CN1699208A - 城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法与设备 - Google Patents

Abstract

城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法与设备属于环境工程中废水、废气、废渣处理与综合利用的新型生态工程技术领域。根据生态学原理，物质的循环、能量的流动、信息的传递是生态系统的主要功能。利用工业废弃物，并且将水、气、渣的处理结合于一体。本发明所能达到的有益效果是：城市污水的生态化处理及回用达到国家中水回用标准；节约运行费4－5倍；回收植物性副产物；解决粉煤灰的堆放问题；采用经济有效地处理技术，使城市污水处理率、处理达标率和回用率都有极大提高，保护了我国水环境及大气环境，带来极大的环境和社会效益。主要适用于有粉煤灰、燃煤烟气来源地区的城市污水综合处理。

Description

城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法与设备

技术领域

本发明属于环境工程中废水、废气、废渣处理与综合利用的新型生态工程技术领域。

背景技术

光明日报及其他报纸在2004年7月都转载了国家环保总局副局长汪纪戎向媒体通报的我国城市污水处理厂运行情况专项检查所发现的问题：受检查的532座污水处理厂，有275座非正常运行，占51.7％。其中，43座基本没有正常运行，占8.1％；运行负荷不足30％的121座，占22.7％；出水超标的111座，占20.9％，平均超标天数为152天。这532座污水处理厂设计处理能力为145.6亿吨，而实际处理能力95.9亿吨，仅为设计能力的65.9％；超标排污的111座污水处理厂中，总磷和总氮超标的占60％以上，成为主要的污染因子。尽管造成上述问题的原因是多方面的，但污水处理过程的投资与运行费用高是问题的关键。完全由市政来承担污水处理费用比较困难，而由营运公司来承担又存在收费渠道不畅通的问题，因而操作困难较大。因此，从根本上解决污水处理问题就必须研制出投资小、运行费用低的工艺设备，并在管理和环境法规的执行方面下功夫。

同时，国家环保总局在国家环境保护重点城市环境管理和综合整治年度报告中首次公布了我国十大空气污染城市名单，其中大多数为煤炭和能源工业集中的城市，二氧化硫成为区域内重要污染因子。与其相对应的工业废弃物的产生量也较多，特别是粉煤灰等工业废弃物的产量占有重要地位，如何减少大气污染程度，充分利用工业废弃物，并且将水、气、渣的处理结合于一体，是本发明的基本出发点。

发明内容

本发明的目的就是提供一种减少大气污染，充分利用工业废弃物，并且将水、气、渣的处理结合于一体的城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法与设备。

本发明的技术解决方案是，根据生态学原理，物质的循环、能量的流动、信息的传递是生态系统的主要功能。本发明所提出的城市污水处理与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化技术与装备正是基于生态学原理而开发的生态处理系统。其基本工艺过程简述如下：

城市污水，即含工业污水处理后达标排放部分，收集输送到具有燃煤烟气来源的地区，作为待处理的污水，同时进行均质与调节；

该污水然后进入预处理阶段，利用烟气脱硫过程中副产的无机铁盐混凝剂进行混凝处理，我们已经申请专利，专利号ZL00101556.7，脱除悬浮颗粒性污染物及胶体污染物后，准备进入生态处理系统；

该生态处理系统采用植物—微生物互生处理系统，并且为了保证在冬季正常运行，采用透光温室22结构形式，保温利用燃煤脱硫后的气体，既可达到冬季保温的目的，又可为植物生长提供充足的二氧化碳，同时还可以为微生物生长提供氧气，处理系统采用间歇布水方式时，生物膜可从烟气中吸收氧，而该处理系统所用的填料20正是利用燃煤废渣粉煤灰与水泥按一定比例混合后制成的，最后，该装置还副产湿地植物类产品21：经济草，花卉，等等；

经过该系统处理后的水可以有下列用途：农业用水，林业用水，城市绿化用水，建筑用水，经过深度处理含可以用于工业循环冷却水及特定工业用水，对于缓解我国水资源短缺具有重要意义；

该处理系统所用的填料20为粒状，直径在3-10毫米之间，材质为以粉煤灰为主，另用水泥作为固化剂制备成的多孔状惰性物质，是用燃煤废渣粉煤灰与水泥按3∶1-6∶1的比例混合后制成的；具有良好的生物附着力及较大的比表面积，同时也有利于氧的传递；

该系统中用于冬季保温的气体温度在30-40℃，来源于燃煤烟气脱硫后的尾气，含有5-10％的氧气和4-8％的二氧化碳，冬季可以保证生态处理单元的温度在20-30℃，夏季照样可以使用，该气体除了保温功能外，含可以为植物生长提供充足的二氧化碳，白天促进光合作用的进行，晚上为植物及微生物提供一定的氧，促进其呼吸过程，促进有机物的分解过程；

该系统所依托的燃煤系统，要排放大量的含二氧化硫、氮氧化物的烟气和固体废弃物—粉煤灰，其中二氧化硫已经成为我国大气污染及酸雨的最大污染因子，我们已经开发了资源回收法烟气脱硫技术，专利号ZL00101556.7，利用工业废铁屑作为脱硫剂，副产以硫酸铁为主要组份的无机铁盐混凝剂，既可解决二氧化硫排放问题，又可回收硫资源和铁资源，用于污水处理中需要大量使用的混凝过程；

燃煤系统排放的粉煤灰用于填料的生产，是本发明的又一重要特点，它是利用工业废弃物实现资源化的典型过程，粉煤灰的化学稳定性为水处理中作为填料来使用提供了可能性，一定的加工工艺又使之成为不同性能和规格的颗粒性填料，可代替目前广泛应用的陶粒填料。

在该系统中，污水的布水方式根据处理情况可以灵活调整，一是布水量可以在0.01立方米/天·平方米-0.5立方米/天·平方米之间变化，二是布水深度可以变化，夏季采用表面布水，冬季采用冻土层以下布水，三是布水周期可以变化：每天布水1-4次。通过上述调整，达到最佳氧利用效果和污水处理效果；

在该系统中，所引用的植物是耐温性耐水性速生植物，它不仅充分吸收烟气中的二氧化碳，减少温室气体的排放，而且为植物生长产生一定的氧气，其根际还会释放一定的氧气供微生物的利用；由于温度的控制及水份养分的充足，植物生长迅速，可以获得有价值的副产物。

该系统所引入的微生物除了常规微生物以外，还有可以快速降解污染物的特殊菌种与基因工程菌种，能够实现快速处理污水的目的，减少整个生态处理设施的占地面积。

该发明的主要设备如下：

本装置是由二氧化硫废气处理装置、粉煤灰再利用装置和污水处理装置三个部分组成。

a.氧化硫废气处理装置。二氧化硫废气处理装置包括烟气脱硫装置和硫酸亚铁制备装置两部分。烟气脱硫装置：废气管路经气泵2与吸收塔挡板下部塔壁相连接。两个吸收塔5以串连方式连接，其中通气管路下进上出，通水管路上进下出。第二个吸收塔的出气口与除沫器1经管路相连，除沫器的排气经管路输入到生态处理单元中23。硫酸亚铁制备装置：第一个吸收塔的吸收液排液管与加药槽7出水管共同进入混合器8中，混合后液体经管路进入沉淀池9。沉淀池底部泥斗经管路与脱水机19相连，沉淀后上清液经溢流口处管路进入铁屑反应器11。反应装置出水与脱水机10相连，脱水后的液体再次进入铁屑反应器11。

b.煤灰再利用装置。粉煤灰管路、水泥管路和添加剂管路分别连接在粉煤灰仓25、水泥仓31和添加剂计量器30上。粉煤灰仓25和水泥仓31分别与粉煤灰计量器26和水泥计量器32相连。粉煤灰计量器、水泥计量器和添加剂计量器经管路共同与均化混合装置27连接，装置上部布设生态处理装置的中水回用管。混合均化装置的出口与连接球核生成器和成球盘28，成球盘出口处连接固化器33。在固化器上部的气体排出口处连接袋式除尘器29，成球盘的成品经管路运抵分选器34，分选后输入生态处理单元23。

c.污水处理装置。污水经污水管到达格栅14，格栅底部的污水口经管路到达污水泵15。污水泵经管路连接到沉淀池16上部，沉淀上清液经溢流由管路传输至混凝装置17。混凝装置上部布设有烟气脱硫系统中制备的硫酸亚铁蓄凝剂添加管，混凝后，上清液经溢出口流入二沉池18。二沉池的上清液经出水管路通入生态处理单元23中填料层下10厘米处。沉淀池、混凝池和二沉池底部都有排泥系统，污泥经污泥管路进入脱水机19，处理后，泥饼排出，污水排出管路连接到二沉池18上部。生态处理单元23出水管在填料上部，出水管经水泵24连接至市政中水网络、烟气脱硫装置和粉煤灰加工装置。

这三个装置在生态处理单元中实现结合。二氧化硫净化气体为生态处理单元提供植物所必须的热量和二氧化碳，粉煤灰再利用装置为人工湿地提供了填料，污水为湿地系统提供水源。同时，处理之后的回用水可用做SO₂吸收液，也可以作为城市绿化、洗车、冲厕用水，解决我国水资源不足问题。

本发明所能达到的有益效果是：城市污水的生态化处理及回用，原水COD＝300-500mg/l，处理后COD小于50mg/l，达到国家中水回用标准；污水处理的占地面积为：0.5平米/吨水，天；日处理10万吨污水占地面积为5万平米；建筑费用按照2000元/平米占地面积计算，建筑投资为1亿元，而常规污水处理厂吨水投资在1500-1800元/吨水，天，日处理10万吨投资为1.5-1.8亿元；本技术吨水耗电量仅为0.1KWH，无需曝气，因此处理运行费可以控制在0.1-0.2元/吨水，而常规城市污水处理运行费在0.5-0.8元/吨水，节约运行费4-5倍；该技术可以回收植物性副产物，其经济价值随品种不同而异；该技术可回收中水，用于各种不同的目标，吨水收益可以达到0.3-0.5元；该工艺技术可以解决粉煤灰的堆放问题，减少占地5万平方米，每平方米按照10元计算，节约土地费50万元，其间接经济效益无法估量；更重要的是，采用了经济有效地处理技术，使城市污水处理率、处理达标率和回用率都有极大提高，保护了我国水环境及大气环境，带来极大的环境和社会效益。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的城市污水处理、电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化组合装置。

图2为本发明的粉煤灰加工填料加工装置细化图。

图3为本发明的废渣、废气处理流程图。

图4为本发明的废水处理流程图。

图中，1.除沫器，2.气泵，3.粉煤灰填料加工装置，4.喷头，5.吸收塔，6.填料，7.加药槽，8.混合器，9.沉淀池，10.脱水机，11.铁屑反应器，12.吸收液槽，13.FeSO₄液泵，14.格栅，15.污水泵，16.沉淀池，17.混凝装置，18.二沉池，19.脱水机，20.填料，21.湿地植物，22.透光温室，23.生态处理单元，24.水泵，25.粉煤灰仓，26.粉煤灰计量器，27.混合均化装置，28.球核生成器及成球盘，29.袋式除尘器，30.添加剂计量器，31.水泥仓，32.水泥计量器，33.固化器，34.分选器。

具体实施方式

设计依据：日处理水量：10万吨；原水COD浓度：400mg/l；处理后COD浓度：50mg/l烟气二氧化硫浓度：500mg/标准立方米；脱硫后烟气二氧化硫浓度：50mg/标准立方米；烟气脱硫前温度：70-100℃；烟气脱硫后温度：30-40℃；生态处理单元温度：夏季：30-35℃；冬季：25-30℃；

工艺参数计算：

1.沉淀池16：停留时间：4小时，1.7万立方米，建于生态处理单元下面。

2.混凝池17：投加混凝剂：200mg/l；用量：20吨/天；折合有效铁量4吨/天；混凝反应器：停留时间：0.2小时；800立方米；二沉池18：停留时间1.5小时斜板，容积：6250立方米，建于生态处理单元下。

3.生态处理单元：停留时间24小时；有效容积：10万立方米；有效水深：2.0米，占地面积5万平米；建于其下的污水调节池水深2米，有效水深1.7米，1.7万立方米/1.7米＝10000平米；建于其下的混凝沉降池深度为2米，有效水深1.7米，占地面积：6250/2＝3125平米；生态处理单元为半地下结构，总高度7米；地下3米，地上4米；7米总高度中，调节池等占2米；生态处理层2.5米；植物生长层2.5米；生态处理单元植物生长部分采用钢梁骨架与透光材料建成。

4.湿地植物21种类：湿地经济植物的种类将根据各地区的不同的情况，尽量使用本地的耐污、耐湿且根部输氧能力强的植物。本实例中使用植物为芦苇和香蒲，芦苇为多年生禾本科芦苇属植物，香蒲为香蒲科香蒲属作物。

5.所需保温烟气量为：植物生长空间：12.5万立方米；烟气停留时间：2小时；烟气需要量：6.25万立方米/小时；

6.烟气脱硫并制备混凝剂脱除的二氧化硫量计算：如前所述每日的有效铁耗量为4吨铁/天；按照铁元素原子量56计算相当于71428摩尔铁/天，由于混凝剂中铁与二氧化硫摩尔比为1∶1，所以对应二氧化硫脱除量也为71428摩尔/天，二氧化硫分子量为64，则其脱除量为4.5吨二氧化硫/天；按照每标准立方米脱除二氧化硫量为0.45克，即500mg/立方脱除到50mg/立方，每天可处理烟气量为4500000克/0.45克＝1000万立方米/天。

7.生态处理填料共计10万立方米，对密度约为1.0千克/升，需要填料10万吨，制备填料消耗粉煤灰8万吨，制成填料粒径3-6毫米。

Claims (2)

1.城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法，其特征在于，

a.作为待处理的污水，进行均质与调节；然后进入预处理阶段，用烟气脱硫过程中副产的无机铁盐混凝剂进行混凝处理，脱除悬浮颗粒性污染物及胶体污染物后，准备进入生态处理系统；

b.生态处理系统采用植物-微生物互生处理系统，采用透光温室(22)结构形式，用燃煤脱硫后的气体保温，处理系统采用间歇布水方式，生物膜从烟气中吸收氧，而该处理系统所用的填料(20)是用燃煤废渣粉煤灰与水泥按3∶1-6∶1的比例混合后制成的；填料(20)为粒状，直径在3-10毫米之间，材质为以粉煤灰为主，另用水泥作为固化剂制备成的多孔状惰性物质；源于燃煤烟气脱硫后尾气的保温气体温度在30-40℃，含有5-10％的氧气和4-8％的二氧化碳，冬季可以保证生态处理单元的温度在20-30℃，能够为植物生长提供充足的二氧化碳，白天促进光合作用的进行，晚上为植物及微生物提供一定的氧，促进其呼吸过程，促进有机物的分解过程。

2.实现权利要求1所述的城市污水与电厂烟气脱硫及粉煤灰资源化方法的设备，其特征在于，由二氧化硫废气处理装置、粉煤灰再利用装置和污水处理装置三个部分组成；

a.氧化硫废气处理装置；二氧化硫废气处理装置包括烟气脱硫装置和硫酸亚铁制备装置两部分；烟气脱硫装置：废气管路经气泵(2)与吸收塔挡板下部塔壁相连接；两个吸收塔(5)以串连方式连接，其中通气管路下进上出，通水管路上进下出；第二个吸收塔的出气口与除沫器(1)经管路相连，除沫器的排气经管路输入到生态处理单元中(23)；硫酸亚铁制备装置：第一个吸收塔的吸收液排液管与加药槽(7)出水管共同进入混合器(8)中，混合后液体经管路进入沉淀池(9)；沉淀池底部泥斗经管路与脱水机(19)相连，沉淀后上清液经溢流口处管路进入铁屑反应器(11)；反应装置出水与脱水机(10)相连，脱水后的液体再次进入铁屑反应器(11)；

b.煤灰再利用装置；粉煤灰管路、水泥管路和添加剂管路分别连接在粉煤灰仓(25)、水泥仓(31)和添加剂计量器(30)上；粉煤灰仓(25)和水泥仓(31)分别与粉煤灰计量器(26)和水泥计量器(32)相连；粉煤灰计量器、水泥计量器和添加剂计量器经管路共同与均化混合装置(27)连接，装置上部布设生态处理装置的中水回用管；混合均化装置的出口与连接球核生成器和成球盘(28)，成球盘出口处连接固化器(33)；在固化器上部的气体排出口处连接袋式除尘器(29)，成球盘的成品经管路运抵分选器(34)，分选后输入生态处理单元(23)；

c.污水处理装置；污水经污水管到达格栅(14)，格栅底部的污水口经管路到达污水泵(15)；污水泵经管路连接到沉淀池(16)上部，沉淀上清液经溢流由管路传输至混凝装置(17)；混凝装置上部布设有烟气脱硫系统中制备的硫酸亚铁蓄凝剂添加管，混凝后，上清液经溢出口流入二沉池(18)；二沉池的上清液经出水管路通入生态处理单元(23)中填料层下10厘米处；沉淀池、混凝池和二沉池底部都有排泥系统，污泥经污泥管路进入脱水机(19)，处理后，泥饼排出，污水排出管路连接到二沉池(18)上部；生态处理单元(23)出水管在填料上部，出水管经水泵(24)连接至市政中水网络、烟气脱硫装置和粉煤灰加工装置。

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