解過程；該系統所依託的燃煤系統，要排放大量的含二氧化硫、氮氧化物的煙氣和固體廢棄物—粉煤灰，其中二氧化硫已經成為我國大氣汙染及酸雨的最大汙染因子，我們已經開發了資源回收法煙氣脫硫技術，專利號ZL00101556.7，利用工業廢鐵屑作為脫硫劑，副產以硫酸鐵為主要組份的無機鐵鹽混凝劑，既可解決二氧化硫排放問題，又可回收硫資源和鐵資源，用於汙水處理中需要大量使用的混凝過程；燃煤系統排放的粉煤灰用於填料的生產，是本發明的又一重要特點，它是利用工業廢棄物實現資源化的典型過程，粉煤灰的化學穩定性為水處理中作為填料來使用提供了可能性，一定的加工工藝又使之成為不同性能和規格的顆粒性填料，可代替目前廣泛應用的陶粒填料。
在該系統中，汙水的布水方式根據處理情況可以靈活調整，一是布水量可以在0.01立方米/天·平方米-0.5立方米/天·平方米之間變化，二是布水深度可以變化，夏季採用表面布水，冬季採用凍土層以下布水，三是布水周期可以變化每天布水1-4次。通過上述調整，達到最佳氧利用效果和汙水處理效果；在該系統中，所引用的植物是耐溫性耐水性速生植物，它不僅充分吸收煙氣中的二氧化碳，減少溫室氣體的排放，而且為植物生長產生一定的氧氣，其根際還會釋放一定的氧氣供微生物的利用；由於溫度的控制及水份養分的充足，植物生長迅速，可以獲得有價值的副產物。
該系統所引入的微生物除了常規微生物以外，還有可以快速降解汙染物的特殊菌種與基因工程菌種，能夠實現快速處理汙水的目的，減少整個生態處理設施的佔地面積。
該發明的主要設備如下本裝置是由二氧化硫廢氣處理裝置、粉煤灰再利用裝置和汙水處理裝置三個部分組成。
a.氧化硫廢氣處理裝置。二氧化硫廢氣處理裝置包括煙氣脫硫裝置和硫酸亞鐵製備裝置兩部分。煙氣脫硫裝置廢氣管路經氣泵2與吸收塔擋板下部塔壁相連接。兩個吸收塔5以串連方式連接，其中通氣管路下進上出，通水管路上進下出。第二個吸收塔的出氣口與除沫器1經管路相連，除沫器的排氣經管路輸入到生態處理單元中23。硫酸亞鐵製備裝置第一個吸收塔的吸收液排液管與加藥槽7出水管共同進入混合器8中，混合後液體經管路進入沉澱池9。沉澱池底部泥鬥經管路與脫水機19相連，沉澱後上清液經溢流口處管路進入鐵屑反應器11。反應裝置出水與脫水機10相連，脫水後的液體再次進入鐵屑反應器11。
b.煤灰再利用裝置。粉煤灰管路、水泥管路和添加劑管路分別連接在粉煤灰倉25、水泥倉31和添加劑計量器30上。粉煤灰倉25和水泥倉31分別與粉煤灰計量器26和水泥計量器32相連。粉煤灰計量器、水泥計量器和添加劑計量器經管路共同與均化混合裝置27連接，裝置上部布設生態處理裝置的中水回用管。混合均化裝置的出口與連接球核生成器和成球盤28，成球盤出口處連接固化器33。在固化器上部的氣體排出口處連接袋式除塵器29，成球盤的成品經管路運抵分選器34，分選後輸入生態處理單元23。
c.汙水處理裝置。汙水經汙水管到達格柵14，格柵底部的汙水口經管路到達汙水泵15。汙水泵經管路連接到沉澱池16上部，沉澱上清液經溢流由管路傳輸至混凝裝置17。混凝裝置上部布設有煙氣脫硫系統中製備的硫酸亞鐵蓄凝劑添加管，混凝後，上清液經溢出口流入二沉池18。二沉池的上清液經出水管路通入生態處理單元23中填料層下10釐米處。沉澱池、混凝池和二沉池底部都有排泥系統，汙泥經汙泥管路進入脫水機19，處理後，泥餅排出，汙水排出管路連接到二沉池18上部。生態處理單元23出水管在填料上部，出水管經水泵24連接至市政中水網絡、煙氣脫硫裝置和粉煤灰加工裝置。
這三個裝置在生態處理單元中實現結合。二氧化硫淨化氣體為生態處理單元提供植物所必須的熱量和二氧化碳，粉煤灰再利用裝置為人工溼地提供了填料，汙水為溼地系統提供水源。同時，處理之後的回用水可用做SO2吸收液，也可以作為城市綠化、洗車、衝廁用水，解決我國水資源不足問題。
本發明所能達到的有益效果是城市汙水的生態化處理及回用，原水COD＝300-500mg/l，處理後COD小於50mg/l，達到國家中水回用標準；汙水處理的佔地面積為0.5平米/噸水，天；日處理10萬噸汙水佔地面積為5萬平米；建築費用按照2000元/平米佔地面積計算，建築投資為1億元，而常規汙水處理廠噸水投資在1500-1800元/噸水，天，日處理10萬噸投資為1.5-1.8億元；本技術噸水耗電量僅為0.1KWH，無需曝氣，因此處理運行費可以控制在0.1-0.2元/噸水，而常規城市汙水處理運行費在0.5-0.8元/噸水，節約運行費4-5倍；該技術可以回收植物性副產物，其經濟價值隨品種不同而異；該技術可回收中水，用於各種不同的目標，噸水收益可以達到0.3-0.5元；該工藝技術可以解決粉煤灰的堆放問題，減少佔地5萬平方米，每平方米按照10元計算，節約土地費50萬元，其間接經濟效益無法估量；更重要的是，採用了經濟有效地處理技術，使城市汙水處理率、處理達標率和回用率都有極大提高，保護了我國水環境及大氣環境，帶來極大的環境和社會效益。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的說明。
圖1為本發明的城市汙水處理、電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化組合裝置。
圖2為本發明的粉煤灰加工填料加工裝置細化圖。
圖3為本發明的廢渣、廢氣處理流程圖。
圖4為本發明的廢水處理流程圖。
圖中，1.除沫器，2.氣泵，3.粉煤灰填料加工裝置，4.噴頭，5.吸收塔，6.填料，7.加藥槽，8.混合器，9.沉澱池，10.脫水機，11.鐵屑反應器，12.吸收液槽，13.FeSO4液泵，14.格柵，15.汙水泵，16.沉澱池，17.混凝裝置，18.二沉池，19.脫水機，20.填料，21.溼地植物，22.透光溫室，23.生態處理單元，24.水泵，25.粉煤灰倉，26.粉煤灰計量器，27.混合均化裝置，28.球核生成器及成球盤，29.袋式除塵器，30.添加劑計量器，31.水泥倉，32.水泥計量器，33.固化器，34.分選器。
具體實施例方式
設計依據日處理水量10萬噸；原水COD濃度400mg/l；處理後COD濃度50mg/l煙氣二氧化硫濃度500mg/標準立方米；脫硫後煙氣二氧化硫濃度50mg/標準立方米；煙氣脫硫前溫度70-100℃；煙氣脫硫後溫度30-40℃；生態處理單元溫度夏季30-35℃；冬季25-30℃；工藝參數計算1.沉澱池16停留時間4小時，1.7萬立方米，建於生態處理單元下面。
2.混凝池17投加混凝劑200mg/l；用量20噸/天；折合有效鐵量4噸/天；混凝反應器停留時間0.2小時；800立方米；二沉池18停留時間1.5小時斜板，容積6250立方米，建於生態處理單元下。
3.生態處理單元停留時間24小時；有效容積10萬立方米；有效水深2.0米，佔地面積5萬平米；建於其下的汙水調節池水深2米，有效水深1.7米，1.7萬立方米/1.7米＝10000平米；建於其下的混凝沉降池深度為2米，有效水深1.7米，佔地面積6250/2＝3125平米；生態處理單元為半地下結構，總高度7米；地下3米，地上4米；7米總高度中，調節池等佔2米；生態處理層2.5米；植物生長層2.5米；生態處理單元植物生長部分採用鋼梁骨架與透光材料建成。
4.溼地植物21種類溼地經濟植物的種類將根據各地區的不同的情況，儘量使用本地的耐汙、耐溼且根部輸氧能力強的植物。本實例中使用植物為蘆葦和香蒲，蘆葦為多年生禾本科蘆葦屬植物，香蒲為香蒲科香蒲屬作物。
5.所需保溫煙氣量為植物生長空間12.5萬立方米；煙氣停留時間2小時；煙氣需要量6.25萬立方米/小時；6.煙氣脫硫並製備混凝劑脫除的二氧化硫量計算如前所述每日的有效鐵耗量為4噸鐵/天；按照鐵元素原子量56計算相當於71428摩爾鐵/天，由於混凝劑中鐵與二氧化硫摩爾比為1∶1，所以對應二氧化硫脫除量也為71428摩爾/天，二氧化硫分子量為64，則其脫除量為4.5噸二氧化硫/天；按照每標準立方米脫除二氧化硫量為0.45克，即500mg/立方脫除到50mg/立方，每天可處理煙氣量為4500000克/0.45克＝1000萬立方米/天。
7.生態處理填料共計10萬立方米，對密度約為1.0千克/升，需要填料10萬噸，製備填料消耗粉煤灰8萬噸，製成填料粒徑3-6毫米。
權利要求
1.城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法，其特徵在於，a.作為待處理的汙水，進行均質與調節；然後進入預處理階段，用煙氣脫硫過程中副產的無機鐵鹽混凝劑進行混凝處理，脫除懸浮顆粒性汙染物及膠體汙染物後，準備進入生態處理系統；b.生態處理系統採用植物-微生物互生處理系統，採用透光溫室(22)結構形式，用燃煤脫硫後的氣體保溫，處理系統採用間歇布水方式，生物膜從煙氣中吸收氧，而該處理系統所用的填料(20)是用燃煤廢渣粉煤灰與水泥按3∶1-6∶1的比例混合後製成的；填料(20)為粒狀，直徑在3-10毫米之間，材質為以粉煤灰為主，另用水泥作為固化劑製備成的多孔狀惰性物質；源於燃煤煙氣脫硫後尾氣的保溫氣體溫度在30-40℃，含有5-10％的氧氣和4-8％的二氧化碳，冬季可以保證生態處理單元的溫度在20-30℃，能夠為植物生長提供充足的二氧化碳，白天促進光合作用的進行，晚上為植物及微生物提供一定的氧，促進其呼吸過程，促進有機物的分解過程。
2.實現權利要求1所述的城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法的設備，其特徵在於，由二氧化硫廢氣處理裝置、粉煤灰再利用裝置和汙水處理裝置三個部分組成；a.氧化硫廢氣處理裝置；二氧化硫廢氣處理裝置包括煙氣脫硫裝置和硫酸亞鐵製備裝置兩部分；煙氣脫硫裝置廢氣管路經氣泵(2)與吸收塔擋板下部塔壁相連接；兩個吸收塔(5)以串連方式連接，其中通氣管路下進上出，通水管路上進下出；第二個吸收塔的出氣口與除沫器(1)經管路相連，除沫器的排氣經管路輸入到生態處理單元中(23)；硫酸亞鐵製備裝置第一個吸收塔的吸收液排液管與加藥槽(7)出水管共同進入混合器(8)中，混合後液體經管路進入沉澱池(9)；沉澱池底部泥鬥經管路與脫水機(19)相連，沉澱後上清液經溢流口處管路進入鐵屑反應器(11)；反應裝置出水與脫水機(10)相連，脫水後的液體再次進入鐵屑反應器(11)；b.煤灰再利用裝置；粉煤灰管路、水泥管路和添加劑管路分別連接在粉煤灰倉(25)、水泥倉(31)和添加劑計量器(30)上；粉煤灰倉(25)和水泥倉(31)分別與粉煤灰計量器(26)和水泥計量器(32)相連；粉煤灰計量器、水泥計量器和添加劑計量器經管路共同與均化混合裝置(27)連接，裝置上部布設生態處理裝置的中水回用管；混合均化裝置的出口與連接球核生成器和成球盤(28)，成球盤出口處連接固化器(33)；在固化器上部的氣體排出口處連接袋式除塵器(29)，成球盤的成品經管路運抵分選器(34)，分選後輸入生態處理單元(23)；c.汙水處理裝置；汙水經汙水管到達格柵(14)，格柵底部的汙水口經管路到達汙水泵(15)；汙水泵經管路連接到沉澱池(16)上部，沉澱上清液經溢流由管路傳輸至混凝裝置(17)；混凝裝置上部布設有煙氣脫硫系統中製備的硫酸亞鐵蓄凝劑添加管，混凝後，上清液經溢出口流入二沉池(18)；二沉池的上清液經出水管路通入生態處理單元(23)中填料層下10釐米處；沉澱池、混凝池和二沉池底部都有排泥系統，汙泥經汙泥管路進入脫水機(19)，處理後，泥餅排出，汙水排出管路連接到二沉池(18)上部；生態處理單元(23)出水管在填料上部，出水管經水泵(24)連接至市政中水網絡、煙氣脫硫裝置和粉煤灰加工裝置。
全文摘要
城市汙水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設備屬於環境工程中廢水、廢氣、廢渣處理與綜合利用的新型生態工程技術領域。根據生態學原理，物質的循環、能量的流動、信息的傳遞是生態系統的主要功能。利用工業廢棄物，並且將水、氣、渣的處理結合於一體。本發明所能達到的有益效果是城市汙水的生態化處理及回用達到國家中水回用標準；節約運行費4－5倍；回收植物性副產物；解決粉煤灰的堆放問題；採用經濟有效地處理技術，使城市汙水處理率、處理達標率和回用率都有極大提高，保護了我國水環境及大氣環境，帶來極大的環境和社會效益。主要適用於有粉煤灰、燃煤煙氣來源地區的城市汙水綜合處理。
文檔編號C02F1/52GK1699208SQ200510200349
公開日2005年11月23日 申請日期2005年6月24日 優先權日2005年6月24日
發明者周集體, 項學敏, 金若菲, 童健, 張愛麗, 呂紅, 夏元化, 王國棟, 曹同川 申請人:大連理工大學