CN106966534A - 基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***及工艺，其软化预处理机构包括反应槽、澄清器和过滤装置。其减量浓缩机构为ED离子膜装置。将ED离子膜装置析出的淡水回用于脱硫***补充水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理。本发明经三联箱工艺处理，采用石灰调节pH至9～9.5，无需加碱调节pH至11以上，石灰加药量少，带入钙离子少，无需投加可使钙离子生成沉淀的碳酸钠或硫酸钠，经过澄清沉淀、过滤后的出水直接进入ED离子膜装置减量浓缩，与现有技术相比工艺流程短、运行及投资成本低、维护方便，采用离子选择性电渗析技术，具有使用寿命长、对水质要求低、浓缩倍数高、运行负荷低、能耗低的特点。

Description

基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***及工艺
技术领域
本发明属于环保水处理技术领域，尤其涉及一种基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***及工艺。
背景技术
二氧化硫(化学式SO2)，是造成大气污染的主要原因之一，也是造成酸雨的重要原因，是大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫元素，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸。若把亚硫酸进一步在PM2.5存在的条件下氧化，便会迅速高效生成硫酸。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。
截止2010年末，我国完成“十一五”期间的总量控制目标为全年SO2排放量2246.7万吨，其中电力行业的控制量为951.7万吨。在众多工业生产过程中，燃煤电厂烟气脱硫***是SO2的排放大户。这其中，石灰石～石膏湿法脱硫是电厂脱硫应用最广泛、技术最成熟的脱硫工艺。为了维持脱硫装置浆液循环***物质的平衡，防止烟气中可溶部分即氯浓度超过规定值和保证石膏质量，必须从***中排放一定量的废水，废水主要来自石膏脱水和清洗***。于是此工艺产生的脱硫废水的处理是我们面临的一大课题。脱硫废水主要含过饱和的亚硫酸盐、悬浮物、硫酸盐以及重金属离子。由于大部分物质都是国家环保标准中规定的第一类污染物，对环境污染较严重。因此，必须对脱硫废水进行有效处理后排放。于是此工艺产生的脱硫废水的处理是我们面临的一大课题。
2015年4月16日，国务院发布《水污染行动计划》《水十条》，国家将强化对各类水污染的治理力度。“水十条”明确提出，到2020年，全国水环境质量得到阶段性改善，污染严重水体较大幅度减少，“狠抓工业污染防治”成为重要任务，多项标准进一步趋严，一些重点区域甚至将禁止污水排放。2016年9月30日，环保部发布关于征求《火电厂污染防治技术政策》和《火电厂污染防治最佳可行性技术指南》意见函，对火电厂排放的废气、废水、噪声、固体废弃物等造成的污染制定基本的技术政策，关于废水明确指出：火电厂水污染防治应遵循清污分流，一水多用、集中处理与分散处理相结合的原则，鼓励火电厂实现废水的循环使用不外排。
在我国，火电厂作为耗水大户，其用水量约占工业用水量的30％～40％，每年火电厂的用水量呈上身趋势，同时废水排放量也逐年增加。因此，实现废水“零排放”是火电厂可持续发展出路。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种更适合于中国国情、且投资成本和运行成本低且易于操作和管理的零排放***及工艺，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种主要针对含钙镁离子浓度高的脱硫废水的零排放***及工艺。解决高浓度钙镁离子脱硫废水软化预处理需要投加大量石灰和碳酸钠药剂，运行成本高、污泥量大、工艺流程长、设备投资高等问题。本发明技术方案如下：
本发明目的之一，一种基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，包括软化预处理机构、减量浓缩机构和结晶机构，所述软化预处理机构包括依次连接的反应槽、澄清器和过滤装置，由过滤装置滤出的废液进入所述减量浓缩机构浓缩，其中，所述减量浓缩机构为ED离子膜装置，所述ED离子膜装置的淡水出口连接至脱硫***补水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理，所述ED离子膜装置的浓水出口连接至结晶机构，将ED离子膜装置析出的浓水结晶制盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机***消化。
本发明脱硫废水零排放***，进一步地，经过过滤装置滤出的废液无需投加碳酸钠或硫酸钠去除钙离子的药剂，直接进入ED离子膜装置进行浓缩。
本发明脱硫废水零排放***，更进一步地，在所述反应槽内设置有pH检测装置，用于监控反应槽调节pH至9～9.5。
本发明脱硫废水零排放***，更进一步地，所述澄清器通过管道连接有脱水机构，将澄清器内的沉淀污泥输送至脱水机构进行污泥干化。
本发明目的之二，一种基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，包括下述步骤，
预处理，将废水碱性调节，再经辅助剂絮凝沉降后，过滤得到的上清液；
减量浓缩，预处理得到的上清液经离子选择性电渗析处理，浓缩液TDS达20万mg/L以上、脱盐液的氯离子浓度可降低至100～6000mg/L以内的任何数值，将得到的淡水回收用于脱硫***补充水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理；
结晶，减量浓缩的浓缩液结晶成盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机等***消化。
本发明脱硫废水零排放工艺，进一步的，预处理步骤中，采用石灰进行废水碱性调节，最终调节至pH9～9.5。
本发明脱硫废水零排放工艺，更进一步的，所述上清液除去重金属和悬浮杂质后再进行减量浓缩。
本发明脱硫废水零排放工艺，更进一步的，所述辅助剂包括絮凝剂和有机硫，其中，所述絮凝剂为聚铝絮凝剂或聚铁絮凝剂。
本发明脱硫废水零排放工艺，更进一步的，减量浓缩步骤中，上清液经离子选择性电渗析处理后得到的淡水氯离子浓度可降低至100～6000mg/L以内的任何数值，其淡水可用于脱硫***补充用水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理。
本发明脱硫废水零排放工艺，更进一步的，减量浓缩步骤中，上清液经离子选择性电渗析处理后得到的浓水TDS大于200000mg/L，其浓水直接进入结晶器制盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机***消化。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
①本发明经传统三联箱工艺处理，采用石灰调节pH至9～9.5，无需如其他脱硫废水零排放项目一样加碱调节pH至11以上，石灰加药量少，因而带入的钙离子也少，无需投加碳酸钠或硫酸钠(可使钙离子生成沉淀)加药，经过澄清沉淀、过滤的预处理步骤，出水直接进入ED离子膜装置减量浓缩，与现有技术相比工艺流程短、运行及投资成本低、维护方便；
②减量浓缩采用离子选择性电渗析技术，电渗析膜使用寿命长，对进水水质要求低，但浓缩倍数高，TDS可浓缩至20万mg/L以上，使后续结晶器运行负荷低，既可有效避免浓水侧结垢，又可减少浓缩***的能耗成本，从而降低整体***电耗，降低运行总本低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放的结构示意图。
图中各附图标记的含义如下。
1 ED离子膜装置 2 反应槽
3 澄清器 4 过滤装置
5 pH检测装置 6 加药装置
7 脱水机构 8 脱硫***
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，本发明基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，包括软化预处理机构、减量浓缩机构和结晶机构。下面对本发明每部分机构分别详细说明。
【软化预处理机构】
现有技术中，软化预处理为了完全去除脱硫废水中的镁和钙，通常采用双碱法软化法。即第一步先向脱硫废水投加石灰调节PH11.5以上，并辅助投加絮凝剂、有机硫等。第一步投加碳酸钠或硫酸钠药剂，分别与脱硫废水中的钙镁离子反应生成碳酸钙或硫酸钙和氢氧化镁沉淀，与重金属反应生成硫化物沉淀。经过上述沉淀软化后的水加入絮凝剂絮凝后经澄清器沉降，上清液进行过滤去除水中大部分的悬浮物，沉淀污泥用污泥输送泵后处理。
现有技术软化预处理由于需要双碱法软化完全去除镁和钙，再浓缩至所需浓度，如20万mg/L以上，存在处理工艺流程长，投资成本高，运行用药量高缺点。
本发明软化预处理，软化预处理机构包括依次连接的反应槽2、澄清器3和过滤装置4，所述软化预处理机构包括依次连接的反应槽2、澄清器3和过滤装置4，由过滤装置4滤出的废液进入所述减量浓缩机构浓缩。在所述反应槽2内设置有Ph检测装置5，用于监控反应槽2调节pH9～9.5。所述反应槽2上设置有加药装置6，所述Ph检测装置5和加药装置6可连接自动控制机构(附图未示出)，实现加药等自动化控制。所述脱硫废水进入反应槽2，在反应槽2中加石灰药剂，调节PH 9～9.5一般碱性即可，无需调PH11.5以上的强碱环境，并辅助投加絮凝剂和有机硫等，所述絮凝剂优选聚铝絮凝剂或聚铁絮凝剂，分别与水中的重金属离子反应生成氢氧化物沉淀和硫化物沉淀。经过沉淀软化后的水加入絮凝剂絮凝后经澄清器3沉降，上清液经过滤装置4去除水中大部分的悬浮物，上清液除去重金属和悬浮杂质后再进行减量浓缩。所述澄清器3通过管道连接有脱水机构7，将澄清器3内的沉淀污泥输送至脱水机构7进行污泥干化，即可沉淀污泥用污泥输送泵输送到脱水***干化后外运填埋。此过滤装置4包括过滤器、管式膜或者其他设备。钙镁离子无需进行沉淀，可作为离子状态进入后续工艺。
本发明预处理工艺，反应槽2内加入石灰药剂，PH只需调节到9～9.5，此过程只需将重金属离子生成沉淀，不需要去除钙镁离子，与现有技术双碱法软化相比较，工艺流程短，投资成本低、节省大量石灰用药量，无需投加碳酸钠或硫酸钠等用于沉淀钙的药剂，具有加药量少，运行及投资成本低，且工艺流程短、占地面积小、维护方便的优点。本发明软化预处理与后续的离子选择性电渗析技术联用，可适用于所有含钙镁离子较高的脱硫废水零排放。
【减量浓缩机构】
现有技术含钙镁离子较高的脱硫废水，减量浓缩工艺一般为多效或MVR蒸发器、SWRO或DTRO或STRO+FO、SWRO或DTRO或STRO+多效或MVR蒸发器，具体如下：
多效或MVR蒸发工艺：经软化过滤后的废水直接通过多效蒸发器或MVR蒸发器对废水进行蒸发浓缩。此工艺存在投资成本高，运行成本高的缺点。
SWRO或DTRO或STRO+FO工艺：经软化过滤后的废水通过RO膜，产水回用，RO膜浓水进入FO工艺进行再浓缩。FO产水回流至RO进水进行再处理。浓水TDS达到20万mg/L。此工艺存在投资成本高，膜更换费用高，进水对硬度和硅等指标要求高，FO工艺流程复杂，运行成本较高等缺点。
SWRO或DTRO或STRO+多效或MVR蒸发器工艺：经软化过滤后的废水通过RO膜，产水回用，RO膜浓水进入蒸发器工艺进行再浓缩。此工艺同样存在工艺流程长，投资成本高，运行费用高的缺点。
本发明专利的减量浓缩采用离子选择性电渗析技术，即ED技术，不仅浓缩经过处理的高含盐废水，而且可以有选择的只浓缩一价阴离子。经本发明软化预处理处理后的废水通过离子选择性ED设备进行浓缩，浓缩液TDS可达到20万mg/L以上，脱盐液的氯离子浓度可降低至1000mg/L以下，因此ED的淡水可直接用于脱硫***8的补充水。ED的浓水主要成分为氯化物，包括氯化钠、氯化镁和氯化钙等，可以进入结晶工艺制备成富含镁的杂盐，或者采用烟道喷洒蒸发技术进行处理，实现***零液体排放。因此，软化预处理的产水直接进入离子选择性ED设备，相比其他ED工艺，可产生同样废水浓缩效果，但可缩短工艺流程，节省整体投资成本，显著降低药耗，降低***电耗等。
【结晶机构】
本发明结晶优选采用烟道喷洒蒸发技术。
应当说明的是，所述ED离子膜装置1的淡水出口连接至软化预处理机构，将ED离子膜装置1析出的淡水回用于软化预处理机构补水，所述ED离子膜装置1的浓水出口连接至结晶机构，将ED离子膜装置1析出的浓水结晶制盐。
本发明的工作原理如下：
预处理，将废水碱性调节，再经辅助剂絮凝沉降后，过滤得到的上清液。具体为，可将含钙镁离子浓度高的脱硫废水经过预沉池，除去大颗粒悬浮物等，出水用泵提升至软化预处理***，软化预处理机构包括依次连接的反应槽2、澄清器3和过滤装置4。向脱硫废水投加石灰调节PH值到9～9.5，与水中的离子反应生成硫酸钙沉淀和氢氧化物和硫化物沉淀，经过沉淀软化后的水加入絮凝剂絮凝后经澄清器3沉降，沉淀污泥用污泥输送泵输送到脱水***干化后外运填埋。
减量浓缩，澄清器3出水进入过滤设备进行过滤后，出水满足ED进水限值范围内，进入后续离子选择性浓缩ED工艺和结晶工艺，即预处理得到的上清液经离子选择性电渗析处理，浓缩液TDS达20万mg/L以上、氯离子浓度可降低至1000mg/L以下，将得到的淡水回收用于脱硫***补充水；
结晶，减量浓缩的浓缩液结晶成盐。
通过上述技术方案，本发明经石灰调pH9～9.5，无需如传统调pH11.5，石灰加药量少，因而碳酸钠或硫酸钠(可使钙离子生成沉淀)加药量也大量减少，再经絮凝沉淀、过滤的预处理步骤，出水直接减量浓缩，与现有技术相比运行及投资成本低，且工艺流程短、占地面积小、维护方便。本发明减量浓缩采用离子选择性电渗析技术，电渗析膜使用寿命长，对进水水质要求低，但浓缩倍数高，TDS可浓缩至20万mg/L以上，使后续结晶器运行负荷低，既可有效避免浓水侧结垢，又可减少浓缩***的能耗成本，从而降低整体***电耗，降低运行总本低。以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，其特征在于：包括软化预处理机构、减量浓缩机构和结晶机构，所述软化预处理机构包括依次连接的反应槽(2)、澄清器(3)和过滤装置(4)，由过滤装置(4)滤出的废液进入所述减量浓缩机构浓缩，其中，所述减量浓缩机构为ED离子膜装置(1)，所述ED离子膜装置(1)的淡水出口连接至脱硫***(8)补水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理，所述ED离子膜装置(1)的浓水出口连接至结晶机构，将ED离子膜装置(1)析出的浓水结晶制盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机***消化。
2.根据权利要求1所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，其特征在于：经过过滤装置(4)滤出的废液无需投加碳酸钠或硫酸钠去除钙离子的药剂，直接进入ED离子膜装置(1)进行浓缩。
3.根据权利要求1所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，其特征在于：在所述反应槽(2)内设置有pH检测装置(5)，用于监控反应槽(2)调节pH至9～9.5。
4.根据权利要求1所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放***，其特征在于：所述澄清器(3)通过管道连接有脱水机构(7)，将澄清器(3)内的沉淀污泥输送至脱水机构(7)进行污泥干化。
5.一种基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：包括下述步骤，
预处理，将废水碱性调节，再经辅助剂絮凝沉降后，过滤得到的上清液；
减量浓缩，预处理得到的上清液经离子选择性电渗析处理，浓缩液TDS达20万mg/L以上、脱盐液的氯离子浓度可降低至100～6000mg/L以内的任何数值，将得到的淡水回收用于脱硫***补充水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理；
结晶，减量浓缩的浓缩液结晶成盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机等***消化。
6.根据权利要求5所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：预处理步骤中，采用石灰进行废水碱性调节，最终调节至pH9～9.5。
7.根据权利要求5所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：所述上清液除去重金属和悬浮杂质后直接进行减量浓缩。
8.根据权利要求5所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：所述辅助剂包括絮凝剂和有机硫，其中，所述絮凝剂为聚铝絮凝剂或聚铁絮凝剂。
9.根据权利要求5所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：减量浓缩步骤中，上清液经离子选择性电渗析处理后得到的淡水氯离子浓度可降低至100～6000mg/L以内的任何数值，其淡水可用于脱硫***补充用水，或经过反渗透膜浓缩回用，反渗透膜浓水回到软化预处理前循环处理。
10.根据权利要求5所述的基于离子选择性电渗析技术的脱硫废水零排放工艺，其特征在于：减量浓缩步骤中，上清液经离子选择性电渗析处理后得到的浓水TDS大于200000mg/L，其浓水直接进入结晶器制盐，或进入烟道喷洒，或进入捞渣机***消化。
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