申请日2013.12.12
公开(公告)日2014.03.12
IPC分类号F22D11/00; F24H9/00; C10L5/46; C02F9/04; C10L5/44; F23G7/00
摘要
本发明涉及一种废水与生物质产热工艺。所述工艺将废水经处理作为锅炉用水;废水处理过程中产生的污泥、生物质、油泥混合作为燃料加热锅炉，产生蒸汽或热水。本工艺采用的锅炉可以用传统的煤或燃气为燃料，又可以用污泥、生物质、油泥混合作为燃料，也可以多种燃料同时应用。本发明工艺将大量的废水充分利用，既节约了水资源，降低了区域化学需氧量和氨氮的排放量，又利用了我国丰富的生物质资源及城市垃圾，保护了环境，适合广大农村、中小城镇及工业园区和工业企业。
权利要求书
1.一种废水与生物质产热工艺，其特征在于，所述工艺将废水经处理作为 锅炉用水;废水处理过程中产生的污泥与生物质混合作为燃料加热锅炉，产生 蒸汽或热水。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述废水包括生活废水和/或 工业废水。
3.如权利要求1或2所述的工艺，其特征在于，所述废水的处理包括废水 预处理工艺和废水深度处理工艺，所述深度处理包括废水除盐、除氧处理。
4.如权利要求1-3之一所述的工艺，其特征在于，所述废水处理过程中产 生的有机废水也作为燃料的一部分。
5.如权利要求1-4之一所述的工艺，其特征在于，所述生物质包括农作物 秸秆、林产品加工废物或城市生活垃圾中的一种或至少两种的混合物。
6.如权利要求1-5之一所述的工艺，其特征在于，所述燃料中还包含油泥; 优选地，所述油泥经预处理后作为燃料的一部分。
7.如权利要求1-6之一所述的工艺，其特征在于，所述废水处理过程中产 生的污泥、生物质及油泥直接作为燃料或成型后作为燃料。
8.如权利要求1-7之一所述的工艺，其特征在于，锅炉产生的烟气经除尘、 余热回收、脱硫脱硝后达标排放。
9.如权利要求1-8之一所述的工艺，其特征在于，燃料燃烧后产生的废渣 作为钾肥或建材原料。
10.如权利要求1-9之一所述的工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步 骤：
(1)将废水经过预处理、深度处理后，作为锅炉用除盐水;
(2)将废水处理过程中产生的污泥、有机废水与生物质、油泥直接混合或 混合成型后作为燃料加热锅炉，产生蒸汽或热水;
(3)燃烧后的烟气经除尘、余热回收、脱硫脱硝后达标排放;
(4)燃烧后的废渣作为钾肥或建材使用。
说明书
一种废水与生物质产热工艺
技术领域
本发明涉及废水资源化技术领域，具体涉及一种废水与生物质综合利用生 产蒸汽或热水的工艺。
背景技术
伴随着城市化程度加快，用水量增加，同时排水量增长，对污水处理的需 求也随之加大，各大城市更是为缓解水资源紧张和治理污水相继建立污水处理 厂。面对日益紧张的城市用水和水污染治理，城市生活污水处理厂也加快了建 设步伐，在一定程度上扩大再生水资源的利用，缓解水资源紧张，但还需要深 度处理，综合利用。
在生活污水和工业废水深度处理利用方面，国内外均有应用。
美国、加拿大利用稠油废水处理后回用热采锅炉的技术已有20余年的历史， 从工艺流程(包括废液和废泥处理工艺)、设备、自动控制都有完整配套技术， 有成熟的运行经验，生产实践证明了它的可靠性、实用性和经济效益。某油田 对稠油废水深度处理回用于热采锅炉，其主要工艺为：调节和缓冲→斜板除油 →浮选→过滤→软化，现已建成曙四联8000m3/d废水深度处理站1座和洼一联 6000m3/d废水深度处理站1座，基本可实现稠油废水回用于热采锅炉。
天津市某公司将大港生活区城市废水深度处理回用，向天津石化出售经深 度处理的一级除盐水。包括预处理、深度除盐设备及配套工程。主要工艺为： 多介质过滤器→臭氧-活性炭过滤→超滤→一级反渗透→二级反渗透→混床。处 理规模为3万m3/d，节约新鲜水用量600～800万m3/a，一定程度消减了区域化 学需氧量、氨氮的排放。
CN102452749A公开了一种钢铁企业污水高转化率制备除盐水的工艺，该 工艺流程包括污水处理单元、预处理单元、反渗透脱盐处理单元。在污水处理 单元、预处理单元去除大量对反渗透膜的污染物质，在反渗透单元，采用三级 处理工艺，通过一、二级反渗透进行脱盐处理，一部分成品水直接进入产品水 箱，另一部分浓盐水经过三级反渗透再次进行脱盐处理，从而有效的实现了钢 铁企业污水资源化和污水“零排放”。
生物质就是在有机物中除矿物燃料之外，所有来源于植物、动物和微生物 的可再生物质。地球上的生物质资源极为丰富，全球每年经光合作用产生的干 物质近1730亿吨，我国生物质年产量为50多亿吨干物质，相当于年耗能总量 的2.5倍;此外，我国垃圾的历年堆存量达60亿吨，垃圾年产量超过1亿万吨， 以北京市为例，现在的日产城市生活垃圾在15000吨左右，日产城市污泥在4000 吨左右，还有医疗垃圾数量不确定。其中的37.5%是可以作燃料利用的生物质能。 据中国环保部和有关部门统计，到“十二五”末，全国有600多座城市的1000 多个污水处理厂，年产污泥达到6000多万吨，其中仅仅约20%得到及时有效的 处理利用，其余大多数选择填埋处理，给水环境的安全埋下隐患。目前我国生 物质能的转化利用率不足10%，每年的近7亿吨农作废弃物中有一半以上被白 白烧掉或废弃，不仅污染环境，还造成了巨大的浪费。如何高效利用生物质能 是一个急待解决的问题。为此国家推出了生物质利用政策支持方向，主要有：(1) 生物质发电关键技术及发电原料预处理技术;(2)生物质固体燃料致密加工成 型技术;(3)生物质固体燃料高效燃烧技术;(4)生物质气化和液化技术;(5) 非粮生物液体燃料生产技术;(6)大中型生物质能利用技术。
早在十九世纪，欧洲国家就开始了生物质能的利用，认识到生物质不仅能 作为一种能源使用，还可以改善煤的燃烧性能，并且针对当地的煤质研制出了 生物质型煤。W02007089046是将煤与5%的生物质粉末直接混合成型; KR850001738B是利用六甲基四胺、氧化剂、助燃剂、锯屑、生物质焦、泥煤、 泥煤焦混合制成，然后在其表面涂防水层或石蜡，属于直接利用;JP3052994主 要是利用生物质木屑、甘荒渣或者棉花籽榨油产生的渣，固硫剂熟石灰，最后 在表层涂石蜡或重油;US4225457和US4152119利用有机固体垃圾、尤其是城 市生活垃圾或生物质与煤混合，其粘结剂主要是用下水污泥、造纸黑液、含糖 的粘结剂、废弃的石油和淀粉。
在我国将生物质用于型煤技术研究较晚，但发展较快。CN1908135A中粘 结剂主要使用面粉、麦麸、淀粉的发酵液，生物质以干粉形式添加8～20%;CN 1309166A主要使用农作物秸杆、林业加工废弃物、城市生活垃圾，其配比可高 达40～100%;CN1793297A和CN1793298A，主要使用14～20%的3mm左右的 稻草粘结剂;CN1424386A主要利用粉碎的秸杆、树叶、杂草和生物胶;CN 1033833A主要是使用稻壳和改性淀粉作为型煤的点火层;CN1368542A主要是 使用造纸黑液作粘结剂;CN1952086A主要是添加5～30%的农作物秸杆、野草、 树叶粉和15-20%的淀粉发酵剂。CN1858165A公开了一种生物质复合燃料及其 制造方法，其由生物质燃料、煤燃料和固硫剂混合均匀构成。CN1699525A公 开了一种秸轩合成固体燃料及其加工工艺。
1995年在山东临沂建成国内唯一的一家工业规模的生物质型煤生产示范 厂，实际为年产量1万t，但存在着锅炉试烧中烧不透、烟尘大等问题，生物质 锅炉型煤生产线不能正常生产运行。根据计划，2020年以后，每年5000万吨的 秸轩棒状致密成型燃料可以为农民增加秸轩销售收入60亿元人民币以上，2020 年以后，利用5000万吨的秸轩棒状致密成型燃料每年约可替代4000万吨煤， 燃烧后约可以减少排放CO28000万吨，减少排放SO220万吨，减少排放烟尘 60万吨，减少灰渣排放1500万吨，增加优质饵肥500万吨。
关于生物质锅炉，国内外已有成熟技术。CN1070038A公布了一种差速内 循环的方法及锅炉设备，根据不同气速对颗粒携带能力的不同，通过在燃烧室 内设置三个不同的气速区来实现内循环。CN1041646A公布了一种复合循环流 化床锅炉，燃烧室底部呈凹形，并且在燃烧室内设置隔板，依靠颗粒在密相区 的溢流形成内循环，同时在自由空间内设置对流换热部分，在对流换热面部分 设置挡板，分离颗粒，分离后的颗粒通过绞龙送回主燃烧室，通过密相区的溢 流及绞龙的机械作用形成内循环。EP0332360A1公布了一种流化床反应器及其 操作方法，在该装置中设置主、副两个反应器，主、副反应器之间的料位具有 一定的高差，副反应器收集内循环分离下来的颗粒，通过一个"L"阀返回主反 应器，其实质可以看作是一个将外循环机构转移到燃烧室内形成的内循环，结 构复杂。
关于生物质气化、生物质制甲醇、生物质制氢等均有专利。CN1323871A 公开了一种生物质秸杆制取煤气的方法，即煤炭燃烧放热和生物质秸杆裂解制 气在同一发生炉内进行。首先是煤炭在炉内燃烧并将热能积蓄于料层，再送入 生物质秸杆，使其与高温煤炭直接接触，并在隔绝空气状态下产生裂解。CN 1362393A公开了一种利用生物质材料制备甲醇的方法，该方法能够有效地利用 所产生的一氧化碳而不降低甲醇制备的效率。在利用生物质材料制备甲醇的方 法中，包括气化生物质以产生气体和由所产生的气体制备甲醇，通过电能驱动 的水电解设备来电解水，所述的电能来自日光能发电设备或风力发电设备，并 将由水电解产生的氢气提供给原料气，致使氢气量调节为所产生的气体中所包 含的一氧化碳量的至少两倍，由此于甲醇合成塔中制备甲醇。CN101158312A 公开了一种利用生物质发电的方法，该方法是利用气化技术，把农林废弃物， 包括废秸秆、木屑、稻草、稻壳、甘蔗渣等通过气化装置转换为接近煤气的可 燃气体，这些可燃气经过气体净化装置除去灰尘和焦油后，再送到气体内燃机 或燃气轮机中进行发电，内燃机或燃气轮机排出的高温尾气进一步用来加热余 热锅炉通过蒸汽轮机产生蒸汽发电。CN101200644A公开了一种利用植物生物 质连续干馏生产焦油的设备，利用植物生物质连续干馏生产焦油，使物料充分 均匀干馏，不仅能够节约能源，而且能够减少对环境的污染。CN1458058A公 开一种生物质制取含氢气体的方法，是将粉碎的生物质、添加剂和水按 1:1～1.5:5～15的重量比加入高压反应器中，在氮气气氛下，以10～20℃/min的升 温速率升温，使反应温度达到300～700℃，反应压力达到10～50MPa后，反应 1～60分钟，冷却至室温，气液产物进行分离，气体为含氢混合气体，液体为生 物质油。
目前尽管生物质利用技术很多，但目前较为成熟而且简单易行的是成型燃 烧，因此本发明主要考虑标准化的生物质成型燃烧技术。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提出了一种废水与生物质产 热工艺。本发明提供了将废水处理成合格的锅炉用水，用生物质作为燃料或主 要燃料，生产电力、蒸汽或热水的综合工艺。本发明采用的生物质锅炉既可以 以废水处理过程中产生的污泥、有机废水与生物质、油泥直接混合或混合成型 为燃料，又可以以传统化石燃料煤或燃气为燃料，也可以以上多种燃料同时作 为燃料，使锅炉能够稳定运行。
尽管废水深度处理生产锅炉用除盐水技术和生物质燃烧锅炉及成型燃烧技 术已成功应用，但尚未有将二者结合起来应用的先例，而且生物质锅炉对多种 燃料的适应性不强。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种废水与生物质产热工艺，所述工艺将废水经处理作为锅炉用水;废水 处理过程中产生的污泥与生物质混合作为燃料加热锅炉，产生蒸汽或热水。
产生的蒸汽或热水可用于城镇、工业采暖或供电。
所述废水包括生活废水和/或工业废水。本发明所指废水可以是生活废水， 也可以是工业废水，或生活废水和工业废水组成的混合废水。
所述废水的处理包括废水预处理工艺和废水深度处理工艺，所述深度处理 包括废水除盐、除氧处理，以达到锅炉用水的标准。
本发明所述的废水处理工艺主要有调节、过滤、超滤、生化、聚结、气浮、 高级氧化、磁处理、电絮凝、电催化、内电解、光催化氧化、反渗透、EDI、电 渗析、离子交换、混床等水处理技术组合。具体组合根据废水的类型及组成进 行优化选择，力求投资和运营成本的优化。处理后的水应符合锅炉用水水质， 具体指标如下：
项目 指标 溶解氧(mg/L) ≤0.05 总硬度(以CaCO3计)(mg/L) ≤0.1 总铁(mg/L) ≤0.05 二氧化硅(mg/L) ≤50 悬浮物(mg/L) ≤2 总碱度(以CaCO3计)(mg/L) ≤2000 油和脂(mg/L)(建议不包括溶解油) ≤2 矿化度(mg/L) ≤7000 pH值 7.5～11
所述废水处理过程中产生的有机废水也作为燃料的一部分。
本发明所述生物质包括农作物秸秆、林产品加工废物或城市生活垃圾中的 一种或至少两种的混合物。
所述燃料中还包含油泥;优选地，所述油泥经预处理后作为燃料的一部分。 所述油泥例如可选择油田炼油厂油泥、焦化厂的焦油污泥等。本发明所述油泥 的处理方法可由本领域技术人员从现有技术中选择。
所述污泥、生物质及油泥直接作为燃料或成型后作为燃料。生物质成型时， 加入固氯剂、固硫剂等。
在本发明中，可以是生物质单独作为燃料，也可以是多种生物质的混合作 为燃料，还可以是生物质与化石燃料的混合成型燃料。生物质颗粒燃料具有含 硫量、含氮量、灰分远低于煤炭的环保性能优势。生物质燃料应符合国家支持 的目标标准，参考项目如下：(1)生物质发电关键技术及发电原料预处理技术： 包括直燃(混燃)发电系统耦合技术，蒸汽余热回收技术，热效率≥85%、燃烧 过程不结渣、不产生新污染，具有广泛原料适应性的生物质直燃发电装置;能 保证生物质在燃烧设备中充分燃烧的原料装卸、输送技术，能有效分离生物质 中的Cl等腐蚀性物质的预处理技术等;(2)生物质固体燃料致密加工成型技术： 吨成型燃料的加工过程能耗低于80Kwh/t，成型燃料密度1～1.4g/cm3，水分小于 12%，加工过程机械化和自动化的生物质致密加工成型技术。包括木质纤维碾切 搭接技术，成型模板设计技术，一体化、可移动颗粒燃料生产设备的系统耦合 技术等;(3)生物质固体燃料高效燃烧技术：热效率≥85%、不结渣、废气符合 排放标准的生物质固体燃料高效燃烧技术与装置等;(4)生物质气化技术：高 转化率热解气化、热解过程工艺条件的系统优化耦合及控制、可凝性有机物(焦 油)高效净化处理、生物质气化过程液体、固体产品综合利用技术与装置，生 物质气化效率≥70%;燃气热值≥5.0MJ/Nm3;燃气中可凝性有机物≤10mg/Nm3。 高效厌氧发酵、有机肥生产、无废水排放技术与装置，有机废弃物产气率≥ 200L/Kg。
本发明的锅炉采用适合生物质燃烧的专用锅炉，该锅炉既可以用正常的燃 料如天然气、煤、燃料油等化石燃料，也可以生物质为燃料，还可以油泥、燃 气、生物质作为联合燃料运行，这样就保证了装置能稳定连续运行，所产热或 电稳定供应。
锅炉产生的烟气经除尘、余热回收、脱硫脱硝后达标排放。
燃料燃烧后产生的废渣作为钾肥或建材原料。
本发明所述的一种废水与生物质产热工艺，所述工艺具体包括以下步骤：
(1)将废水经过预处理、深度处理后，作为锅炉用除盐水;
(2)将废水处理过程中产生的污泥、有机废水与生物质、油泥直接混合或 混合成型后作为燃料加热锅炉，产生蒸汽或热水;
(3)燃烧后的烟气经除尘、余热回收、脱硫脱硝后达标排放;
(4)燃烧后的废渣作为钾肥或建材使用。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明将废水处理和生物质能的利用结合起来，直接产生用于采暖、发电、 加热等生活或工业上的蒸汽或热水。既节约了水资源，降低了区域化学需氧量 和氨氮的排放量，同时还利用了废水处理所产生的污泥，可将污泥与垃圾、农 作物秸秆等生物质直接混合或混合成型后作为锅炉燃料，减少了污泥的处理环 节，同时可以将油泥处理，所产生的热和电又可用于废水处理的能源，实现了 废物的循环利用，对国家推行的城镇化有重要的实用价值。
