一种煤化工废水丸粒PCR除硬耦合碳捕捉装置及方法与流程

环保节能,再生,污水处理设备的制造及其应用技术一种煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置及方法技术领域1.本发明涉及煤化工废水处理技术领域，具体公开了一种煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置及方法。背景技术：2.在煤化工生产过程中，管道结晶是普遍存在且难以有效解决的问题。管道结晶的源头主要来自煤气化灰水和渣水，同时蒸氨废水的处理也需要付出很高的环保成本。如果这些废水(煤气化灰水、渣水及蒸氨废水)不能有效处理，则会对环境、人体健康以及设备的生产效率造成极大的影响和破坏。3.目前，国内常用的废水处理方法有化学沉淀法(投加石灰/石灰乳，氯化钙等)、吸附法、电渗析等，这些方法均排放含钙污泥废弃物，无法实现资源的回收利用。针对传统处理方法在处理高浓度气化灰水中存在的弊端，dhv公司(德和威环境工程有限公司)设计研发了一种诱导结晶反应器，利用诱导结晶工艺实现了以碳酸钙结晶的方式回收钙离子，并使之资源化。该工艺有效解决了传统方法中会产生大量污泥、泥渣沉降缓慢、脱水困难等问题，使目标污染物得以回收利用，切合了可持续发展的环保理念。4.但是该诱导结晶反应器及工艺在应用过程中，在诱导结晶的晶种选择与投加、化学药剂选择与投加、反应器的结构设计、单元功能的控制与集成、耦合碳捕获等多方面还需要优化，特别是对于同步碳捕获、晶种选择与投加、药剂选择与投加、反应器的结构设计四方面，该四方面存在的问题会直接影响反应效率和晶种流失率，会导致除硬成本大幅增加。另外，随着诱导结晶技术的推广应用，使得对药剂的投加、反应器的模块设计、控制系统集成、碳捕捉等都提出了更高的要求，设备必须标准化、模块化与多功能化，从而降低投资和运行成本。因此，针对现有诱导结晶反应器在实际应用过程中仍存在的上述不足，本技术提出了一种煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置及方法。技术实现要素：5.本发明的目的是提供一种优化改进的煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置及方法，从而达到实现煤化工废水中的气化灰水与蒸氨废水超低成本处理，并同步耦合捕获co2，降低煤化工企业的碳排放总量的效果。6.本发明是通过以下技术方案实现的：7.一种煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置，包括pcr模块、投药模块、投晶模块、排晶模块和智控模块；8.所述pcr模块包括立式设置且内部填装有丸粒的反应罐、药剂混合器、第一进水泵、第二进水泵以及出水管，所述反应罐中设置有导流筒，所述出水管与反应罐的上端连接，所述药剂混合器设置在出水管上，所述反应罐的顶端设置有气化灰水进水管a和蒸氨废水进水管，所述气化灰水进水管a的一端与第一进水泵相连接，另一端伸入反应罐的下端设置，所述反应罐底部的曝气器上连接有气化灰水进水管b，且气化灰水进水管b的端部与第二进水泵相连接；9.所述投药模块包括药剂储罐、计量泵和co2储罐，所述计量泵的一端通过管路与药剂储罐相连接，另一端通过管路与药剂混合器相连接，所述co2储罐上设置有两个气路管，两个所述气路管分别与气化灰水进水管a、气化灰水进水管b相连接；10.所述投晶模块包括晶种输送罐和晶种输送装置，所述晶种输送装置设置在反应罐的上端且与智控模块的输出端电性连接，所述晶种输送装置通过晶种输送管道与晶种输送罐相连接；11.所述排晶模块包括晶种排放管和晶种排放滤罐，所述晶种排放管连接在反应罐的下端，所述晶种排放滤罐设置在晶种排放管的下方用于接收排出的物料。12.作为上述方案的进一步设置，位于所述药剂混合器上下游的出水管上分别设置有前置ph计和后置ph计，所述前置ph计和后置ph计与智控模块的输入端电性连接，所述计量泵与智控模块的输入端、输出端均电性连接。13.作为上述方案的进一步设置，所述气化灰水进水管a上设置有进水流量计，所述气化灰水进水管a和蒸氨废水进水管上均设置有压力表a，所述进水流量计和压力表a与智控模块的输入端电性连接，所述第一进水泵与智控模块的输出端均电性连接。14.作为上述方案的进一步设置，所述药剂储罐的内部还设置有搅拌机和液位控制底阀，所述液位控制底阀与智控模块的输入端电性连接。15.作为上述方案的进一步设置，所述co2储罐的顶端设置有压力表b，所述气路管上设置有设置有电动阀和气体流量计，所述压力表b、气体流量计与智控模块的输入端电性连接，所述电动阀与智控模块的输出端均电性连接。16.作为上述方案的进一步设置，所述晶种排放滤罐的底部设置有用于固液分离的滤网和将滤液重新送入调节池中的滤液排放管。17.作为上述方案的进一步设置，所述反应罐的底部还设置有混合器。18.本发明还公开了一种使用上述煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置对煤化工废水进行处理的方法，包括如下步骤：19.1)按比例分别称取石英砂、水泥、氟磷灰石、火山岩粉末、沸石粉进行混合，经过研磨过筛后所得粉末即为丸粒备用；20.2)先将待处理的气化灰水、蒸氨废水引入反应罐中，然后通过晶种输送装置将步骤1中制备的丸粒直接投加到反应罐中；21.3)在反应过程中将co2气体、酸液分别加入到反应罐和药剂混合器中，以维持反应罐中的ph值稳定；22.4)经过步骤3的上述反应过程，反应生产的caco3不断聚集并附着在丸粒表面，丸粒通过caco3的持续结晶不断长大，使得大颗粒丸粒不断向下移动，并将大颗粒丸粒排出反应罐，上部的丸粒在反应罐上部与水分离，并将分离后的水从反应罐上部的出水管排出，并在排出前进行ph值的检测和自动调节。23.优选地，所述步骤1中石英砂、水泥、氟磷灰石、火山岩粉末和沸石粉的重量分数比为100：20：75：35：60，且石英砂、水泥、氟磷灰石、火山岩粉末、沸石粉混合研磨后过0.15-0.18mm的筛网。24.优选地，所述步骤3中的酸液为硫酸或盐酸，且co2气体通过与蒸氨废水同步引入反应罐中或者通过反应罐底部的曝气器引入。25.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：26.1)本发明提出的丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置和处理方法，以诱导晶种的方式实现水中的钙离子的化学结晶，在反应罐内投加诱晶载体，向反应罐底部进水端投加经计算后按一定量精准计算的蒸氨废水，使钙离子以caco3结晶形式在晶种表面析出并增长，形成中心晶种，并在外部包裹碳酸钙结晶，形成碳酸钙丸粒。诱导晶种可以有效快速形成结晶并快速长大，实现反应过程的高效。27.2)本发明提出的丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置与dhv公司设计的诱导结晶反应器相比，其不仅增加了co2捕获，并且同步实现反应器ph调节，可以稳定反应时的ph值，保证反应过程在稳定的ph环境中进行，避免了ph波动对结晶效果的影响，从而大幅减少了其他药剂为了保证效果而采取的过量投加，实现了药剂的超低投量从而保证了该反应器的运行处理低成本。另外，本装置反应罐还设置了导流筒，将晶种的投加位置设置在了导流筒的外侧，可以实现晶种投加后的稳定增长，并随时间缓步进入主反应区，最大限度的防止晶种流失。28.3)本发明的丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置完全实现了模块化设计和系统标准集成，并将控制系统进行了智能化自动控制，优化了系统运行过程中的各种复杂操作，该丸粒pcr反应器整体结构实现了模块与标准化，使其应用和推广更为简单，投资和运行成本更低，各功能单元衔接紧凑，操作简便，实现了智能化自动运行控制。附图说明29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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他的附图。30.图1为本发明中平面结构示意图；31.图2为本发明中pcr模块反应模块的平面结构示意图；32.图3为本发明中投药模块的平面结构示意图；33.图4为本发明中投晶模块的平面结构示意图；34.图5为本发明中排晶模块的平面结构示意图。35.其中：36.1、pcr模块；1-1、反应罐；1-1-1、导流筒；1-1-2、曝气器；1-1-3、丸粒；1-2、气化灰水进水管a；1-2-1、气化灰水进水管b；1-3、蒸氨废水进水管；1-4、出水管；1-4-1、前置ph计；1-4-2、药剂混合器；1-4-3、后置ph计；1-5、进水流量计；1-6、压力表a；1-7、第一进水泵；1-8、第二进水泵；37.2、投药模块；2-1、药剂储罐；2-1-1、搅拌机；2-1-2、计量泵；2-1-3、液位控制底阀；2-2、co2储罐；2-2-1、压力表b；2-2-2、电动阀；2-2-3、气体电磁流量计；2-2-5、co2管路a；2-2-6、co2管路b；38.3、投晶模块；3-1、晶种输送罐；3-2、晶种输送装置；3-3、晶种输送管道；39.4、排晶模块；4-1、晶种排放管；4-2、排放滤罐；4-3、滤网；4-4、滤液排放管。40.5、智控模块。具体实施方式41.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。42.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图1～5，并结合实施例来详细说明本技术。43.实施例144.实施例1公开了一种煤化工废水丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置，参考附图1，该装置的主体由pcr模块1、投药模块2、投晶模块3、排晶模块4和智控模块5五个模块部分构成。45.参考附图1和附图2，该pcr模块1包括反应罐1-1、药剂混合器1-4-2、第一进水泵1-7、第二进水泵1-8以及出水管1-4。其中，该反应罐1-1通过底部的支撑架立式设置，可根据需求统一优化为高度6米，直径优化为0.9米，1.5米，2.4米3个规格，分别对应1000、3000、10000吨/天水量。在反应罐1-1的内部填装有丸粒1-13(即晶种)，一般控制丸粒1-1-3在反应罐内部约占桶体总高度的1/3左右。46.在反应罐1-1的内部同心设置有导流筒1-1-1，并且该导流筒1-1-1上下端均开口设置。然后将出水管1-4与反应罐1-1的上端连接，并将药剂混合器1-4-2设置在出水管1-4上，使得反应罐1-1中处理完成后的水能够从出水管1-4中排出，并在排出前进入到药剂混合器1-4-2中与药剂混合反应，调节其ph值在8.5-9.0之间。另外，还在药剂混合器1-4-2上下游的出水管1-4上分别设置有前置ph计1-4-1和后置ph计1-4-3，通过设置的两个ph计对反应前后的液体进行实时监测。47.在反应罐1-1的顶端设置有气化灰水进水管a 1-2和蒸氨废水进水管1-3，气化灰水进水管a 1-2的一端与第一进水泵1-7相连接，另一端伸入反应罐1-1的下端设置。反应罐1-1底部的曝气器1-1-2上连接有气化灰水进水管b 1-2-1，且气化灰水进水管b 1-2-1的端部与第二进水泵1-8相连接。并将第一进水泵1-7和第二进水泵1-8均设置在调节池中，通过启动第一进水泵1-7和第二进水泵1-8能够实现废液从上、下两个方向引入到反应罐1-1中。另外，在气化灰水进水管a 1-2上设置有进水流量计1-5，在气化灰水进水管a 1-2和蒸氨废水进水管1-3上均设置有压力表a 1-6，通过进水流量计1-5对废液引入量进行监测，通过压力表a 1-6对废液水压进行监测。最后，还在反应罐1-1的底部还设置有混合器，通过混合器的作用加速结晶反应的速度，提高污水处理的效率。48.参考附图1和附图3，该投药模块2包括药剂储罐2-1和co2储罐2-2，在药剂储罐2-1中填装有酸液(盐酸或硫酸其中的一种)，并将药剂储罐2-1通过管路连接有计量泵2-1-2，并将计量泵2-1-2的出液端通过管路与pcr模块反应模块1中的药剂混合器1-4-2相连接。通过计量泵2-1-2的定量泵取作用将药剂储罐2-1中的酸液定量引入药剂混合器1-4-2中，从而用于调节排出液体的ph值。为了实现对药剂储罐2-1中液位的监控以及药剂充分混合均匀，还在药剂储罐2-1上设置有搅拌机2-1-1和液位控制底阀2-1-3。49.该co2储罐2-2上设置有两个气路管2-2-5和2-2-6、，两个气路管的端部分别与气化灰水进水管a 1-2、气化灰水进水管b 1-2-1相连接，通过将co2储罐2-2中co2气体注入到待处理的废液中，也能够对反应罐1-1中的ph值进行实时动态调节。另外，还在co2储罐2-2的顶端设置有压力表b 2-2-1，用于co2储罐2-2内部气体量的监测，在两个气路管上设置有设置有电动阀2-2-2和气体流量计2-2-3，通过电动阀2-2-2和气体流量计2-2-3的设计实现了两个气路管的开通关闭，同时对送出的co2气体的量进行实时监测。50.参考附图1和附图4，该投晶模块3包括晶种输送罐3-1和晶种输送装置3-2，将晶种输送装置3-2设置在反应罐1-1的上端，晶种输送装置3-2通过晶种输送管道3-3与晶种输送罐3-1相连接。在实现投加晶种时，晶种输送罐3-1采用干料通过晶种输送装置3-2直接投加，晶种(即丸粒)通过晶种输送管道3-3进入反应罐1-1的顶部投加口。并且在晶种投加时反应器内部充满水，而且已经稳定运行60分钟以上，投加速度以每小时0.5吨均速投加为宜，从而保证晶种投加的有效性和安全性。51.参考附图1和附图5，该排晶模块4包括晶种排放管4-1和晶种排放滤罐4-2，晶种排放管4-1连接在反应罐1-1的下端，然后将晶种排放滤罐4-2设置在晶种排放管4-1的下方。同时还在晶种排放滤罐4-2的底部设置有滤网4-3和滤液排放管4-4。当反应罐1-1中的长大后的精种从晶种排放管4-1中排下时被晶种排放滤罐4-2接收，然后经过滤网4-3的过滤作用实现固液分离，其分离后的液体通过滤液排放管4-4再次排放到调节池中。52.最后，参考附图1，该将智控模块5的输入端分别与进水流量计1-5、压力表a 1-6、前置ph计1-4-1、后置ph计1-4-3、计量泵2-1-2、酸液液位控制底阀2-1-3、气体流量计2-2-3、压力表b 2-2-1相连接。将智控模块5的输出端分别与第一进水泵1-7、第二进水泵1-8、搅拌机2-1-1、计量泵2-1-2、电动阀2-2-2、晶种输送装置3-2相连。通过上述信息输入和控制输出的电性连接，使得丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置各单元功能的控制与集成主要由在线仪表向上传递投药模块、投晶模块、排晶模块等各单元模块和设备的运行参数，经plc统一处理后，再向各个单元模块和设备下达指令，保证设备的稳定和高效运行，同时将数据经物联网模块上传至固定或移动终端，由技术人员远程控制设备运行。这样可以实现整个设备的智能化运行，减少人为干预的劳动强度和保持设备运转精度与稳定性。53.实施例254.本实施例2公开了一种使用实施例1中丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置进行化工废水处理的方法，该方法依托整个装置进行，主要包括如下步骤：55.s1：按照石英砂1000g、水泥200g、氟磷灰石750g、火山岩粉末350g、沸石粉600g的比例进行混配，经多次研磨后过0.15-0.18mm筛分，所得粉末即为丸粒并保存备用。另外，在进行晶种的大小进行选择，晶种的大小宜在80-150目之间，晶种颗粒太大会增加结晶成本，太小会增加流失率，也会间接增加运行成本。56.s2：先将调节池中待处理的气化灰水、蒸氨废水等废水由进水泵泵入反应罐中，经顶部一次配水和底部二次配水后以50-85m/h的上升流速沿内筒体上升。同时，质量比为1：1的蒸氨废水经进水泵由顶部进入反应罐内部，并在反应罐底部通过混合器快速混合反应。然后通过晶种输送装置将步骤1中制备的丸粒直接投加到反应罐中，丸粒pcr晶种在反应罐内部约占桶体总高度的1/3。57.s3：在反应过程中同步的co2气体由气路管路与蒸氨废水同步进入反应罐或底部的曝气器，维持反应罐中的ph值稳定，并且气、液、固三相在pcr底部开始由下而上呈旋涡式进入丸粒区流动，在水力流速的冲击下，整个流化区的晶种和来水及co2气体完全处于流化状态，在此过程中水中的碳酸根与钙离子发生如下反应：co32-+ca2+＝caco3↓，同时酸液引入药剂混合器中对排出的液体进行ph值动态调节。58.s4：经过步骤3的上述反应过程，反应生产的caco3不断聚集并附着在丸粒表面，丸粒通过caco3的持续结晶不断长大，使得大颗粒晶种不断向下移动，。当晶种颗粒质量达到原颗粒50倍质量时，丸粒化结晶个体直径就会达到2-3mm，就可以通过压力管道排晶，晶种补加由投晶模块完成。上部的丸粒在反应罐上部与水分离，并将分离后的水从反应罐上部的出水管排出，并在排出前进行ph值的检测和自动调节，控制出水的ph值控制在8.5-9.0之间，如果出水ph值高于9.0，则自动启动酸投加装置进行智能调节。59.如下附表1为本实施例1中丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置自7月17日投入使用至7月28号已经连续11天进行使用，对煤化工废水处理的实验数据表。60.表1：[0061][0062]通过上述表1的实验记载，本丸粒pcr除硬耦合碳捕捉装置稳定运行后，其能够控制出水碳酸钙硬度小于120mg/l，ca2+去除率70％，整个处理过程控制在6-10min之间，实现了对煤化工废水的快速、高效处理。[0063]以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。









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