焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统
技术领域
本实用新型属于固体废物治理技术领域，具体涉及一种焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统。
背景技术
在焦化制备煤气、焦炭及煤焦油等过程中，会有大量工业固废产生；其中在焦化生产过程中，在工艺单元中会产生0.1％的焦油渣，在焦化废水处理单元中会产生有大约0.2％左右的生化污泥。多数企业未能对大量产生的污泥和焦油渣进行合理的回收和利用。
目前的焦化领域资源化利用技术中，对于焦化废水污泥，由于其成分复杂，含有无机物、有毒有害物质(如微生物、有机物)以及油泥，是一种复杂流变半干性固体废弃物，针对该焦化废水污泥一般采用物理化学方法，板框压力简单脱水后放到堆煤场地堆置作为配煤添加剂或者送至固废填埋场填埋；对于焦油渣，来源有三类，一是来源于机械化焦油氨水澄清槽，由于相对密度较大，煤焦油渣沉集在澄清槽底部，通过刮板机呈半固体状态连续排出，是焦化厂中煤焦油渣的主要来源；二是经自然沉降后的焦油，为除去其中更细微的细渣，用超级离心机进一步对其进行分离，分离出来为含渣量较高的半液体状的煤焦油渣；其余为焦油贮槽自然沉降后的清槽煤焦油渣，稠度介于机械化澄清槽焦油渣和超级离心机焦油渣之间，一般采用方式是将这三种来源的焦油渣直接和型煤混合作为配煤粘合剂或者作为燃料燃烧。
上述处理方法存在如下问题：
(1)焦化废水污泥含有大量无机成分(如硫酸盐、含铝聚合物等)，将其配入炼焦煤中掺混不匀会对焦炭质量产生明显的影响；
(2)焦油渣的黏稠性和组分的波动性，会导致油渣粘结在皮带运输机及皮带托辊上，导致煤料配煤过程中的不均匀，而焦油渣组分的波动性使得配料难以精准从而造成焦炭质量不稳定，也使焦炉的热负荷增加。
(3)因焦化废水污泥以及焦油渣中存在大量的多环芳烃(如多环芳烃、苯)，在作为燃料或者配煤添加剂在不完全燃烧中会产生大量有毒有害气体，造成焦化厂大气达标排放增加处理难度和处理成本。
目前针对这两种固体废弃物的处理方式，并不能达到环境友好绿色可持续的资源化利用，最终处理的污染去向无法有效保证，无法满足生产和环保的需要。
实用新型内容
本实用新型涉及一种焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本实用新型及一种焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统，包括通过物料转运单元依次衔接的废料混合单元、成型单元、炭化炉和活化反应塔；
还包括用于降低焦化废水污泥含水率的污泥预处理单元以及用于降低焦油渣含水率的焦油渣预处理单元，所述污泥预处理单元的脱水污泥出口及所述焦油渣预处理单元的脱水焦油渣出口分别通过螺旋输送机与所述废料混合单元的物料入口衔接。
作为实施例之一，所述污泥预处理单元包括预处理反应器、叠螺机和污泥干化机，所述预处理反应器配置有酸碱调节剂料仓、离子絮凝剂料仓、无机盐预处理剂料仓以及第一破乳剂料仓，所述叠螺机的物料入口通过浆液输送管与所述预处理反应器衔接，所述叠螺机的污泥出口通过带式输送机与所述污泥干化机衔接。
作为实施例之一，所述叠螺机入口侧设置有絮凝池，所述预处理反应器通过所述浆液输送管与所述絮凝池连接。
作为实施例之一，所述焦油渣预处理单元包括调质破乳反应器和渣浆干化机，所述调质破乳反应器配置有刮板搅拌机构、第二破乳剂料仓以及用于对焦油渣进行加热的渣液加热机构。
作为实施例之一，所述炭化炉配置有尾气处理管路，于所述尾气处理管路上依次布置有尾气降温机构和尾气催化反应器。
作为实施例之一，所述尾气催化反应器内设有活性炭催化床和用于对所述活性炭催化床进行加热的电加热单元，所述活性炭催化床上负载有稀有重金属。
作为实施例之一，于所述尾气处理管路上还布置有引风机，所述炭化炉内设有用于检测炉内气体中有机物苯含量的气体检测单元，所述气体检测单元与所述引风机联锁控制。
作为实施例之一，所述污泥预处理单元包括污泥干化机，所述焦油渣预处理单元包括渣浆干化机，所述污泥干化机及所述渣浆干化机的废气出口均与所述尾气催化反应器连通。
作为实施例之一，所述尾气催化反应器出口侧还连接有活性炭吸附器。
作为实施例之一，所述炭化炉与所述活化反应塔之间还设有浸渍设备。
本实用新型实施例至少具有如下有益效果：
本实用新型提供的系统，将脱水后的焦化废水污泥和焦油渣混合并成型处理，以制取活性炭，焦化废水脱水污泥可作为焦油渣的炭基骨架结构，可提高焦油渣骨架结构的松散度，增加制取的活性炭的疏松度及比表面积，与此同时，实现了焦化废水污泥和焦油渣的协同处理，解决了焦化领域的主要固体废物的处理难题，可使焦化废水污泥和焦油渣变废为宝，制取的高吸附性活性炭应用范围广，具有较高的经济效益，实现了焦化废水污泥和焦油渣的资源化利用及无害化处理。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例一
如图1，本实用新型实施例提供一种焦化废水污泥与焦油渣协同处理方法，包括：
S1，对焦化废水污泥和焦油渣进行预处理，使所述焦化废水污泥的含水率降至30％～50％，使所述焦油渣的含水率降至70％～93％；
S2，将脱水污泥和脱水焦油渣混合并成型处理，得到成型混合物；
S3，所述成型混合物作为原料制取活性炭。
上述方法中，对焦化废水污泥的预处理主要是为了对污泥进行脱水，在其中一个实施例中，使焦化废水污泥的含水率降至40％左右。作为优选的方案，S1中，焦化废水污泥的预处理方法包括：
S111，向焦化废水污泥中投加酸碱调节剂、离子絮凝剂、无机盐预处理剂以及破乳剂，对焦化废水污泥进行预缩水处理；其中，加入的离子絮凝剂主要是PAC(聚合氯化铝，Polyaluminium Chloride)及PAM(聚丙烯酰胺，Polyscrylamide)药剂；上述无机盐预处理剂优选采用ZnCl2；上述破乳剂优选采用以过硫酸盐类为主成分的复配溶液；上述酸碱调节剂则可采用常用的酸碱调节化合物。无机盐预处理剂ZnCl2以及破乳剂的投加量根据实际溶液固液比以及污泥成分进行调整，投加质量比范围在1～5％。通过以上pH调节、絮凝、油态预处理方式对污泥进行缩水、蓬松预处理，达到较好的预缩水处理效果。
S112，向预缩水处理后的焦化废水污泥中加入絮凝剂，再进入叠螺机102中进行游动环层型螺旋脱水压滤，使污泥含水率降低至75％～88％；其中，絮凝剂仍主要采用PAC和PAM，可先加入PAC药剂，投加量为20～40mg/L，进行有效助凝，再加入PAM药剂，投加量为40～80mg/L，形成稳定矾花，便于后续脱水压滤。本实施例中，经叠螺机102脱水压滤后，可将焦化废水污泥压滤至含水率83％～85％。在其中一个实施例中，分离后的上层清液通过叠螺机102下方清液收集罐回流至焦化场内废水处理系统中，减少废水排放。废水污泥在叠螺机102中进行游动环层型螺旋脱水压滤，废水污泥沉淀和固液分离的效果明显，有利于后续的污泥干化，且能避免污泥堵塞叠螺机102管口的情况。
S113，使经S102处理后的焦化废水污泥与热空气接触，进行干化处理，使焦化废水污泥的含水率降至30％～50％，得到所述脱水污泥。上述干化处理过程可在污泥干化机103中进行，其优选为采用低温热源干化机，使焦化废水污泥与低温空气直接接触换热；所采用的热空气可以是经由空气热泵产生的温度在80℃～120℃之间的干燥空气，进一步可根据污泥的干化能力及其在设备中的停留时间进行调整。如上所述，上述脱水污泥的含水率优选为在40％左右。
在进一步优选的方案中，焦化废水污泥干化过程中产生的有机气体(含有一定量苯及多环芳烃类)进入尾气催化反应器701中，尾气催化反应器701中填充一定的负载稀有重金属(镧、Ce等)活性炭催化床和可对活性炭催化床进行加热的电加热单元，该电加热单元例如可以是电热板，在活性炭催化床富集一定量有毒气体后通过该电加热单元加温到200℃左右，将富集在催化床上的有毒气体进行催化燃烧分解。该尾气催化反应器701可将有机气体去除率在98％以上，剩余2％未分解的气体则被后续活性炭吸附器702吸附，也即该尾气催化反应器701之后连接有活性炭吸附器702。
上述方法中，对焦油渣的预处理主要是为了对焦油渣进行脱水，在其中一个实施例中，使焦油渣的含水率降至82～85％。作为优选的方案，S1中，焦油渣的预处理方法包括：
S121，对焦油渣进行加热搅拌，调节焦油渣流动性至均质状态，保证焦油渣干化后的分散性，搅拌过程中向焦油渣中加入破乳剂；在其中一个实施例中，该步骤在调质破乳反应器201中进行，可通过设置在调质破乳反应器201中的电加热器等实现对焦油渣的加热，优选为在75℃～90℃温度下对焦油渣进行搅拌，调节焦油渣流动性至均质状态。在搅拌过程中加入破乳剂，可改善焦油渣乳化状态，增加油水分离。该破乳剂同样可采用以过硫酸盐类为主成分的复配溶液。进一步优选地，该调质破乳反应器201为半封闭装置，在搅拌过程中保持微负压状态，加热搅拌过程中产生的尾气同样可采用尾气催化反应器701进行处理，例如可与上述焦化废水污泥干化过程中产生的有机气体一并引入至同一尾气催化反应器701中，保证加热搅拌中挥发性有机物不会泄露到周围空气中。
S122，将流动态焦油渣与热空气接触，进行干化处理，使焦油渣的含水率降至70％～93％，得到所述脱水焦油渣。上述干化处理过程可在渣浆干化机202中进行，其优选为采用低温热源干化机，使焦油渣与低温空气直接接触换热；所采用的热空气可以是经由空气热泵产生的温度在80℃～120℃之间的干燥空气，进一步可根据焦油渣的干化能力及其在设备中的停留时间进行调整。如上所述，上述脱水焦油渣的含水率优选为在82～85％左右。
接续上述方法，S2，对于脱水污泥和脱水焦油渣的混合比例，本实施例中控制在1:3～1:5范围内，可根据实际的脱水污泥含水率、脱水焦油渣含水率等因素进行设计及调整，比例设定的依据主要在于：脱水污泥在混合物中应起到焦油渣的炭基骨架作用，并且具有一定的松散度，以增加制取的活性炭的疏松度及比表面积。对于混合物的成型处理，可采用常规的物料成型工艺，例如制球、压块等，本实施例中，该混合物送入固化机中进行压制成型。
接续上述方法，S3中，所述成型混合物作为原料制取活性炭的方法包括：
S301，将成型混合物送入炭化炉500中进行高温炭化，得到中间炭化物，其中，炭化炉500内温度控制在600～850℃，成型混合物在所述炭化炉500内的停留时间控制在4～7h；
S302，将所述中间炭化物进行活化剂的浸渍，再进行活化处理，得到活化物；在其中一个实施例中，活化剂采用40％磷酸溶液，其与上述中间炭化物按照质量比0.8:4的比例浸渍1d，当然，磷酸溶液的浓度略作调整以及与中间炭化物的比例略作调整、浸渍时间的微调等都是可行的，此处不作一一例举。对于上述的活化处理，优选为在活化反应塔600中进行，在其中一个实施例中，活化温度在650～700℃范围内，活化时间在3h以内，可避免活化时间过长而导致活性炭内部微晶炭结构孔壁被烧掉进而使原本形成的微孔结构坍塌的情况。
S303，将所述活化物进行酸洗和水洗，烘干后得到活性炭。其中，对活化物的酸洗和水洗可为常规的酸洗操作及水洗操作，此处从略。
本实施例提供的方法，将脱水后的焦化废水污泥和焦油渣混合并成型处理，以制取活性炭，焦化废水脱水污泥可作为焦油渣的炭基骨架结构，可提高焦油渣骨架结构的松散度，增加制取的活性炭的疏松度及比表面积，与此同时，实现了焦化废水污泥和焦油渣的协同处理，解决了焦化领域的主要固体废物的处理难题，可使焦化废水污泥和焦油渣变废为宝，制取的高吸附性活性炭应用范围广，具有较高的经济效益，实现了焦化废水污泥和焦油渣的资源化利用及无害化处理。
实施例二
如图1，本实用新型实施例提供一种焦化废水污泥与焦油渣协同处理系统，包括通过物料转运单元依次衔接的废料混合单元300、成型单元400、炭化炉500和活化反应塔600；进一步还包括用于降低焦化废水污泥含水率的污泥预处理单元以及用于降低焦油渣含水率的焦油渣预处理单元，所述污泥预处理单元的脱水污泥出口及所述焦油渣预处理单元的脱水焦油渣出口分别通过螺旋输送机与所述废料混合单元300的物料入口衔接。
如上述实施例一所提及的，该污泥预处理单元主要用于降低焦化废水污泥的含水率，优选为将焦化废水污泥的含水率降至30％～50％，进一步优选使焦化废水污泥脱水至含水率在40％左右的脱水污泥。在其中一个实施例中，如图1，该污泥预处理单元包括预处理反应器101、叠螺机102和污泥干化机103。该预处理反应器101配置有酸碱调节剂料仓、离子絮凝剂料仓、无机盐预处理剂料仓以及第一破乳剂料仓，所述叠螺机102的物料入口通过浆液输送管与所述预处理反应器101衔接，所述叠螺机102的污泥出口通过带式输送机与所述污泥干化机103衔接。通过酸碱调节剂料仓、离子絮凝剂料仓、无机盐预处理剂料仓以及第一破乳剂料仓分别向焦化废水污泥中投加酸碱调节剂、离子絮凝剂、无机盐预处理剂以及破乳剂，对焦化废水污泥进行预缩水处理；其中，加入的离子絮凝剂主要是PAC(聚合氯化铝，Polyaluminium Chloride)及PAM(聚丙烯酰胺，Polyscrylamide)药剂；上述无机盐预处理剂优选采用ZnCl2；上述破乳剂优选采用以过硫酸盐类为主成分的复配溶液；上述酸碱调节剂则可采用常用的酸碱调节化合物。通过以上pH调节、絮凝、油态预处理方式对污泥进行缩水、蓬松预处理，达到较好的预缩水处理效果。进一步优选地，上述预处理反应器101自下而上依次为下层反应区、搅拌器和加药装置，该加药装置上方可对应配置上述酸碱调节剂料仓、离子絮凝剂料仓、无机盐预处理剂料仓以及第一破乳剂料仓，各料仓可位于同一加药箱内，例如通过隔板分隔；该预处理反应器101优选为采用耐腐蚀合金钢制备。
进一步地，在上述叠螺机102入口侧还可设置絮凝池，可向该絮凝池中加入絮凝剂，利于叠螺机102中的脱水压滤操作。其中，絮凝剂仍主要采用PAC和PAM，可先加入PAC药剂，投加量为20～40mg/L，进行有效助凝，再加入PAM药剂，投加量为40～80mg/L，形成稳定矾花，便于后续脱水压滤。本实施例中，经叠螺机102脱水压滤后，可将焦化废水污泥压滤至含水率83％～85％。在其中一个实施例中，分离后的上层清液通过叠螺机102下方清液收集罐回流至焦化场内废水处理系统中，减少废水排放。废水污泥在叠螺机102中进行游动环层型螺旋脱水压滤，废水污泥沉淀和固液分离的效果明显，有利于后续的污泥干化，且能避免污泥堵塞叠螺机102管口的情况。
上述污泥干化机103优选为采用低温热源干化机，使焦化废水污泥与低温空气直接接触换热；所采用的热空气可以是经由空气热泵产生的温度在80℃～120℃之间的干燥空气。也即该污泥干化机103连接有第一低温空气供管，该第一低温空气供管连接至空气热泵。
如上述实施例一所提及的，上述焦油渣预处理单元主要用于降低焦油渣的含水率，优选为将焦油渣的含水率降至70％～93％，进一步优选使焦油渣脱水至含水率在82～85％的脱水焦油渣。在其中一个实施例中，如图1，该焦油渣预处理单元包括调质破乳反应器201和渣浆干化机202，所述调质破乳反应器201配置有刮板搅拌机构、第二破乳剂料仓以及用于对焦油渣进行加热的渣液加热机构。该渣液加热机构可以是设置在调质破乳反应器201中的电加热器等电加热设备，实现对焦油渣的加热，优选为在75℃～90℃温度下对焦油渣进行搅拌，调节焦油渣流动性至均质状态。该第二破乳剂料仓可在搅拌过程中向焦油渣中加入破乳剂，可改善焦油渣乳化状态，增加油水分离。该破乳剂同样可采用以过硫酸盐类为主成分的复配溶液。
上述渣浆干化机202优选为采用低温热源干化机，使焦油渣与低温空气直接接触换热；所采用的热空气可以是经由空气热泵产生的温度在80℃～120℃之间的干燥空气。也即该渣浆干化机202连接有第二低温空气供管，该第二低温空气供管连接至空气热泵；其中，该第二低温空气供管可与上述的第一低温空气供管共用一空气热泵。
在另外的实施例中，焦化废水污泥的干化与焦油渣的干化在同一干化设备中进行，二者可同期进行、也可分期进行，也即上述渣浆干化机202与上述污泥干化机103为同一低温热源干化机。
上述废料混合单元300用于使脱水污泥和脱水焦油渣混合，也即上述污泥干化机103的脱水污泥出口及上述渣浆干化机202的脱水焦油渣出口分别通过螺旋输送机与该废料混合单元300的物料入口衔接。本实施例中，该废料混合单元300包括计量电子秤、搅拌制备机及其配套罐体等，其中螺旋输送机中输送叶片和搅拌器叶片上设置多条防粘结链条，搅拌制备机中下料口设置多套破拱装置，防止输送及搅拌过程中焦油渣粘连在设备上。
对于上述的成型单元400，可采用常规的物料成型设备，例如制球机、压块机等，本实施例中，该成型单元400包括固化机，混合物送入该固化机中进行压制成型。
炭化炉500及活化反应塔600均为现有设备，其具体结构此处不作赘述。进一步优选地，在炭化炉500与活化反应塔600之间还设有浸渍设备，例如采用浸渍池、浸渍槽等，用于对炭化炉500排出的中间炭化物进行活化剂的浸渍，保证在活化反应塔600中的活化处理效果。在其中一个实施例中，活化剂采用40％磷酸溶液，其与上述中间炭化物按照质量比0.8:4的比例浸渍1d，即该浸渍设备连接有活化剂供管。
进一步优选地，上述系统还包括酸洗设备和水洗设备，用于对活化反应塔600产生的活化物进行酸洗和水洗，即上述活化反应塔600的活化物出口通过物料转运单元衔接有酸洗设备和水洗设备，该物料转运单元例如可以是皮带输送机等，活化物的酸洗和水洗可为常规的酸洗操作及水洗操作，即上述酸洗设备和水洗设备为活性炭制备领域常规设备，具体结构此处不作赘述。
进一步优化上述系统，如图1，所述炭化炉500配置有尾气处理管路，于所述尾气处理管路上依次布置有尾气降温机构和尾气催化反应器701。通过该尾气处理管路可对炭化炉500中产生的废气进行处理，实现无害化排放；其中，尾气降温机构可以是水冷降温机构，例如采用水冷塔，或者采用其它的换热器，通过该尾气降温机构优选为使废气温度降低至200℃左右后中引入至尾气催化反应器701中进行催化燃烧。
在进一步有效的实施例中，在炭化炉500内设有用于检测炉内气体中有机物苯含量的气体检测单元，在尾气处理管路上布置有引风机，气体检测单元与引风机联锁控制，对于二者的联锁控制，为常规的自动化控制方式，无需另外编程，这是本领域技术人员容易设计的，此处不作赘述。当检测到炭化炉500中气体有机物苯含量达到预设值时，通过上述引风机将炭化炉500中气体引入尾气处理管路中进行处理。
进一步优选地，上述尾气催化反应器701中设有活性炭催化床和用于对活性炭催化床进行加热的电加热单元，活性炭催化床上负载有稀有重金属(镧、Ce等)。该电加热单元例如可以是电热板，在活性炭催化床富集一定量有毒气体后通过该电加热单元加温到200℃左右，将富集在催化床上的有毒气体进行催化燃烧分解。该尾气催化反应器701可将有机气体去除率在98％以上，剩余2％未分解的气体则被后续活性炭吸附器702吸附，也即该尾气催化反应器701之后连接有活性炭吸附器702。
在可选的实施例中，焦化废水污泥干化过程及焦油渣干化过程中产生的废气也可引入至上述尾气催化反应器701中进行处理，即上述的污泥干化机103及渣浆干化机202的废气出口均与所述尾气催化反应器701连通。当然，焦化废水污泥干化过程及焦油渣干化过程中产生的废气也可单独进行处理，此处不作展开。
进一步优选地，上述调质破乳反应器201为半封闭装置，在搅拌过程中保持微负压状态，加热搅拌过程中产生的尾气同样可采用尾气催化反应器701进行处理，保证加热搅拌中挥发性有机物不会泄露到周围空气中；例如该调质破乳反应器201的尾气出口管旁接至上述尾气处理管路上。
显然地，上述实施例一与上述实施例二均是为焦化废水污泥与焦油渣协同处理而设计的方案，二者的相关部分内容可以相互补充及相互支持。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
