專利名稱：城市污水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程中廢水、廢氣、廢渣處理與綜合利用的新型生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光明日報(bào)及其他報(bào)紙?jiān)?004年7月都轉(zhuǎn)載了國家環(huán)?？偩指本珠L汪紀(jì)戎向媒體通報(bào)的我國城市污水處理廠運(yùn)行情況專項(xiàng)檢查所發(fā)現(xiàn)的問題受檢查的532座污水處理廠，有275座非正常運(yùn)行，占51.7％。其中，43座基本沒有正常運(yùn)行，占8.1％；運(yùn)行負(fù)荷不足30％的121座，占22.7％；出水超標(biāo)的111座，占20.9％，平均超標(biāo)天數(shù)為152天。這532座污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力為145.6億噸，而實(shí)際處理能力95.9億噸，僅為設(shè)計(jì)能力的65.9％；超標(biāo)排污的111座污水處理廠中，總磷和總氮超標(biāo)的占60％以上，成為主要的污染因子。盡管造成上述問題的原因是多方面的，但污水處理過程的投資與運(yùn)行費(fèi)用高是問題的關(guān)鍵。完全由市政來承擔(dān)污水處理費(fèi)用比較困難，而由營運(yùn)公司來承擔(dān)又存在收費(fèi)渠道不暢通的問題，因而操作困難較大。因此，從根本上解決污水處理問題就必須研制出投資小、運(yùn)行費(fèi)用低的工藝設(shè)備，并在管理和環(huán)境法規(guī)的執(zhí)行方面下功夫。
同時(shí)，國家環(huán)?？偩衷趪噎h(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市環(huán)境管理和綜合整治年度報(bào)告中首次公布了我國十大空氣污染城市名單，其中大多數(shù)為煤炭和能源工業(yè)集中的城市，二氧化硫成為區(qū)域內(nèi)重要污染因子。與其相對應(yīng)的工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生量也較多，特別是粉煤灰等工業(yè)廢棄物的產(chǎn)量占有重要地位，如何減少大氣污染程度，充分利用工業(yè)廢棄物，并且將水、氣、渣的處理結(jié)合于一體，是本發(fā)明的基本出發(fā)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種減少大氣污染，充分利用工業(yè)廢棄物，并且將水、氣、渣的處理結(jié)合于一體的城市污水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，物質(zhì)的循環(huán)、能量的流動、信息的傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能。本發(fā)明所提出的城市污水處理與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化技術(shù)與裝備正是基于生態(tài)學(xué)原理而開發(fā)的生態(tài)處理系統(tǒng)。其基本工藝過程簡述如下城市污水，即含工業(yè)污水處理后達(dá)標(biāo)排放部分，收集輸送到具有燃煤煙氣來源的地區(qū)，作為待處理的污水，同時(shí)進(jìn)行均質(zhì)與調(diào)節(jié)；該污水然后進(jìn)入預(yù)處理階段，利用煙氣脫硫過程中副產(chǎn)的無機(jī)鐵鹽混凝劑進(jìn)行混凝處理，我們已經(jīng)申請專利，專利號ZL00101556.7，脫除懸浮顆粒性污染物及膠體污染物后，準(zhǔn)備進(jìn)入生態(tài)處理系統(tǒng)；該生態(tài)處理系統(tǒng)采用植物—微生物互生處理系統(tǒng)，并且為了保證在冬季正常運(yùn)行，采用透光溫室22結(jié)構(gòu)形式，保溫利用燃煤脫硫后的氣體，既可達(dá)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(shí)還可以為微生物生長提供氧氣，處理系統(tǒng)采用間歇布水方式時(shí)，生物膜可從煙氣中吸收氧，而該處理系統(tǒng)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后制成的，最后，該裝置還副產(chǎn)濕地植物類產(chǎn)品21經(jīng)濟(jì)草，花卉，等等；經(jīng)過該系統(tǒng)處理后的水可以有下列用途農(nóng)業(yè)用水，林業(yè)用水，城市綠化用水，建筑用水，經(jīng)過深度處理含可以用于工業(yè)循環(huán)冷卻水及特定工業(yè)用水，對于緩解我國水資源短缺具有重要意義；該處理系統(tǒng)所用的填料20為粒狀，直徑在3-10毫米之間，材質(zhì)為以粉煤灰為主，另用水泥作為固化劑制備成的多孔狀惰性物質(zhì)，是用燃煤廢渣粉煤灰與水泥按3∶1-6∶1的比例混合后制成的；具有良好的生物附著力及較大的比表面積，同時(shí)也有利于氧的傳遞；該系統(tǒng)中用于冬季保溫的氣體溫度在30-40℃，來源于燃煤煙氣脫硫后的尾氣，含有5-10％的氧氣和4-8％的二氧化碳，冬季可以保證生態(tài)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(jìn)光合作用的進(jìn)行，晚上為植物及微生物提供一定的氧，促進(jìn)其呼吸過程，促進(jìn)有機(jī)物的分解過程；該系統(tǒng)所依托的燃煤系統(tǒng)，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(jīng)成為我國大氣污染及酸雨的最大污染因子，我們已經(jīng)開發(fā)了資源回收法煙氣脫硫技術(shù)，專利號ZL00101556.7，利用工業(yè)廢鐵屑作為脫硫劑，副產(chǎn)以硫酸鐵為主要組份的無機(jī)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，用于污水處理中需要大量使用的混凝過程；燃煤系統(tǒng)排放的粉煤灰用于填料的生產(chǎn)，是本發(fā)明的又一重要特點(diǎn)，它是利用工業(yè)廢棄物實(shí)現(xiàn)資源化的典型過程，粉煤灰的化學(xué)穩(wěn)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(guī)格的顆粒性填料，可代替目前廣泛應(yīng)用的陶粒填料。
在該系統(tǒng)中，污水的布水方式根據(jù)處理情況可以靈活調(diào)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，夏季采用表面布水，冬季采用凍土層以下布水，三是布水周期可以變化每天布水1-4次。通過上述調(diào)整，達(dá)到最佳氧利用效果和污水處理效果；在該系統(tǒng)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(chǎn)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；由于溫度的控制及水份養(yǎng)分的充足，植物生長迅速，可以獲得有價(jià)值的副產(chǎn)物。
該系統(tǒng)所引入的微生物除了常規(guī)微生物以外，還有可以快速降解污染物的特殊菌種與基因工程菌種，能夠?qū)崿F(xiàn)快速處理污水的目的，減少整個(gè)生態(tài)處理設(shè)施的占地面積。
該發(fā)明的主要設(shè)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污水處理裝置三個(gè)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制備裝置兩部分。煙氣脫硫裝置廢氣管路經(jīng)氣泵2與吸收塔擋板下部塔壁相連接。兩個(gè)吸收塔5以串連方式連接，其中通氣管路下進(jìn)上出，通水管路上進(jìn)下出。第二個(gè)吸收塔的出氣口與除沫器1經(jīng)管路相連，除沫器的排氣經(jīng)管路輸入到生態(tài)處理單元中23。硫酸亞鐵制備裝置第一個(gè)吸收塔的吸收液排液管與加藥槽7出水管共同進(jìn)入混合器8中，混合后液體經(jīng)管路進(jìn)入沉淀池9。沉淀池底部泥斗經(jīng)管路與脫水機(jī)19相連，沉淀后上清液經(jīng)溢流口處管路進(jìn)入鐵屑反應(yīng)器11。反應(yīng)裝置出水與脫水機(jī)10相連，脫水后的液體再次進(jìn)入鐵屑反應(yīng)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(jì)量器30上。粉煤灰倉25和水泥倉31分別與粉煤灰計(jì)量器26和水泥計(jì)量器32相連。粉煤灰計(jì)量器、水泥計(jì)量器和添加劑計(jì)量器經(jīng)管路共同與均化混合裝置27連接，裝置上部布設(shè)生態(tài)處理裝置的中水回用管?；旌暇b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(jīng)管路運(yùn)抵分選器34，分選后輸入生態(tài)處理單元23。
c.污水處理裝置。污水經(jīng)污水管到達(dá)格柵14，格柵底部的污水口經(jīng)管路到達(dá)污水泵15。污水泵經(jīng)管路連接到沉淀池16上部，沉淀上清液經(jīng)溢流由管路傳輸至混凝裝置17?；炷b置上部布設(shè)有煙氣脫硫系統(tǒng)中制備的硫酸亞鐵蓄凝劑添加管，混凝后，上清液經(jīng)溢出口流入二沉池18。二沉池的上清液經(jīng)出水管路通入生態(tài)處理單元23中填料層下10厘米處。沉淀池、混凝池和二沉池底部都有排泥系統(tǒng)，污泥經(jīng)污泥管路進(jìn)入脫水機(jī)19，處理后，泥餅排出，污水排出管路連接到二沉池18上部。生態(tài)處理單元23出水管在填料上部，出水管經(jīng)水泵24連接至市政中水網(wǎng)絡(luò)、煙氣脫硫裝置和粉煤灰加工裝置。
這三個(gè)裝置在生態(tài)處理單元中實(shí)現(xiàn)結(jié)合。二氧化硫凈化氣體為生態(tài)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濕地提供了填料，污水為濕地系統(tǒng)提供水源。同時(shí)，處理之后的回用水可用做SO2吸收液，也可以作為城市綠化、洗車、沖廁用水，解決我國水資源不足問題。
本發(fā)明所能達(dá)到的有益效果是城市污水的生態(tài)化處理及回用，原水COD＝300-500mg/l，處理后COD小于50mg/l，達(dá)到國家中水回用標(biāo)準(zhǔn)；污水處理的占地面積為0.5平米/噸水，天；日處理10萬噸污水占地面積為5萬平米；建筑費(fèi)用按照2000元/平米占地面積計(jì)算，建筑投資為1億元，而常規(guī)污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(shù)噸水耗電量僅為0.1KWH，無需曝氣，因此處理運(yùn)行費(fèi)可以控制在0.1-0.2元/噸水，而常規(guī)城市污水處理運(yùn)行費(fèi)在0.5-0.8元/噸水，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)4-5倍；該技術(shù)可以回收植物性副產(chǎn)物，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值隨品種不同而異；該技術(shù)可回收中水，用于各種不同的目標(biāo)，噸水收益可以達(dá)到0.3-0.5元；該工藝技術(shù)可以解決粉煤灰的堆放問題，減少占地5萬平方米，每平方米按照10元計(jì)算，節(jié)約土地費(fèi)50萬元，其間接經(jīng)濟(jì)效益無法估量；更重要的是，采用了經(jīng)濟(jì)有效地處理技術(shù)，使城市污水處理率、處理達(dá)標(biāo)率和回用率都有極大提高，保護(hù)了我國水環(huán)境及大氣環(huán)境，帶來極大的環(huán)境和社會效益。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
圖1為本發(fā)明的城市污水處理、電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化組合裝置。
圖2為本發(fā)明的粉煤灰加工填料加工裝置細(xì)化圖。
圖3為本發(fā)明的廢渣、廢氣處理流程圖。
圖4為本發(fā)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.沉淀池，10.脫水機(jī)，11.鐵屑反應(yīng)器，12.吸收液槽，13.FeSO4液泵，14.格柵，15.污水泵，16.沉淀池，17.混凝裝置，18.二沉池，19.脫水機(jī)，20.填料，21.濕地植物，22.透光溫室，23.生態(tài)處理單元，24.水泵，25.粉煤灰倉，26.粉煤灰計(jì)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(jì)量器，31.水泥倉，32.水泥計(jì)量器，33.固化器，34.分選器。
具體實(shí)施例方式
設(shè)計(jì)依據(jù)日處理水量10萬噸；原水COD濃度400mg/l；處理后COD濃度50mg/l煙氣二氧化硫濃度500mg/標(biāo)準(zhǔn)立方米；脫硫后煙氣二氧化硫濃度50mg/標(biāo)準(zhǔn)立方米；煙氣脫硫前溫度70-100℃；煙氣脫硫后溫度30-40℃；生態(tài)處理單元溫度夏季30-35℃；冬季25-30℃；工藝參數(shù)計(jì)算1.沉淀池16停留時(shí)間4小時(shí)，1.7萬立方米，建于生態(tài)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(yīng)器停留時(shí)間0.2小時(shí)；800立方米；二沉池18停留時(shí)間1.5小時(shí)斜板，容積6250立方米，建于生態(tài)處理單元下。
3.生態(tài)處理單元停留時(shí)間24小時(shí)；有效容積10萬立方米；有效水深2.0米，占地面積5萬平米；建于其下的污水調(diào)節(jié)池水深2米，有效水深1.7米，1.7萬立方米/1.7米＝10000平米；建于其下的混凝沉降池深度為2米，有效水深1.7米，占地面積6250/2＝3125平米；生態(tài)處理單元為半地下結(jié)構(gòu)，總高度7米；地下3米，地上4米；7米總高度中，調(diào)節(jié)池等占2米；生態(tài)處理層2.5米；植物生長層2.5米；生態(tài)處理單元植物生長部分采用鋼梁骨架與透光材料建成。
4.濕地植物21種類濕地經(jīng)濟(jì)植物的種類將根據(jù)各地區(qū)的不同的情況，盡量使用本地的耐污、耐濕且根部輸氧能力強(qiáng)的植物。本實(shí)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?zé)煔饬繛橹参锷L空間12.5萬立方米；煙氣停留時(shí)間2小時(shí)；煙氣需要量6.25萬立方米/小時(shí)；6.煙氣脫硫并制備混凝劑脫除的二氧化硫量計(jì)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(jì)算相當(dāng)于71428摩爾鐵/天，由于混凝劑中鐵與二氧化硫摩爾比為1∶1，所以對應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(tài)處理填料共計(jì)10萬立方米，對密度約為1.0千克/升，需要填料10萬噸，制備填料消耗粉煤灰8萬噸，制成填料粒徑3-6毫米。
權(quán)利要求
1.城市污水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法，其特征在于，a.作為待處理的污水，進(jìn)行均質(zhì)與調(diào)節(jié)；然后進(jìn)入預(yù)處理階段，用煙氣脫硫過程中副產(chǎn)的無機(jī)鐵鹽混凝劑進(jìn)行混凝處理，脫除懸浮顆粒性污染物及膠體污染物后，準(zhǔn)備進(jìn)入生態(tài)處理系統(tǒng)；b.生態(tài)處理系統(tǒng)采用植物-微生物互生處理系統(tǒng)，采用透光溫室(22)結(jié)構(gòu)形式，用燃煤脫硫后的氣體保溫，處理系統(tǒng)采用間歇布水方式，生物膜從煙氣中吸收氧，而該處理系統(tǒng)所用的填料(20)是用燃煤廢渣粉煤灰與水泥按3∶1-6∶1的比例混合后制成的；填料(20)為粒狀，直徑在3-10毫米之間，材質(zhì)為以粉煤灰為主，另用水泥作為固化劑制備成的多孔狀惰性物質(zhì)；源于燃煤煙氣脫硫后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(tài)處理單元的溫度在20-30℃，能夠?yàn)橹参锷L提供充足的二氧化碳，白天促進(jìn)光合作用的進(jìn)行，晚上為植物及微生物提供一定的氧，促進(jìn)其呼吸過程，促進(jìn)有機(jī)物的分解過程。
2.實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的城市污水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法的設(shè)備，其特征在于，由二氧化硫廢氣處理裝置、粉煤灰再利用裝置和污水處理裝置三個(gè)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制備裝置兩部分；煙氣脫硫裝置廢氣管路經(jīng)氣泵(2)與吸收塔擋板下部塔壁相連接；兩個(gè)吸收塔(5)以串連方式連接，其中通氣管路下進(jìn)上出，通水管路上進(jìn)下出；第二個(gè)吸收塔的出氣口與除沫器(1)經(jīng)管路相連，除沫器的排氣經(jīng)管路輸入到生態(tài)處理單元中(23)；硫酸亞鐵制備裝置第一個(gè)吸收塔的吸收液排液管與加藥槽(7)出水管共同進(jìn)入混合器(8)中，混合后液體經(jīng)管路進(jìn)入沉淀池(9)；沉淀池底部泥斗經(jīng)管路與脫水機(jī)(19)相連，沉淀后上清液經(jīng)溢流口處管路進(jìn)入鐵屑反應(yīng)器(11)；反應(yīng)裝置出水與脫水機(jī)(10)相連，脫水后的液體再次進(jìn)入鐵屑反應(yīng)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(jì)量器(30)上；粉煤灰倉(25)和水泥倉(31)分別與粉煤灰計(jì)量器(26)和水泥計(jì)量器(32)相連；粉煤灰計(jì)量器、水泥計(jì)量器和添加劑計(jì)量器經(jīng)管路共同與均化混合裝置(27)連接，裝置上部布設(shè)生態(tài)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(jīng)管路運(yùn)抵分選器(34)，分選后輸入生態(tài)處理單元(23)；c.污水處理裝置；污水經(jīng)污水管到達(dá)格柵(14)，格柵底部的污水口經(jīng)管路到達(dá)污水泵(15)；污水泵經(jīng)管路連接到沉淀池(16)上部，沉淀上清液經(jīng)溢流由管路傳輸至混凝裝置(17)；混凝裝置上部布設(shè)有煙氣脫硫系統(tǒng)中制備的硫酸亞鐵蓄凝劑添加管，混凝后，上清液經(jīng)溢出口流入二沉池(18)；二沉池的上清液經(jīng)出水管路通入生態(tài)處理單元(23)中填料層下10厘米處；沉淀池、混凝池和二沉池底部都有排泥系統(tǒng)，污泥經(jīng)污泥管路進(jìn)入脫水機(jī)(19)，處理后，泥餅排出，污水排出管路連接到二沉池(18)上部；生態(tài)處理單元(23)出水管在填料上部，出水管經(jīng)水泵(24)連接至市政中水網(wǎng)絡(luò)、煙氣脫硫裝置和粉煤灰加工裝置。
全文摘要
城市污水與電廠煙氣脫硫及粉煤灰資源化方法與設(shè)備屬于環(huán)境工程中廢水、廢氣、廢渣處理與綜合利用的新型生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域。根據(jù)生態(tài)學(xué)原理，物質(zhì)的循環(huán)、能量的流動、信息的傳遞是生態(tài)系統(tǒng)的主要功能。利用工業(yè)廢棄物，并且將水、氣、渣的處理結(jié)合于一體。本發(fā)明所能達(dá)到的有益效果是城市污水的生態(tài)化處理及回用達(dá)到國家中水回用標(biāo)準(zhǔn)；節(jié)約運(yùn)行費(fèi)4－5倍；回收植物性副產(chǎn)物；解決粉煤灰的堆放問題；采用經(jīng)濟(jì)有效地處理技術(shù)，使城市污水處理率、處理達(dá)標(biāo)率和回用率都有極大提高，保護(hù)了我國水環(huán)境及大氣環(huán)境，帶來極大的環(huán)境和社會效益。主要適用于有粉煤灰、燃煤煙氣來源地區(qū)的城市污水綜合處理。
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(yōu)先權(quán)日2005年6月24日
發(fā)明者周集體, 項(xiàng)學(xué)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(xué)