本发明属于煤气化灰水或黑水处理技术领域，涉及一种处理煤气化灰水或黑水的装置及其处理方法和用途，尤其涉及一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置及其处理方法和用途。
背景技术：
煤气化灰水/黑水系统是保证气化炉稳定、整个煤气化工艺正常运行的重要组成部分，其主要特点为：温度高且变化范围宽；钙离子、镁离子和二氧化硅等含量高，主要是钙硬度高；气化黑水悬浮物含量高、浊度大。以上因素严重时会导致气化系统悬浮物沉积以及碳酸钙和硫酸钙结垢倾向严重，从而影响气化系统的换热效率，使系统运行周期短，设备非正常停车检维修频繁等。
水煤浆气化灰水/黑水主要来源于气化炉的急冷水和气化工序的洗涤水，其中除含有包括氨氮、硫化物(硫化氢、硫酸根)、氯化物和氰化物等有害物质外，另一个显著的特点，就是硬度高(一般在900mg/L～1200mg/L(以CaCO3计))，这是由于在煤制浆过程中，需要添加助熔剂以改善煤气化条件，因而不同程度(因煤种而异)地引入了钙和镁离子。
目前，煤气化灰水/黑水系统经过高压闪蒸、低压闪蒸和真空闪蒸等一系列处理后，在沉降槽进水管道上投加絮凝剂去除水中大部分悬浮物，在灰水槽投加分散剂防止结垢性离子在设备内部结垢，避免影响设备的正常运行，然后返回系统循环使用。国内外技术研究的焦点主要集中在絮凝剂和分散剂的种类和用量中，但絮凝剂只能去除水中的大部分悬浮物，而分散剂也不能从根本上去除结垢性离子，为防止结垢性离子在系统内富集浓缩，灰水/黑水系统实行连续排污。
CN 103708632A公开了一种气化用灰水阻垢分散剂，通过气化灰水系统投加该阻垢分散剂，以分散钙离子和镁离子，减缓灰水结垢，同时可以有效分散硅和煤灰等悬浮物。该方法虽然能在一定程度上减缓灰水系统的结垢和污堵倾向，但不能去除钙镁离子，未从根本上解决结垢和污堵问题。
CN 102285722A公开了一种煤气化工艺灰水回用的处理方法，是通过向沉淀池中投加石灰和碳酸钠对灰水进行软化处理。该方法的操作方便，软化效果好，但为考虑絮凝反应过程，从而使反应及沉淀时间长，软化效率低，污泥量大，沉淀池占地面积大。
因此，开发一种可以高效的煤气化灰水/黑水硬度和悬浮物处理工艺，从根本上解决系统的结垢和污堵问题，保证气化系统长周期稳定运行，已势在必行。
技术实现要素：
针对现有煤气化灰水或黑水处理工艺无法有效解决结垢和污堵问题，以及反应及沉淀时间长、软化效率低、污泥量大和沉淀池占地面积大等问题，本发明提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置及其处理方法和用途。本发明的核心在于利用电化学协同软化作用，去除煤气化灰水或黑水中大部分硬度和悬浮物等，从而大大减缓气化系统的结垢和污堵倾向，实现了气化系统的长周期稳定运行；并且，这个过程中不需要添加絮凝剂和分散剂，节约了成本。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置，所述装置包括依次连接的电化学反应区、碱度调节区和沉淀区。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
作为本发明优选的技术方案，所述电化学除硬除浊一体化装置包括碱度加药装置，所述碱度加药装置与碱度调节区相连。
优选地，所述电化学除硬除浊一体化装置包括与沉淀区相连的污泥处理装置，其目的在于对沉淀区产生的污泥进行处理。
优选地，所述污泥处理装置为板框压泥机、叠螺压泥机、真空带式机或离心机中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：板框压泥机和叠螺压泥机的组合，叠螺压泥机和真空带式机的组合，真空带式机和离心机的组合，板框压泥机、叠螺压泥机和真空带式机的组合，板框压泥机、叠螺压泥机、真空带式机和离心机的组合等，优选为板框压泥机。
优选地，所述电化学除硬除浊一体化装置包括电源模块，所述电源模块与电化学反应区相连，其目的在于调控电化学反应区条件，以使电化学反应在合理条件下进行。
优选地，所述电源模板采用直流电源、脉冲电源或交流电源中任意一种，优选为直流电源。
优选地，所述电化学除硬除浊一体化装置包括检测控制模块，所述检测控制模块与电化学反应区和碱度调节区相连，其目的在于对电化学反应区和碱度调节区的反应情况进行监控。
作为本发明优选的技术方案，所述电化学反应区设置电化学反应器。
优选地，所述电化学反应器的材质为金属铁、金属铝或合金中任意一种或至少两种的组合，优选为金属铁。
优选地，所述沉淀区采用斜管式沉淀或斜板式沉淀。
优选地，所述斜管式沉淀中采用的斜管和斜板式沉淀中采用的斜板的材质均独立地为碳钢、玻璃钢或耐温有机材料中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：碳钢和玻璃钢的组合，玻璃钢和耐温有机材料的组合，碳钢、玻璃钢和耐温有机材料的组合。
优选地，所述耐温有机材料为聚四氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：聚四氟乙烯和聚乙烯的组合，聚乙烯和聚丙烯的组合，聚四氟乙烯、聚乙烯和聚丙烯的组合等。
第二方面，本发明提供了一种处理煤气化灰水或黑水的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)对待处理煤气化灰水或黑水进行电化学处理，原位生成絮凝核并形成絮凝核网；
(2)调节步骤(1)电化学处理后的煤气化灰水或黑水的碱度，使煤气化灰水或黑水中的结垢性离子反应生成沉淀物，再经沉淀得到处理后的煤气化灰水或黑水。
本发明中，所述待处理煤气化灰水或黑水在电场作用下，可以原位生成高效絮凝核，进而形成高效絮凝核网；该高效絮凝核网在碱度调节过程中，可以捕捉水中的颗粒物等，形成大量絮体矾花，继而经过沉淀排出系统，达到有效去除煤气化灰水或黑水中的硬度、浊度和悬浮物的效果，降低系统的结垢倾向。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述待处理煤气化灰水或黑水的硬度为0mg/L～5000mg/L且不包括0mg/L，例如10mg/L、100mg/L、500mg/L、1000mg/L、1500mg/L、2000mg/L、2500mg/L、3000mg/L、3500mg/L、4000mg/L、4500mg/L或4900mg/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；浊度为0NTU～100NTU且不包括0NTU，例如5NTU、10NTU、20NTU、30NTU、40NTU、50NTU、60NTU、70NTU、80NTU或90NTU等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；悬浮物含量为0mg/L～10000mg/L且不包括0mg/L，例如10mg/L、100mg/L、1000mg/L、3000mg/L、4000mg/L、5000mg/L、6000mg/L、7000mg/L、8000mg/L或9000mg/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
优选地，步骤(1)所述待处理煤气化灰水或黑水的温度为25℃～100℃，例如27℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或97℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为50℃～100℃。
优选地，步骤(1)所述待处理煤气化灰水或黑水的流量为0m3/h～500m3/h且不包括0m3/h，例如10m3/h、30m3/h、50m3/h、100m3/h、200m3/h、300m3/h或400m3/h等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案，步骤(1)中所述电化学处理过程中调节电流密度为0A/m2～200A/m2且不包括0，例如10A/m2、30A/m2、50A/m2、70A/m2、100A/m2、130A/m2、150A/m2、170A/m2或190A/m2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本发明中，由于待处理煤气化灰水或黑水的温度较高，且硬度、浊度以及悬浮物含量均较大，在处理中悬浮物等不易沉降，设备结垢严重。因而在采用电化学处理过程中需要设置电流密度和反应pH值，以原位生成高效絮凝核，进而形成高效絮凝核网。
若电流密度过高，会产生大量絮凝核，反应器消耗大，寿命缩短；若电流密度过低，产生的絮凝核量少，絮凝效率下降，出水悬浮物或浊度高。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述调节碱度为调节煤气化灰水或黑水的pH至7～14，例如7.5、8、8.5、9、9.5、10、10.5、11、11.5、12、12.5、13或14等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为8.5～12。
优选地，步骤(2)所述调节碱度所用调节剂为CO2气体、氢氧化钠或碳酸钠中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：CO2气体和氢氧化钠的组合，氢氧化钠和碳酸钠的组合，CO2气体、氢氧化钠和碳酸钠的组合等。
作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述沉淀过程产生的沉淀物进行污泥处理后排出。
作为本发明优选的技术方案，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理煤气化灰水或黑水进行电化学处理，调节电流密度为0A/m2～200A/m2且不包括0，原位生成絮凝核并形成絮凝核网，其中待处理煤气化灰水或黑水的硬度为0mg/L～5000mg/L且不包括0mg/L，浊度为0NTU～100NTU且不包括0NTU，悬浮物含量为0mg/L～10000mg/L且不包括0mg/L，温度为50℃～100℃；
(2)调节步骤(1)电化学处理后的煤气化灰水或黑水的碱度至pH为7～14，使煤气化灰水或黑水中的结垢性离子反应生成沉淀物，再经沉淀得到处理后的煤气化灰水或黑水，沉淀过程产生的沉淀物进行污泥处理后排出。
更为具体的，所述方法包括以下步骤：
(1)待处理煤气化灰水或黑水进入电化学反应区进行电化学处理，通过电源模块调节电流密度为0A/m2～200A/m2且不包括0，原位生成絮凝核并形成絮凝核网，其中待处理煤气化灰水或黑水的硬度为0mg/L～5000mg/L且不包括0mg/L，浊度为0NTU～100NTU且不包括0NTU，悬浮物含量为0mg/L～10000mg/L且不包括0mg/L，温度为50℃～100℃；
(2)电化学处理后的煤气化灰水或黑水进入碱度调节区，通过碱度加药装置投加调节剂，调节步骤(1)电化学处理后的煤气化灰水或黑水的碱度至pH为7～14，使煤气化灰水或黑水中的结垢性离子反应生成沉淀物，然后进入沉淀区，经沉淀得到处理后的煤气化灰水或黑水，沉淀过程产生的沉淀物送入污泥处理装置进行污泥处理后排出。
上述整个过程中通过检测控制模块监控电化学反应区和碱度调节区的反应状况。
第三方面，本发明提供了上述电化学除硬除浊一体化装置用途，将所述电化学除硬除浊一体化装置嵌入现有煤气化灰水和/黑水系统中，以使其作为煤气化工艺系统中的一部分，以减少占地面积，提高处理效率。
优选地，将所述电化学除硬除浊一体化装置嵌入现有煤气化灰水和/黑水系统中，与现有煤气化灰水和/黑水系统中的闪蒸装置、沉降槽或澄清槽通过管道连接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用电化学协同软化作用，去除煤气化灰水或黑水中大部分硬度和悬浮物等，使出水总硬度小于400mg/L，浊度＜3NTU，悬浮物浓度低至100mg/L，从而大大减缓气化系统的结垢和污堵倾向，实现了气化系统的长周期稳定运行；另外，装置全自动运行，处理效率高，污泥量少，占地面积小。
附图说明
图1为本发明实施例1中所述电化学除硬除浊一体化装置的结构示意图，
其中，1-电化学反应器，2-碱度调节区，3-沉淀区，4-碱度加药装置，5-污泥处理装置，6-电源模块，7-检测控制模块。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。
本发明具体实施例部分提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置及其处理方法，所述装置包括依次连接的电化学反应区1、碱度调节区2和沉淀区3。
所述处理方法包括以下步骤：
(1)对待处理煤气化灰水或黑水进行电化学处理，原位生成絮凝核并形成絮凝核网；
(2)调节步骤(1)电化学处理后的煤气化灰水或黑水的碱度，使煤气化灰水或黑水中结垢性离子反应生成沉淀物，再经沉淀得到处理后的煤气化灰水或黑水。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置，所述装置包括依次连接的电化学反应区1、碱度调节区2和沉淀区3。
所述电化学除硬除浊一体化装置还包括碱度加药装置4、污泥处理装置5、电源模块6和检测控制模块7，所述碱度加药装置4与碱度调节区2相连，所述污泥处理装置5和沉淀区3相连，所述电源模块6与电化学反应区1相连，所述检测控制模块7与电化学反应区1和碱度调节区2相连。
其中，所述污泥处理装置5为板框压泥机，电源模板6采用直流电源，电化学反应区1设置电化学反应器，其材质为金属铁，沉淀区3采用斜管式沉淀，斜管的材质为碳钢。
实施例2：
本实施例提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置，所述装置除了所述污泥处理装置5为叠螺压泥机，电源模板6采用脉冲电源，电化学反应区1设置的电化学反应器的材质为金属铝，沉淀区3采用斜板式沉淀，斜板的材质为玻璃钢外，其他结构均与实施例1中装置相同。
实施例3：
本实施例提供了一种处理煤气化灰水或黑水的电化学除硬除浊一体化装置，所述装置除了所述污泥处理装置5为真空带式机，电源模板6采用交流电源，沉淀区3采用斜管式沉淀，斜管的材质为耐温有机材料聚四氟乙烯外，其他结构均与实施例1中装置相同。
实施例4：
本实施例提供了一种处理航天炉粉煤气化黑水的方法，所述方法采用实施例1中的装置进行。
所述航天炉粉煤气化黑水是航天炉粉煤气化黑水系统高压闪蒸罐的出水，其总硬度为1950mg/L，悬浮物为7320mg/L，水温90℃。所述航天炉粉煤气化的黑水从高压闪蒸罐通过管路连接至实施例1中所述的电化学除硬除浊一体化装置。
具体过程如下：
(1)待处理航天炉粉煤气化黑水进入电化学反应区1进行电化学处理，通过电源模块调节电流密度为50A/m2，铁基电化学反应器在电场作用下原位生成高效絮凝核并形成高效絮凝核网；
(2)电化学处理后的航天炉粉煤气化黑水进入碱度调节区2，通过碱度加药装置投加调节剂氢氧化钠和碳酸钠，调节步骤(1)电化学处理后的煤气化黑水的碱度至pH为11.0，使水中的钙离子与碱度反应生成沉淀物，高效絮凝核网捕捉水中的颗粒物等，形成大量絮体矾花；然后进入沉淀区3，经沉淀得到处理后的航天炉粉煤气化黑水送至气化系统，沉淀过程产生的沉淀物送入污泥处理装置5进行污泥处理排出。
上述整个过程中通过检测控制模块7监控电化学反应区1和碱度调节区2的反应状况。
经本实施例处理后的航天炉粉煤气化黑水的总硬度为330mg/L，浊度＜3NTU，悬浮物浓度为83mg/L。
实施例5：
本实施例提供了一种处理航天炉粉煤气化灰水的方法，所述方法采用实施例2中的装置进行。
所述航天炉粉煤气化灰水是航天炉粉煤气化灰水系统澄清槽的出水，其总硬度为1160mg/L，悬浮物为52mg/L，水温65℃。所述航天炉粉煤气化的灰水从高压闪蒸罐通过管路连接至实施例1中所述的电化学除硬除浊一体化装置。
具体过程如下：
(1)待处理航天炉粉煤气化灰水进入电化学反应区1进行电化学处理，通过电源模块调节电流密度为60A/m2，铝基电化学反应器在电场作用下原位生成高效絮凝核并形成高效絮凝核网；
(2)电化学处理后的航天炉粉煤气化灰水进入碱度调节区2，通过碱度加药装置投加调节剂氢氧化钠和二氧化碳，调节步骤(1)电化学处理后的煤气化灰水的碱度至pH为10.0，使水中的钙离子与碱度反应生成沉淀物，高效絮凝核网捕捉水中的颗粒物等，形成大量絮体矾花；然后进入沉淀区3，经沉淀得到处理后的航天炉粉煤气化灰水送至气化系统，沉淀过程产生的沉淀物送入污泥处理装置5进行污泥处理排出。
上述整个过程中通过检测控制模块7监控电化学反应区1和碱度调节区2的反应状况。
经本实施例处理后的航天炉粉煤气化黑水的总硬度为240mg/L，浊度＜3NTU，悬浮物浓度为10mg/L。
实施例6：
本实施例提供了一种处理多喷嘴水煤浆气化炉灰水的方法，所述方法采用实施例3中的装置进行。
所述多喷嘴水煤浆气化炉灰水的总硬度为1220mg/L，悬浮物为52mg/L，浊度为15.28NTU，水温65℃，灰水从沉降槽通过管路连接至实施例1中所述的电化学除硬除浊一体化装置。
具体过程如下：
(1)待处理多喷嘴水煤浆气化炉灰水进入电化学反应区1进行电化学处理，通过电源模块调节电流密度为70A/m2，铁基电化学反应器在电场作用下原位生成高效絮凝核并形成高效絮凝核网；
(2)电化学处理后的多喷嘴水煤浆气化炉灰水进入碱度调节区2，通过碱度加药装置投加调节剂氢氧化钠，调节步骤(1)电化学处理后的灰水的碱度至pH为9.0，使水中的钙离子与碱度反应生成沉淀物，高效絮凝核网捕捉水中的颗粒物等，形成大量絮体矾花；然后进入沉淀区3，经沉淀得到处理后的多喷嘴水煤浆气化炉灰水送至气化系统，沉淀过程产生的沉淀物送入污泥处理装置5进行污泥处理排出。
上述整个过程中通过检测控制模块7监控电化学反应区1和碱度调节区2的反应状况。
经本实施例处理后的航天炉粉煤气化黑水的总硬度为280mg/L，浊度＜3NTU，悬浮物浓度为9mg/L。
对比例1：
本对比例提供了一种处理航天炉粉煤气化黑水的方法，所述方法除了不进行碱度调节外，其他处理过程均与实施例4中相同。
经本对比例处理后的航天炉粉煤气化黑水的总硬度为550mg/L，浊度为12NTU，悬浮物浓度为420mg/L。
对比例2：
本对比例提供了一种处理航天炉粉煤气化黑水的方法，所述方法除了不进行电化学处理外，其他处理过程均与实施例4中相同。
经本对比例处理后的航天炉粉煤气化黑水的总硬度为660mg/L，浊度为23NTU，悬浮物浓度为560mg/L。
综合上述实施例和对比例的结果可以看出，本发明利用电化学协同软化作用，去除煤气化灰水或黑水中大部分硬度和悬浮物等，使出水总硬度小于400mg/L，浊度＜3NTU，悬浮物浓度低至100mg/L，从而大大减缓气化系统的结垢和污堵倾向，实现了气化系统的长周期稳定运行；另外，装置全自动运行，处理效率高，污泥量少，占地面积小。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。