一种用于高温煤气化除硬除硅的水处理单元及除硬除硅水处理系统的制作方法

本申请涉及水处理的
技术领域：
，特别涉及一种用于高温煤气化除硬除硅的水处理单元及除硬除硅水处理系统。
背景技术：
：我国拥有丰富的煤炭资源，如何将其清洁、高效地加以利用，一直是科研人员重点研究领域之一。目前，煤气化是煤高效综合利用的主要方式，煤气化是指煤在气化炉内，在一定的温度和压力条件下，使煤中的有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一序列的化学反应，将固体煤转化为含有co、h2、ch4等可燃气体和co2、n2等非可燃气体的过程。我国煤炭、水资源呈明显的逆向分布特征，煤化工项目大多分布在煤炭资源丰富但水资源匮乏的区域，水环境容量不足，煤化工项目的快速发展加剧了当地水资源的供需矛盾，水的问题已经成为制约煤化工产业发展的瓶颈。废水“近零排放”能最大限度地处理和回用项目产生的各种废水，实现废水零排放是煤化工发展的自身要求，是缓解当地水资源紧缺的重要途径。煤化工项目产生的废水主要包括气化废水、生活及其他有机废水、循环排污水、化学水站排水、初期雨水、地面冲洗水和其他特征废水；在污水处理及回用过程中，还会产生浓盐水及高浓盐水。其中最重要的是对气化废水的处理。对于煤化工项目，不同气化技术产生气化废水的水质、水量差异较大，目前应用较多的主要有碎煤加压气化、粉煤气化和水煤浆气化。其中的粉煤气化水与水煤桨气化水水质一般tds浓度高，并且出水温度较高，且含有高硬度高硅化合物，由于硬度和硅(通常以二氧化硅计)含量高容易造成设备和管道结垢、堵塞，致使生产装置不得已停车清洗或更换管道、设备,严重影响工艺系统长周期稳定运行，并且大大增加了系统运行和开停车费用。容易造成后续生化单元生化系统曝气头结垢、堵塞；回用单元膜系统结垢污堵；蒸发器、预热器结垢，影响换热效果；同时，在对此种高硬度高硅废水进行深度处理时，由于硅含量高反渗透膜会在短时间内结垢且很难清洗，导致膜性能降低甚至失效，极大影响了反渗透膜的使用寿命和废水处理系统的处理效率,提高了水处理成本，已成为困扰煤化工企业做零排放的难题。因此需要对气化水进行除硅、除硬度。目前常见除硬度、除硅的技术为向水中投加石灰和碳酸钠进行除硬度，利用氧化镁进行除硅，而对于这种高温度、高硬度、高硅的水，在处理中会使得高密度沉淀系统中的搅拌器容易结垢，引起搅拌器电机负载增大，造成电机发烫，甚至会断开跳停，从而导致搅拌器不能运行。此外，目前利用高效沉淀池除硬过程中所加入的纯碱都是在絮凝区与絮凝剂一起加入的，如果对于这重高温高硬度高硅的水质还是按照此种设置投加，将会导致后端沉淀池的斜管也会结垢严重，甚至会导致斜管坍塌，需要定期清理。技术实现要素：针对现有技术存在的不足，本申请的目的之一在于提供一种用于高温煤气化除硬除硅的水处理单元，具有能够减弱池内搅拌器结垢，不会导致结垢严重的情况，保证搅拌器正常运行的特点。本申请的目的之二在于提供一种除硬除硅水处理系统，具有能够减弱池内搅拌器和沉淀单元斜管结垢，不会出现结垢严重的情况，保证整个系统正常运行的特点。本申请的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于高温煤气化除硬除硅的水处理单元，包括除硬除硅区，所述除硬除硅区包括沿着污水流动方向设置的若干混凝池以及用于除硬除硅的药剂投加管，最后一个混凝池内安装有曝气管路。通过采用上述技术方案，除硬除硅区内对污水进行除硬和除硅，本申请中在最后一个混凝池中设置有爆气管路，利用爆气实现混凝池中污水的搅动混合，减少了结垢的可能性，使得系统运行更加稳定，甚至采用爆气管道取代搅拌器的时候，还可以有效减少前期的设备投资，节约成本。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：安装有爆气管路的混凝池内还安装有混凝搅拌器。通过采用上述技术方案，如此设置，既可以提高混凝池内混合液的混合效果，而且可以减小混凝池内混凝搅拌器结垢现象。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述除硬除硅区包括沿着污水流动方向依次连通的第一混凝池、第二混凝池和第三混凝池，所述药剂投加管包括碱物质投加管、镁剂投加管、混凝剂投加管和纯碱投加管；所述碱物质投加管和镁剂投加管连接在第一混凝池上，所述混凝剂投加管连接在第二混凝池上，所述纯碱投加管连接在第三混凝池上，所述曝气管路安装在所述第三混凝池内。通过采用上述技术方案，第一混凝池内投加碱物质，调节原污水呈碱性去除暂时硬度，镁剂的投加使得第一混凝池中部分生成氢氧化镁，对硅进行吸附，然后进行第二混凝池内，在混凝剂的作用下发生混凝产生絮凝体，然后进入第三混凝池内，第三混凝池内纯碱的投加进一步去除硬度，进行除硬除硅，过程中，曝气管路的设置使得第三混凝池内纯碱与污水的充分混合，而且减少了结垢的可能性，使得系统运行更加稳定。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一混凝池和第二混凝池内均设置有混凝搅拌器。通过采用上述技术方案，第一混凝池和第二混凝池内设置的混凝搅拌器使得药剂与污水进行充分的混合，从而保证除硬除硅效果。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第二混凝池内也设置有曝气管路。通过采用上述技术方案，第二混凝池内会生产较多的沉淀或絮凝体，第二混凝池内设置有曝气管路，可以保证污水与药剂混合效果的同时，减少混凝搅拌器结垢可能性，进一步保证系统运行的平稳性。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述曝气管路包括与曝气源连通的曝气总管，所述曝气总管连通有至少一个曝气支管，曝气支管的管口处于混凝池内且靠近池底一侧。通过采用上述技术方案，如此设置可以对混凝池具有更好的曝气效果，并且不会导致曝气管口结垢堵塞。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述曝气支管上设置有阀门。通过采用上述技术方案，阀门的设置可以控制曝气支管的曝气以及曝气量。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述曝气支管安装于混凝池池壁上。通过采用上述技术方案，如此设置可以对混凝池内靠近池壁处的污水也进行曝气混合，保证药剂与污水的混合效果。为实现上述第二个目的，本申请提供了以下技术方案，一种除硬除硅水处理系统，包括沉淀单元，还包括设在沉淀单元上游的用于除硬除硅的水处理单元。通过采用上述技术方案，将设置有曝气管路的水处理单元应用于水处理系统中，可以减少混凝搅拌器的结垢现象，从而保证水处理系统的稳定运行。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括与最后一个混凝池连通的絮凝池，絮凝池远离水处理单元一侧通过一过水堰与沉淀单元连通，沉淀单元内设置有斜管。通过采用上述技术方案，如此设置，絮凝区内的污水直接进入沉淀单元内，增加了在沉淀单元内沉淀时间，不会让絮凝池内未反应完成的污水进入斜管处反应，减少斜管处的结垢现象，减少清理斜管的频率，且不会导致斜管的结垢现象严重，导致斜管坍塌，保证水处理系统运行的稳定性。本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：絮凝池内设置有导流筒，导流筒内含有絮凝搅拌器以及絮凝剂投加环。通过采用上述技术方案，絮凝剂投加环的设置可以向导流筒内加入絮凝剂，絮凝搅拌器对导流筒内絮凝剂和污水进行搅拌，混凝池内污水进入絮凝池后絮凝，然后进入沉淀池内进行沉淀。综上所述，本申请具的有益技术效果为：1.本申请中通过曝气管路的设置，采用曝气方式实现混凝池内污水与药剂的混合反应，使得混合更加均匀，且产生的颗粒不会沉淀，减少搅拌器结垢的可能性，使得水处理系统运行更加稳定；2.本申请中采用曝气管路替代搅拌器实现混凝池内污水与药剂的混合反应，可以有效减少前期的设备投资，而且能够节约成本；3.本申请中将纯碱投加点改到上游的第三混凝池，有效增加了反应时间，避免了在沉淀池的斜管上反应，造成斜管结垢，避免斜管坍塌的事故，使得水处理系统运行更加稳定；4.本申请中絮凝池和沉淀池之间直接连通，取消推流区，预沉区增大，使得污水沉淀反应时间更久，反应更加完全，不会导致反应在斜管上继续，造成斜管结垢，避免斜管坍塌的事故，使得水处理系统运行更加稳定。附图说明图1是本申请中水处理单元去掉曝气管路后的结构示意图；图2是本申请中第三混凝池的侧视图；图3是本申请中第三混凝池和曝气管路的连接关系示意图；图4是本申请中水处理系统的结构示意图；图5是本申请中体现絮凝池和沉淀池的连接关系示意图；图6是本申请中体现推流区的结构示意图。图中，1、曝气管路；11、曝气总管；12、曝气支管；13、阀门；14、固定件；2、絮凝池；21、导流筒；22、絮凝搅拌器；23、絮凝剂投加环；24、挡板；25、推流区；26、絮凝剂投加管；3、沉淀池；31、斜管；32、刮泥机；33、预沉区；4、第一混凝池；41、碱物质投加管；42、镁剂投加管；5、第二混凝池；51、混凝剂投加管；6、第三混凝池；61、纯碱投加管；7、过水通道；8、过水堰；9、混凝搅拌器。具体实施方式以下结合附图对本申请作进一步详细说明。参照图1和图2，本申请公开的一种用于高温煤气化除硬除硅的水处理单元，包括除硬除硅区，除硬除硅区包括沿污水流动方向设置的若干混凝池，若干混凝池分别连接有用于除硬除硅的药剂投加管，最后一个混凝池内生成的沉淀颗粒物最多，至少最后一个混凝池内安装有曝气管路1，曝气管路1一端处于混凝池内，另一端连接有曝气源。具体地，其中一种方式为包括沿着污水流动方向依次设置的第一混凝池4、第二混凝池5、第三混凝池6，第一混凝池4连接有进水管，第三混凝池6上端连接有混凝出水管，第一混凝池4和第二混凝池5之间通过一过水堰8连通，第二混凝池5和第三混凝池6之间通过一过水通道连通，过水堰8一般为相邻两区的共用室壁，且该共用室壁的顶部低于池顶标高。第一混凝池4连接有碱物质投加管41和镁剂投加管42，此处的碱物质可以用石灰或氢氧化钠或两者的混合，只要是碱性物质可以调节第一混凝池4内原水的ph呈碱性，进行初步除硬即可，镁剂可以选用氧化镁，在第一混凝池4中碱性条件下生产氢氧化镁进行吸附除硅即可。第二混凝池5连接有混凝剂投加管51，第三混凝池6连接有纯碱投加管61，且曝气管路1安装于第三混凝池6内。在对污水处理的时候，向第一混凝池4内投加石灰或氢氧化钠，污水呈碱性去除暂时硬度，氧化镁的投加实现除硅，然后污水进入第二混凝池5内，在混凝剂的作用下产生絮凝体，然后进入第三混凝池6内，在纯碱的作用下进一步去除硬度。第三混凝池6内曝气管路1的设置实现通过曝气的方式使得纯碱药剂与污水进行充分混合，从而避免混凝搅拌器9结垢的可能性，同时还能保证混合效果，从而保持系统的平稳运行。本申请中主要利用曝气的方式实现药剂与污水的混合，使得生成的颗粒物不至于沉淀进入后续处理工序，保证其除硬除硅效果，同时相较于现有技术中采用混凝搅拌器9的方式进行搅拌，本申请的方式可以减少结垢的可能性，使得系统运行地更加稳定。基于此，第一混凝池4和第二混凝池5中均可以设置有曝气管路1，采用曝气的方式实现药剂与污水的混合反应，同时不会产生沉淀，进入后续处理单元，考虑到第一混凝池4内沉淀物较少，而第二混凝池5和第三混凝池6中的沉淀物较多，尤其是第三混凝池6中生成的沉淀物数量最多，因此可以在第二混凝池5和第三混凝池6中均设置有曝气管路1，也可以是仅第三混凝池6中设置有曝气管路1。在设置有曝气管路1的混凝池中可以同时设置有混凝搅拌器9，也可以仅设置有曝气管路1，采用曝气管路1代替混凝搅拌器9，考虑到添加药剂与污水的混合效果，而且第二混凝池5和第三混凝池6中颗粒物较多，可以在第二混凝池5和第三混凝池6内同时设置有混凝搅拌器9和曝气管路1，混凝搅拌器9的设置使得混凝池内药剂与污水混合地更加均匀，反应更加完全，而且可以进一步防止生成的颗粒物发生沉淀。本申请主要改进点在于搅拌混合的实现方式上，因此若干混凝池以及与之连接的药剂添加管不限于上述方式，也可以是其它方式，只需要对混凝池的设置以及对应采用可以除硬除硅的药剂进行配合，实现除硬除硅即可，不管以何种方式进行除硬除硅，只需要在最后一个混凝池设置曝气管路1进行曝气，减少混凝搅拌器9结垢即可，当然，其它混凝池也可以根据需要设置曝气管路1。如图3所示，曝气管路1包括与曝气源连通的曝气总管11，曝气总管11连通有至少一个曝气支管12，曝气支管12的管口处于混凝池内且靠近池底一侧，且曝气支管12上设置有阀门13。曝气支管12的个数以及位置设置可以根据水质进行灵活调整，只需要保证曝气支管12一端处于混凝池内实现曝气即可，本实施例中以曝气支管12为4根为例进行阐述，四根曝气支管12通过曝气总管11立与曝气源连通，使得曝气总管11和曝气支管12呈“工”字形，四个曝气支管12的曝气口均处于混凝池内，而且曝气支管12的管口处于混凝池靠近池底一侧。曝气支管12的设置可以对混凝池进行更好的曝气，曝气支管12的曝气口处于混凝池的靠近池底一侧，曝气效果更好，而且可以进一步防止混凝池内的颗粒物发生沉降，阀门13的设置可以控制曝气支管12的曝气开关以及曝气量的调节。曝气支管12的安装位置不限，只要实现曝气支管12的管口处于混凝池内即可，考虑到混凝池内混凝搅拌器9的安装，以及对污水的曝气作用，将曝气支管12安装在混凝池池壁上，如此可以加强曝气支管12曝气时的稳定性，而且不会影响混凝搅拌器9的搅拌，而且还可以对混凝池内靠近池壁处的污水也可以进行曝气，进一步加强药剂和污水的混合效果，也可以进一步防止混凝池内的颗粒物发生沉淀沉降。曝气支管12与混凝池的安装可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，本实施例中选用的方式为将曝气支管12通过若干固定件14固定安装于混凝池池壁上，固定件14可以是固定块，曝气支管12穿过并与固定块固定，固定块与混凝池池壁固定，如此可以保证曝气时曝气管的稳定。如图4所示，本申请还公开了一种包括上述水处理单元的除硬除硅水处理系统，该水处理系统还包括絮凝单元和沉淀单元，絮凝单元包括与第三混凝池6连通的絮凝池2，絮凝池2内安装有导流筒21和用于投加絮凝剂的絮凝剂投加环23，絮凝剂投加环23连接有絮凝剂投加管26，絮凝池2内还安装有絮凝搅拌器22，絮凝搅拌器22的搅拌叶片处于导流筒21内，絮凝池2的下端连接有絮凝进水管，絮凝进水管与第三混凝池6的混凝出水管连通，且进水管另一端处于导流筒21内。沉淀单元包括沉淀池3，沉淀池3内设置有斜管31和刮泥机32，沉淀池3设置有出水槽用于出水。絮凝池2和沉淀池3之间通过一过水堰8连通，如图5所示，絮凝池2远离水处理单元一侧直接通过一过水堰8与沉淀池3连通，进入絮凝区的污水在在导流筒21内与絮凝剂反应然后直接通过过水堰8进入沉淀池3内进行沉淀分离；也可以是如图6所示，絮凝池2靠近沉淀池3一侧设置有挡板24，挡板24下端设置有出水口与池底之间形成过水通道，挡板24与过水堰8之间形成推流区25，污水首先在导流筒21内与絮凝剂反应然后通过过水通道经过推流区25，然后通过过水堰8进入沉淀区内进行沉淀分离，上述两种方式均可，相较于后一种方式，前一种方式取消推流区25，絮凝后的水可以直接进入沉淀区，斜管31与过水堰8之间形成的预沉区33变大，增加沉淀时间，使得污水反应更加完全，减少未完成的反应到达斜管31处进行反应，造成斜管31处结垢现象严重，减少清扫斜管31的频率，还不会导致斜管31结垢严重导致斜管31坍塌，故本实施例中选择前一种方式上述沉淀池3可以选用高效沉淀池3，也可以选用加砂沉淀池3等其它沉淀池3，只需要控制絮凝池2中的水直接进入沉淀池3，取消推流区25，增加反应时间，防止未反应完成的污水在斜管31处反应造成斜管31结垢严重即可。本申请提供的水处理单元以及水处理系统不仅可以应用于高温煤气化废水处理，也可以应用于其他废水处理领域，起到除硬除硅的作用。以下应用例中以处理高温煤气化废水处理为例进行阐述。此外，目前在除硬的过程中加入的纯碱是在絮凝池2絮凝剂一起加入，对于高温煤气化废水是一种高温高硬度高硅的飞出，处理高温高硬度高硅的水质若是还是采用该投加方式的话，会导致下游沉淀池3内斜管31结垢严重，甚至会导致斜管31坍塌。因此针对高温高硬度高硅的水质处理，本申请中可以将纯碱的投加点设置在位于絮凝池2上游的第三混凝池6上，有效增加了反应时间，可以减少由于在沉淀池3的斜管31上反应造成的斜管31结垢现象，避免斜管31坍塌事故，保证系统平稳运行。应用例将上述除硬除硅水处理系统应用于污水的除硬除硅处理，其中污水为水煤浆气化装置污水和粉煤气化装置污水的混合，污水的进水水质如下表1所示，且污水的进水温度为80℃左右，为高温高硬度高硅污水，该水处理系统中的水处理单元为三级混凝池，如图4所示，分别为第一混凝池4、第二混凝池5和第三混凝池6，第一混凝池4连接有氢氧化钠投加管和氧化镁投加管，第二混凝池5连接有混凝剂投加管51，混凝剂选用聚合硫酸铁，第三混凝池6连接有纯碱投加管61，第三混凝池6中均设置有混凝搅拌器9，且第二混凝池5和第三混凝池6中均设置有曝气管道1，曝气支管12设置有4个，此外，结合图5，该水处理系统的絮凝池2选用取消推流区25的絮凝池2，絮凝池2的污水直接通过过水堰8进入沉淀池3进行沉淀分离，连续运行4-6周后从沉淀池3中沉淀分离后的出水水质如下表1所示。表1：应用例中污水进水水质类别ph浊度ss（mg/l）总硬度（mg/l）总硅（mg/l）进水≤7-8<10<5001000-2500150-200沉淀出水≤7-8<10<15<250<30从上表1可以看出，采用本申请提供的水处理系统除硬除硅效果好，而且混凝搅拌器9不会产生严重的结垢现象，整个系统运行平稳，混凝搅拌器9以及斜管31均不会产生结垢严重的现象。对比例1采用应用例中的出硬除硅水处理系统，不同之处在于，水处理系统中的三级混凝池中仅仅设置有混凝搅拌器9，而不设置有曝气管路1，且絮凝池2选用设置有推流区25的絮凝池2，使得絮凝池2内的污水首先进入推流区25然后进入沉淀池3进行沉淀分离，采用这种水处理系统的时候，混凝池内尤其是第二混凝池5和第三混凝池6中混凝搅拌器9结垢严重，导致第二混凝池5和第三混凝池6内污水与药剂的混凝效果差，药剂没有搅拌均匀，未完全反应，导致出水硬度和硅不达标，甚至更严重的由于第三混凝池6中混凝搅拌器9桨叶结垢严重，负载增加，造成电机发烫，产生跳闸现象，系统运行终止，需要停机排水后清理桨叶结垢，影响水处理工作。对比例2采用应用例中的出硬除硅水处理系统，不同之处在于，水处理系统中取消第三混凝池6，二级混凝池5中仅仅设置有混凝搅拌器9，而不设置有曝气管路1，将纯碱投加点改到絮凝池2，且絮凝池2选用设置有推流区25的絮凝池2，使得絮凝池2内的污水首先进入推流区25然后进入沉淀池3进行沉淀分离，采用这种水处理系统的时候，由于纯碱反应时间不足，导致后端沉淀池3的斜管31结垢严重，需要定期清理，浪费人工，甚至会发生斜管31坍塌的事故。综上，针对现有除硬除硅的方法，通常混凝搅拌器9结垢严重，影响水处理作业，针对此，其中一种改进方式是改进混凝搅拌器9的叶轮，将叶轮的角度进行调整，叶轮的宽度减小，采用该方案具有一定的效果，但是效果不是很好，而且使得搅拌强度减弱，影响药剂与污水的反应；另外一种方式是改变投加纯碱的位置，纯碱的投加点不在第三混凝池6中，而是将纯碱的投加点设置在絮凝池2，直接去掉第三混凝池6，可以节省第三混凝池6，节省了占地，但是在絮凝池2投加纯碱带来的后果是除硬的反应时间不是很足，会使得除硬反应一直进行，直到沉淀区的斜管31上也会产生除硬反应，本来在斜管31上可能也会发生剩余的除硬反应，该操作会导致出水斜管31结垢更加严重。而本申请中首先在混凝池内设置有曝气管路1，利用曝气的方式实现药剂与污水的混合，防止混凝池内的颗粒沉淀，减少混凝搅拌器9的结垢现象，将纯碱的投加点改到第三混凝池中，增长反应时间，絮凝区内取消推流区25的设置使得沉淀区内斜管31与沉淀区室壁之间形成的预沉区33更大，反应时间更长，减少在斜管31处的结垢。本具体实施方式的实施例均为本申请较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。当前第1页12