一种生物质气化洗焦废水处理方法及其装置

摘要

本发明涉及生物质气化技术领域，特别涉及一种生物质气化洗焦废水处理方法及其装置，方法包括：洗焦废水的絮凝和破乳处理得到二次洗焦废水、二次洗焦废水处理得到第一废和二次焦油、第一废水依次进行厌氧、缺氧、好氧处理、二次焦油集中回炉处理，以此实现对油水的充分分离，分别对油和水进行处理，实现了不外排、水回用、油回炉的过程，节能环保，占地面积小，节约成本。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质气化技术领域，特别涉及一种生物质气化洗焦废水处理方法及其装置。

背景技术

生物质原料在气化过程中除了生成CO、CH4、H2等可燃气体外，还含有其他有害杂质，如焦油、H2S、NH3、HCN和灰分等。生物质气化炉中产生的焦油不仅降低了可燃气体的气化效率，造成了能源的严重浪费，焦油在低温下凝结成液体，容易和水、炭粒等结合在一起，堵塞输气管道、卡住阀门等危害。目前，应用较多的焦油处理的方法是水洗法，水洗法产生大量的二次污染焦油废水。

焦油废水水质复杂，不但含有高浓度的氨氮、氰化物、固体颗粒等污染物外，还有酚、吲哚、萘、吡啶等多种多环、稠环芳烃有机物，烷烃类有机物和胶质，污染物浓度高、毒性大，是典型的难处理工业废水。传统的焦油废水的处理方法主要有重力分离、过滤网或者过滤膜吸附的方法，但这些方法的油类去除率仅为20～30wt.％，处理效果较差，难以满足要求，水体中仍然存在大量的焦油类物质，焦油类物质未处理干净的水体进入生化系统处理，也会影响处理效果，将直接导致处理后的水体无法达到国家水质标准要求。

专利CN109678295A描述了一种环保型焦油废水处理方法，其特征在于，向焦油废水中加入破乳剂、二甲基硅油将油水分离，油层缩聚后再聚合，生成沥青；水层加入乙酸酸化后经微生物处理、沉降、吸附，达标排放。此方法可实现固体物的再利用，使排放水质达到国家工业水污染物排放标准；专利CN105540919A描述了一种焦油废水的处理方法，利用化学药剂，主要包括：破乳剂、4—(2,6,6—三甲基—2—环辛烯—1—基)—3—丁烯—2—酮、羟丙基双三甲基二碘化铵、水杨苷、正丁基锂、柠檬酸铵、齐墩果醛、脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧化丙烯二元醇、纳米二氧化钛、多元羧酸盐、藻阮酸钠、乙醇钠、三氯化铝，此发明提供的方法，能同时起到破乳、絮凝、架桥、起泡的作用，其用量小，除油率高，适用于高浓度焦油污水处理；专利CN110117114A描述了一种焦油有效成分提取生产废水处理新工艺，将焦油废水泵入调节池，在送至混凝气浮系统进行絮凝，絮凝后浮渣脱水处理。废水经过生化系统、精密过滤系统、电催化氧化以及超声系统，进入砂滤、碳滤送入超滤系统，滤液进入DTRO反渗透系统，浓缩液进入调节池。

发明内容

本发明的目的在于克服已知现有的焦油废水处理中存在的缺陷与不足，为此本发明提供了一种生物质气化洗焦废水处理方法及其装置，能够对分离出的水和油，分别进行处理，节能环保，且减少了人工成本。

本发明采用的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种生物质气化洗焦废水处理方法，其包括以下步骤：

S1、洗焦废水的絮凝和破乳处理：向洗焦废水中添加50mg/L聚合氯化铝铁溶液和30mg/L反相破乳剂，搅拌均匀，絮凝沉淀充分，得到二次洗焦废水；所述聚合氯化铝铁溶液中添加有四氧化三铁微米级颗粒，所述聚合氯化铝铁溶液中聚合氯化铝铁与所述四氧化三铁微米级颗粒的质量比为30:1；

S2、二次洗焦废水处理：通过磁搅拌对步骤S1中产生的絮凝沉淀物进行磁吸附，磁吸附处理完全，并将磁吸附后的絮凝沉淀物排出和集中存储处理；

同时，采用亲水膜和疏水膜对洗焦废水进行过滤处理，并分别得到第一废水和二次焦油，实现对悬浮物的过滤分离；所述亲水膜只允许水通过，所述疏水膜只允许油通过；

S3、将步骤S2中的第一废水依次进行厌氧、缺氧和好氧处理，得到回收水，并将回收水用于生物质气化洗焦，实现回收水的再利用；

S4、将步骤S2中的二次焦油进行刮取集中并回炉处理。

进一步地，所述反相破乳剂为自制阳离子改性聚酰胺-胺树枝状大分子。

进一步地，所述自制阳离子改性聚酰胺-胺树枝状大分子的制备方法为：采用发散法，以二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为原料合成2.0G聚酰胺-胺；以ECH和DMA12为原料合成阳离子中间体QT；2.0G聚酰胺-胺和阳离子中间体QT进行生成反应。

进一步地，所述亲水膜采用聚砜亲水膜。

进一步地，所述疏水膜采用聚四氟乙烯疏水膜。

另一方面，本发明还提供了一种装置，该装置能够实现上述方法，其包括:

搅拌单元，其包括通过外部电机驱动的双叶搅拌桨和分别通过管路及阀门与所述双叶搅拌桨连通的絮凝剂箱A、破乳剂箱B；所述搅拌单元还设置有进水口；

磁搅拌单元，位于所述搅拌单元的下方，其底部安装有磁搅拌机构；所述磁搅拌机构被配置成将絮凝沉淀物进行磁吸附并排出；

水处理单元，其依次设置有互相分隔连通的厌氧室、缺氧室和好氧室，所述好氧室上设置有排水口；和

集油单元，被配置成对二次焦油进行刮取集中并回炉处理；

所述搅拌单元与所述磁搅拌单元之间通过下水机构连通；所述厌氧室与所述磁搅拌单元通过亲水膜隔开；所述集油单元与所述磁搅拌单元通过疏水膜隔开。

进一步地，所述双叶搅拌桨包括主轴管和若干个侧管，所述侧管与所述主轴管连通，所述侧管上设置有若干个均布的通孔。

进一步地，所述磁搅拌机构内部设置有存储箱、转动机构和3组旋转磁子机构；所述存储箱设置有排渣口和中空三角锥台；所述转动机构包括相互啮合的大齿轮、小齿轮，所述小齿轮通过固定在立板上的伺服电机A驱动水平旋转，所述大齿轮可转动的固定在平台上；所述旋转磁子机构均布在所述大齿轮上，其包括带有基座的磁子、转动臂A、转动臂B和底板，所述转动臂A通过舵机A驱动转动，所述转动臂B通过舵机B驱动且相对于所述转动臂A转动，所述底板通过舵机C驱动且相对于所述转动臂B转动，所述磁子通过所述底板上的伺服电机B驱动所述基座而转动；所述磁搅拌机构上端还设置有开合门；所述磁子与所述开合门配合，且所述磁子与所述中空三角锥台上的小端口配合。

进一步地，所述下水机构包括底板和密封活动门，所述密封活动门包括上盖和下盖，所述下盖外部圆周上固定有若干个可转动的轴承，所述上盖内壁与所述轴承滚动配合；所述上盖上端设置有若干个液压缸，所述液压缸上的液压杆固定在所述下盖外部。

进一步地，所述集油单元包括带支撑架的皮带输送机、刮油板和集油箱，所述刮油板与所述集油箱通过导油口连通，所述集油箱下方设置有出油口；所述集油单元还设置有保温壁，所述保温壁避开所述疏水膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过对油水的充分分离，分别对油和水进行处理，实现了不外排、水回用、油回炉，节能环保，且整个装置自动化程度高，减少了人工成本。

附图说明

图1为本发明处理方法的流程图。

图2为本发明实施例的结构示意图。

图3为本发明实施例中磁搅拌机构的结构示意图。

图4为本发明实施例中密封活动门的密封状态图。

图5为本发明实施例中密封活动门的张开状态图。

其中：1搅拌单元、2磁搅拌单元、3下水机构、4水处理单元、5集油单元、6亲水膜、7疏水膜、11双叶搅拌桨、12絮凝剂箱A、13破乳剂箱B、14进水口、21磁搅拌机构、31密封活动门、32底板、41厌氧室、42缺氧室、43好氧室、44搅拌机构A、45搅拌机构B、46曝气器、47离心泵A、48离心泵B、49排水口、51皮带输送机、52刮油板、53集油箱、111主轴管、112侧管、112-1通孔、211排渣口、212平台、213立板、214大齿轮、215小齿轮、216伺服电机A、217存储箱、217-1中空三角锥台、218旋转磁子机构、218-1舵机A、218-2舵机B、218-3舵机C、218-4转动臂A、218-5转动臂B、218-6底板、218-7磁子、218-8基座、218-9伺服电机B、219开合门、311上盖、312下盖、313液压缸、314轴承、521导油口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1至图5，本发明提供了一种生物质气化洗焦废水处理装置，包括：

搅拌单元1，其包括通过外部电机驱动的双叶搅拌桨11和分别通过管路及阀门与所述双叶搅拌桨11连通的絮凝剂箱A12、破乳剂箱B13；搅拌单元1还设置有进水口14；这里的絮凝剂箱A12中存储有50mg/L聚合氯化铝铁溶液，聚合氯化铝铁溶液中需要添加有四氧化三铁微米级颗粒，聚合氯化铝铁溶液中聚合氯化铝铁与所述四氧化三铁微米级颗粒的质量比为30:1。其中，破乳剂箱B13中存储有30mg/L反相破乳剂，这里的反相破乳剂采用自制阳离子改性聚酰胺-胺树枝状大分子，优选地，自制阳离子改性聚酰胺-胺树枝状大分子的制备方法为：采用发散法，以二乙烯三胺和丙烯酸甲酯为原料合成2.0G聚酰胺-胺；以ECH和DMA12为原料合成阳离子中间体QT；2.0G聚酰胺-胺和阳离子中间体QT进行生成反应。

磁搅拌单元2，位于搅拌单元1的下方，其底部安装有磁搅拌机构21；磁搅拌机构21被配置成将絮凝沉淀物进行磁吸附并排出；

水处理单元4，其依次设置有互相分隔连通的厌氧室41、缺氧室42和好氧室43，好氧室43上设置有排水口49，优选地，这里的厌氧室41内设置有搅拌机构A44，缺氧室42内设置有搅拌机构B45，好氧室43内壁上设置有若干个曝气器46，厌氧室41通过离心泵A47将废水抽到缺氧室42，缺氧室42通过离心泵B48将废水抽到好氧室43,好氧室43内处理完的废水经过排水口49流出并进行再利用；和

集油单元5，被配置成对二次焦油进行刮取集中并回炉处理；

搅拌单元1与磁搅拌单元2之间通过下水机构3连通；厌氧室41与磁搅拌单元2通过亲水膜6隔开；集油单元5与磁搅拌单元2通过疏水膜7隔开。

优选地，亲水膜6采用聚砜亲水膜。

优选地，疏水膜7采用聚四氟乙烯疏水膜

优选地，双叶搅拌桨11包括主轴管111和若干个侧管112，侧管112与主轴管111连通，侧管112上设置有若干个均布的通孔112-1。

优选地，磁搅拌机构21内部设置有存储箱217、转动机构和3组旋转磁子机构218；存储箱217设置有排渣口211和中空三角锥台217-1，中空三角锥台217-1的小端口朝上；转动机构包括相互啮合的大齿轮214、小齿轮215，小齿轮215通过固定在立板213上的伺服电机A216驱动水平旋转，大齿轮214转动的固定在平台212上，其中，平台212和立板213均固定在磁搅拌机构21的底端上；3组旋转磁子机构218均布在大齿轮214上，且旋转磁子机构包括带有基座218-8的磁子218-7、转动臂A218-4、转动臂B218-5和底板218-6，其中，基座218-8的直径大于磁子218-7的直径；这里的转动臂A218-4通过舵机A218-1驱动转动，转动臂B218-5通过舵机B218-2驱动且相对于转动臂A218-4转动，底板218-6通过舵机C218-3驱动且相对于转动臂B218-5转动，磁子218-7通过底板218-6上的伺服电机B218-9驱动基座218-8而转动；磁搅拌机构21上端还设置有开合门219；磁子218-7上的基座218-8与开合门219配合，保证磁子218-7穿梭开合门219时，废水不会进入磁搅拌机构21的内部，且磁子218-7与中空三角锥台217-1上的小端口配合，保证磁子218-7上絮凝沉淀物被中空三角锥台217-1上的小端口刮下，集中的絮凝沉淀物通过排渣口211排到外部设置的沉淀物储存箱并集中处理。

优选地，下水机构3包括底板32和密封活动门31，所述密封活动门31包括上盖311和下盖312，下盖312外部圆周上固定有若干个可转动的轴承314，上盖311内壁与轴承314滚动配合；上盖311上端设置有若干个液压缸313，液压缸313上的液压杆固定在下盖312外部，当液压缸313启动时，上盖311相对于下盖312向上运动。

优选地，集油单元5包括带支撑架的皮带输送机51、刮油板52和集油箱53，刮油板52与集油箱53通过导油口521连通，集油箱53下方设置有出油口55；集油单元5还设置有保温壁54；保温壁54避开疏水膜7，且皮带输送机51能够靠着疏水膜7，使得焦油落在皮带输送机51上，刮油板52固定在集油单元5上，对皮带输送机51上的焦油进行刮取，焦油流进集油箱53中通过出油口55回炉利用。

结合上述，聚合氯化铝铁在加入之前，和四氧化三铁细小颗粒按质量比30:1的比例混合复配并加入到体系中。其中聚合氯化铝铁是作絮凝剂，其中分散的四氧化三铁细小颗粒是磁性物质，在搅拌的作用下会被均分的分散在整个废水中，会被包覆在成团的絮凝沉淀物中，从而能被磁子218-7吸附处理。而下水机构3设置成可伸缩开合结构，是为絮凝、破乳时营造一个封闭的空间，同时又能连接下部磁搅拌、膜分离，解决了搅拌单元1与磁搅拌单元2之间的连通与密封问题。同时，利用絮凝、破乳过程中产生的带磁性的成团絮凝沉淀物，因为磁性的关系被吸附到磁子218-7上，从而将废水中产生的成团絮凝沉淀物进行去除，省去了普通工艺中的沉淀池和过滤池，节约成本和占地面积。

更为具体地，本发明实施例使用时的过程如下：

S1、搅拌单元1中洗焦废水的絮凝和破乳处理：向洗焦废水中添加50mg/L聚合氯化铝铁溶液和30mg/L反相破乳剂，搅拌均匀，絮凝沉淀充分，得到二次洗焦废水；此时，如图5，打开密封活动门31，二次洗焦废水通过上盖311与下盖312之间的空腔流进磁搅拌单元2中；

S2、二次洗焦废水处理：通过磁搅拌机构21对步骤S1中产生的絮凝沉淀物进行磁吸附，磁吸附处理完全，并将磁吸附后的絮凝沉淀物排出和集中存储处理；具体的磁吸附过程是：大齿轮214上均布有3组旋转磁子机构218，其中一组旋转磁子机构218中磁子218-7借助转动臂A218-4通过舵机A218-1驱动转动、转动臂B218-5通过舵机B218-2驱动且相对于转动臂A218-4转动、底板218-6通过舵机C218-3驱动且相对于转动臂B218-5转动，完成磁子218-7穿梭开合门219的动作，磁子218-7上的基座218-8能与开合门219处的开口密封转动配合，然后通过底板218-6上的伺服电机B218-9驱动基座218-8而带动磁子218-7转动。一定时间后，磁子218-7上吸附有带四氧化三铁微米级颗粒的絮凝沉淀物，然后磁子218-7缩回进入磁搅拌机构21内，在缩回过程中开合门219配合关闭，保证废水不会流进磁搅拌机构21内。然后，伺服电机A216带动小齿轮215，小齿轮215带动大齿轮214转动，将带有絮凝沉淀物的磁子218-7转动到存储箱217设置中空三角锥台217-1上方，然后借助转动臂A218-4通过舵机A218-1驱动转动、转动臂B218-5通过舵机B218-2驱动且相对于转动臂A218-4转动、底板218-6通过舵机C218-3驱动且相对于转动臂B218-5转动，完成磁子218-7在中空三角锥台217-1上的小端口间的刮取动作，然后磁子218-7收回，与此同时，下一组旋转磁子机构218重复上述吸附过程中，然后转动到存储箱217设置中空三角锥台217-1上方，完成上述刮取动作。以此类推，实现3组旋转磁子机构218的连续运作，提高工作效率。存储箱217中积攒的絮凝沉淀物通过排渣口211排出集中处理。

同时，采用亲水膜和疏水膜对洗焦废水进行过滤处理，并分别得到第一废水和二次焦油，实现对悬浮物的过滤分离；这里的亲水膜只允许水通过，疏水膜只允许油通过；

S3、将步骤S2中的第一废水依次进行厌氧、缺氧和好氧处理，得到回收水，并将回收水用于生物质气化洗焦，实现回收水的再利用；

S4、将步骤S2中的二次焦油进行刮取集中并回炉处理。

本发明用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。