一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺的制作方法

1.本发明涉及污泥焚烧烟气吸收液处理技术领域，特别是涉及利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺。


背景技术：

2.城市生活污水处理厂每天会产生大量的剩余污泥，早期对污泥的处置是将污泥倾倒或填埋，严重危害环境并占用大量土地。现有技术污泥的处置以焚烧为主，通过单一燃烧或其他方法如气化或热解方法进行处理。污泥焚烧处理可使污泥得到最大限度的无害化和减量化。
3.但是污泥焚烧后烟气中含有co、co2、nox、so2、hcl等和重金属等污染物，甚至还含有一些由于结构复杂而未能完全反应而产生的有毒有害物质，如氯代有机物、硝基苯、二噁英等。
4.为解决上述问题，现有技术往往采用添加调理剂或酶处理等方式进行前期无害化处理，如专利申请cn202010161765.9公开了一种污泥处理方法及污泥处理装置，包括依次连接的格栅池、振动过滤机构、曝气池、絮凝池、挤出烘干机、焚烧塔；振动过滤机构包括预处理池、与预处理池外壁连接的振动机构；曝气池内设有曝气结构；絮凝池通过加药口与自动加药机构连接；挤出烘干机的机筒外壁设有加热气体入口、加热气体出口，加热气体入口与焚烧塔顶部连接，挤出烘干机的污泥挤出口与焚烧塔下方连接。该技术主要是在前期进行集污泥处理、除臭等处理满足环保要求，但是该方法系统复杂，成本高，很难实现工业化批量处理，且需耗费大量新鲜水，且未对污泥处理后的废水进行有效处理。
5.为确保焚烧后的烟气达标排放，目前还有采用碱性液体作为污泥焚烧烟气的吸收液，吸收其中的酸性气体及有毒有害物质。吸收液需要进行必要的处理后才能排放而不造成二次污染。但是，每年处理污泥焚烧产生的烟气需要消耗大量的水资源，且烟气吸收液具有ph值较低，硫酸盐、氯化物、硝酸盐等含量高且含有重金属及难降解有机物等有毒有害物质等特性，属于较难处理的废水。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，提高后续污水生化处理的能力，并且恢复吸收液的吸收能力使其可以循环利用，从而节省大量水资源，具有较为广泛的应用前景。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，包括以下步骤：
8.(1)将污泥焚烧烟气输入吸收塔，并与吸收液在吸收塔内充分混合反应，烟气净化后排放，吸收液变成酸性废水进入下一步处理；
9.(2)酸性废水进入催化铁反应器，在催化铁反应器内发生氧化还原反应；
10.(3)催化铁反应器出水直接作为吸收液返回吸收塔回用，或者进入后续生化处理
后排放。
11.进一步地，步骤(1)中污泥焚烧烟气从吸收塔底部输入，吸收液从顶部向下喷淋，液气比为1:(5
–
100)，反应时间为10-20min。
12.更进一步地，所述的液气比为1：(8-12)。
13.进一步地，所述的吸收液为常规城市生活污水处理厂排出的生化出水，其ph值为7～8，同时，还含有少量未经深度处理的有机物、氨氮等，其cod一般为60mg/l左右，氨氮20mg/l左右。
14.进一步地，所述的催化铁反应器采用固定床的形式，其中催化铁堆积密度为100～350kg/m3，孔隙率90～99％，反应时间为3～5h。
15.进一步地，所述的催化铁由铁刨花和铜刨花组成，铁铜质量比为90～120:1。
16.催化铁内fe与cu构成原电池，铁是阳极，铜是阴极，铜的加入扩大了两极的电位差，电化学反应的效率得到进一步提高，使更多的重金属离子及难降解的有机污染物在电极上反应得到去除，无需曝气，既节约了能源，又减少了铁与水中溶解氧的反应，铁的损耗量大为降低。
17.进一步地，所述的催化铁经过稀盐酸活化后装填在催化铁反应器中，填充高度为150～200cm，下端距吸收塔的进水分布板10～20cm，上端距泥水分离器20～30cm。
18.进一步地，所述的稀盐酸活化是指10wt％稀盐酸浸泡24h，除去表面的铁锈，并用自来水反复冲洗以洗去表面的盐酸。
19.进一步地，所述的催化铁中的零价铁被氧化形成亚铁盐，酸性废水中h
+
被还原为h2；亚铁盐在酸性废水ph上升和温度下降的作用下变成结晶析出，从而去除污染物，同时，在催化铁的作用下，废液中重金属、氯代有机物、硝基类难降解物质被还原为小分子易降解物质，使吸收液的b/c比得到提升，废水可生化性加强，亚铁盐定期排出后回收。
20.进一步地，步骤(3)中后续生化处理包括悬浮填料生物膜法。
21.催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的原理：吸收了污泥焚烧烟气中so2和nox等气体后的吸收液呈现酸性，可以腐蚀催化铁，将零价铁变为fe
2+
，形成硫酸亚铁、氯化亚铁等亚铁盐，从而去除吸收液中的so2和氯化物。同时，随着零价铁市区电子变成亚铁盐，酸性吸收液中的h+得到电子被还原为h2后，吸收液的ph值升高，并且随着吸收液温度下降，溶液中的亚铁盐开始饱和并形成结晶析出。在此过程中，吸收液中的卤代有机物、硝基类等难被降解的有机物被催化铁还原，部分总金属也被置换并随着亚铁盐一起析出，降低了溶液的毒性，提高了吸收液的可生化性。最终的出水恢复了吸收容量，可以进行下一步的生化处理或者直接回用至前端用于污泥焚烧的烟气吸收。
22.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
23.1、催化铁处理烟气吸收液，有效的降低了吸收液中的重金属和其他难降解的有机物浓度，提高了废水b/c比(即bod5与cod
cr
的比值)，有利于吸收液后续进行生化处理。
24.2、利用的污水厂生化出水具有碱度，其对烟气的吸收属于化学吸收，提升了烟气吸收的效率。
25.3、经过催化铁反应器处理后的吸收液ph值升高，恢复了烟气吸收容量，吸收液可回用，能节省大量的水资源。
26.4、亚铁盐结晶析出后可以回收资源。
附图说明
27.图1为利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺示意图；
28.图2为实施例1的催化铁阶段b/c变化图。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
30.实施例1
31.如图1所示，一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，具体实施步骤如下：
32.(1)将污泥焚烧烟气t01输入吸收塔1底部，并与从塔顶喷淋的吸收液充分混合反应，烟气净化后尾气t02排放，吸收液变成酸性废水进入下一步处理。吸收塔1反应时间为15min，液气比为1:5-1:100。
33.(2)酸性废水进入催化铁反应器2，在催化铁反应器2内发生氧化还原反应。催化铁由铁刨花和铜刨花组成，催化铁材料经过稀盐酸活化后(10％稀盐酸浸泡24h，除去表面的铁锈，并用自来水反复冲洗以洗去表面的盐酸)，填入催化铁反应器2中。
34.催化铁中的零价铁被氧化形成硫酸亚铁、氯化亚铁等亚铁盐，吸收液中h
+
被还原为h2；亚铁盐在吸收液ph上升和温度下降的作用下变成结晶析出，从而去除污染物。同时，在催化铁的作用下，废液中重金属、氯代有机物、硝基类等难降解物质被还原为小分子易降解物质，使吸收液的b/c比得到提升，废水可生化性加强，亚铁盐定期从催化铁反应器2底部排出后回收。
35.(3)催化铁反应器2出水可以直接作为吸收液，排入吸收液水箱3，并通过循环泵返回吸收塔1回用，也可以进入下一步生化处理后排放。
36.采用上述系统和方法处理某生活污水处理厂，利用其生化出水的尾水作为吸收液，将该吸收液输入吸收液水箱3，利用泵输入吸收塔1，喷淋，吸收剩余污泥焚烧后产生的烟气。催化铁反应器2中催化铁投加量为200g/l，堆积密度为0.35kg/l，孔隙率为95.5％，填充高度为180cm，下端距进水分布板15cm，上端距泥水分离器25cm，铁铜质量比为100:1，水力停留时间为4h。烟气从吸收塔1底部进入，生化出水(吸收液)从塔顶流下，采用不同的液气比吸收液水质变化(催化铁单元进水)如下表1所示；
37.表1各液气比条件下吸收液水质变化(催化铁单元进水)
[0038][0039][0040]
可以看出，当液气比降低时，如液气比小于1:20时，即尾气浓度升高，出水水质变差，当液气比增大时，如液气比为1:5时，尾气浓度变化缓慢，出水水质尚好，但吸收液未达
饱和，不能充分利用水资源。液气比为1：(8-12)时效果最好。
[0041]
当液气比为1：10时，上述方法净化后效果如下：
[0042]
表2污泥焚烧烟气及处理后尾气检测结果(单位：mg/m3)
[0043][0044]
表3对部分重金属离子的去除效果
[0045][0046]
从上表2可以看出，采用本发明方法处理污泥焚烧烟气，有效降低了烟气中的nox、so2、hcl、颗粒物和重金属等污染物；提升了烟气吸收的效率(特别是针对酸性气体效果更加明显)；
[0047]
从上表3可以看出，经过催化铁单元处理后，有效的降低了吸收液中的重金属等毒性物质浓度，提高了废水b/c比(即bod5与cod
cr
的比值)，有利于吸收液后续进行生化处理，如图2所示。
[0048]
对比例
[0049]
以自来水作为吸收液，液气比为1:10,采用与实施例1相同的工艺处理污泥焚烧烟气，结果如下表4所示：
[0050][0051]
比较表1和表4，可以看出，将吸收液换成自来水，采用本发明催化反应器体系，也能降低烟气中的nox、so2、hcl、颗粒物和重金属等污染物；但是显然同时采用本技术所述吸
收液，能明显提升烟气吸收的效率。

技术特征：
1.一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，包括以下步骤：(1)将污泥焚烧烟气输入吸收塔，并与吸收液在吸收塔内充分混合反应，烟气净化后排放，吸收液变成酸性废水进入下一步处理；(2)酸性废水进入催化铁反应器，在催化铁反应器内发生氧化还原反应；(3)催化铁反应器出水直接作为吸收液返回吸收塔回用，或者进入后续生化处理后排放。2.根据权利要求1所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，步骤(1)中污泥焚烧烟气从吸收塔底部输入，吸收液从顶部向下喷淋，液气比为1:(5～100)，反应时间为10-20min。3.根据权利要求2所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的液气比为1：(8～12)。4.根据权利要求1所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的吸收液为城镇生活污水处理厂生化出水，其ph值为7～8。5.根据权利要求1所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的催化铁反应器采用固定床的形式，其中催化铁堆积密度为100～350kg/m3，孔隙率90～99％，反应时间为3～5h。6.根据权利要求5所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的催化铁由铁刨花和铜刨花组成，铁铜质量比为90～120:1。7.根据权利要求5或6所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的催化铁经过稀盐酸活化后装填在催化铁反应器中。8.根据权利要求7所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的稀盐酸活化是指10wt％稀盐酸浸泡24h，除去表面的铁锈，并用自来水反复冲洗以洗去表面的盐酸。9.根据权利要求5所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，所述的催化铁中的零价铁被氧化形成亚铁盐，酸性废水中h
+
被还原为h2；亚铁盐在酸性废水ph上升和温度下降的作用下变成结晶析出，从而去除污染物，同时，在催化铁的作用下，废液中重金属、氯代有机物、硝基类难降解物质被还原为小分子易降解物质，使吸收液的b/c比得到提升，废水可生化性加强，亚铁盐定期排出后回收。10.根据权利要求1所述的一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，其特征在于，步骤(3)中后续生化处理包括悬浮填料生物膜法。

技术总结
本发明涉及一种利用催化铁处理污泥焚烧烟气吸收液的循环利用工艺，包括以下步骤：(1)将污泥焚烧烟气输入吸收塔，并与吸收液在吸收塔内充分混合反应，烟气净化后排放，吸收液变成酸性废水进入下一步处理；(2)酸性废水进入催化铁反应器，在催化铁反应器内发生氧化还原反应；(3)催化铁反应器出水直接作为吸收液返回吸收塔回用，或者进入后续生化处理后排放。与现有技术相比，本发明可有效去除污泥焚烧后烟气中的污染物和重金属，提高后续污水生化处理的能力，并且恢复吸收液的吸收能力使其可以循环利用，从而节省大量水资源。从而节省大量水资源。从而节省大量水资源。


技术研发人员：刘杏 沈鹏飞 李旭芳 刘鸣燕 涂倩倩
受保护的技术使用者：中国铁工投资建设集团有限公司
技术研发日：2023.06.29
技术公布日：2023/8/16