CN109748422A - 一种回收高镁脱硫废水中镁的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种回收高镁脱硫废水中镁的装置包括脱硫塔、中和池、镁回收池和曝气池,脱硫塔出液口连接中和池的进液口,中和池的上端出口连接镁回收池进液口,镁回收池底端的出料口连接镁沉淀池,上端出液口连接曝气池,脱硫塔出口烟气通过鼓风机鼓入曝气池中,曝气池底部连接碳酸钙和碳酸镁沉淀池,碳酸钙和碳酸镁沉淀池中的沉淀物通过石灰石制浆***返回到所述脱硫塔中,曝气池上清液出口连接后续处理单元。本发明采用双碱法调节pH辅以CO2碳化回收高镁脱硫废水中镁的方法,在软化废水的同时,产生的污泥量较少,并且经过板框压滤机压滤后制成泥饼外运,回收方便,不会对环境产生污染;可以回收到高纯度、高价值的氢氧化镁产品,废水处理成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种回收高镁脱硫废水中镁的装置及方法,属于废水软化处理技术领域。
背景技术
随着当前世界经济的发展,淡水资源缺乏的问题变得尤为突出,经济可持续发展受限于水资源短缺和水质劣化。火力发电厂用水量占工业用水量的30%-40%,不论是用水量还是排水量都十分巨大。近年来,不少国家颁布了一系列用水排水政策和法规,对于目前电厂用水排水以及水质都有较为明确的规定,强调了对水污染的管控,对提升用水效率和减少排污提出了严格规定,对于火力发电厂这样的用水排水大户,需及时开展废水综合治理工作,将废水做集中处理,禁止废水外排,火电厂实现废水近零排放的关键是实现脱硫废水零排放。
目前,石灰石湿法是火力发电厂主要采取的脱硫方法,但“超低排放”改造过程中会产生大量脱硫废水。废水中含有大量的钙、镁离子,具有强腐蚀性及易结垢等特点,造成处置费用高,回用难,成为制约电厂废水“零排放”的关键因素,因此,加强对脱硫废水软化手段的研究十分适时和必要。
脱硫废水中的钙镁含量受到脱硫***进水水质、石灰石品种等因素影响而波动较大。使用含镁量较高的石灰石时,废水中的镁离子含量就会较高。一方面,对后续废水处理设备影响较大,浆液中的高镁会形成氢氧化镁,若不能及时排出,会严重影响后续膜法处理通量,影响技术路线的选择。镁含量高还会引起脱硫浆液起泡,进而腐蚀烟道,影响二氧化硫吸收,使石膏脱水效果差等等;另一方面,如果对镁加以回收,还可为电厂带来一定的经济效益。氢氧化镁用途广泛,是塑料、橡胶制品优良的阻燃剂;在环保方面作为烟道气脱硫剂,可代替烧碱和石灰作为含酸废水的中和剂;亦用作油品添加剂,起到防腐和脱硫作用;另外,还可用于电子行业、医药、砂糖的精制,作保温材料以及制造其他镁盐产品。
目前,氢氧化镁回收采用化学加药的软化处理方法,常选择投加碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钙、硫酸钠和二氧化碳中的一种或几种,回收的氢氧化镁纯度低,产生大量的污泥。中国发明专利CN201510424135.5通过两级反应软化脱硫废水,具体为:向一级反应箱中加入石灰乳和硫酸钠沉淀钙、镁离子,向二级反应箱中通入二氧化碳来沉淀剩余的钙离子,此方法软化废水过程中消耗了大量的硫酸钠和石灰乳,产生的氢氧化镁纯度较低致使镁产品价值较低,不能进行有效的回收利用,且废水处理过程中产生的大量污泥也不能回收,造成环境污染。中国发明专利CN201711487269.7通过依次添加石灰和碳酸钠的方式软化脱硫废水,此方法不适合高镁脱硫废水,药剂消耗量大、成本高、产生的氢氧化镁纯度较低,而且大大增加了污泥量。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提供一种回收高镁脱硫废水中镁的装置及方法,采用双碱法调节pH 辅以CO2碳化回收高镁脱硫废水中镁的方法,在软化废水的同时,产生的污泥量较少,并且产生的少量污泥经过板框压滤机压滤后制成泥饼外运,回收方便,不会对环境产生污染;可以回收到高纯度、高价值的氢氧化镁产品,废水处理成本低。
本发明所述的技术问题是以如下技术方案解决的:
一种回收高镁脱硫废水中镁的装置,所述装置包括脱硫塔、中和池、镁回收池和曝气池,所述脱硫塔出液口连接所述中和池的进液口,所述中和池的上端出口连接所述镁回收池进液口,所述中和池中的上层清液送入所述镁回收池中,所述镁回收池底端的出料口连接镁沉淀池,上端出液口连接所述曝气池,所述镁回收池中的沉淀物直接排放到所述镁沉淀池中,上清液输入所述曝气池中,所述脱硫塔出口烟气通过鼓风机鼓入所述曝气池中,调节所述曝气池中废水的pH值,所述曝气池底部连接碳酸钙和碳酸镁沉淀池,所述碳酸钙和碳酸镁沉淀池中的沉淀物通过石灰石制浆***返回到所述脱硫塔中,循环利用,所述曝气池上清液出口连接后续处理单元。
上述回收高镁脱硫废水中镁的装置,增设板框压滤机,与所述中和池的底端出口连接。
上述回收高镁脱硫废水中镁的装置,增设离心机,所述镁沉淀池中的沉淀物通过所述离心机离心后干燥回收。
一种回收高镁脱硫废水中镁的方法,包括如下步骤:
a、将所述脱硫塔中的废水引入所述中和池中,向中和池中加入Ca(OH)2粉末,调节废水的pH值至8.0-9.0,所述中和池底部污泥经过所述板框压滤机压缩处理后排出,上层清液送入所述镁回收池,涉及的反应式如下:
(1)
Ca2++ SO4 2- =CaSO4 ↓ (2)
式(1)中W代表重金属离子;
b、在所述镁回收池中加入碱液,调节pH值至9.5-11.5,产生的Mg(OH)2沉淀通过所述镁回收池最底部的出口排到所述镁沉淀池,沉淀物通过所述离心机离心后干燥回收,镁回收池中的上层清液通过上端出口送入所述曝气池中,涉及到的反应式如下:
(3)
(4)
c、在所述曝气池内通过鼓风机间歇性曝气,由于烟气中含有CO2,CO2的通入会使废水pH降低,降低废水pH值至7.5-9,产生的沉淀通过所述曝气池底部的出口排至碳酸钙和碳酸镁沉淀池,涉及的反应式如下:
(5)
(6)
d、碳酸钙和碳酸镁沉淀物通过石灰石制浆***返回至脱硫塔继续利用,曝气池中的上清液输送至后续处理单元进行后续处理。
上述回收高镁脱硫废水中镁的方法,所述步骤a中,加入Ca(OH)2粉末调节废水的pH值为8.8。
上述回收高镁脱硫废水中镁的方法,所述步骤b中,加入的碱液为浓度不同体积相同的NaOH溶液,调节废水的pH值为10.2。
上述回收高镁脱硫废水中镁的方法,所述步骤c中,间歇性鼓入CO2,控制曝气池中上清液pH值为8.5。
上述回收高镁脱硫废水中镁的方法,所述步骤a和b中,在分别加入Ca(OH)2粉末和NaOH溶液的同时,均采用搅拌器对脱硫废水进行搅拌。
本发明涉及的反应原理包括如下:
1、向中和池中加入Ca(OH)2,除去脱硫废水中的重金属:脱硫废水中含有重金属,如Cr、Cd、Pb、Hg、Cu等。重金属污染物在其中都有较好的溶解性,虽然它们的含量较少,但直接排放对水生生物具有一定毒害作用,并通过食物链传递到较高营养阶层的生物,同时还会对后续镁产品的回收产生不利影响。因此,首先需要把重金属除去。向脱硫废水中加入Ca(OH)2粉末调pH至8.0-9.0,边加Ca(OH)2粉末边搅拌废水,通过过滤除去脱硫废水中大部分的重金属和悬浮物等物质,反应式如下:
(1)
Ca2++ SO4 2- =CaSO4↓ (2)
式(1)中W代表重金属离子。
2、加碱法回收镁:针对高镁低钙脱硫废水,由于脱硫废水中钙镁含量差距悬殊,氢氧化镁溶度积远远小于氢氧化钙,加入浓度不同、体积相同的碱液,并调节废水的pH值,保证产生的Mg(OH)2沉淀物的纯度,并进行回收,反应式如下:
(3)
(4)
3、通入烟气降低废水的pH值:加碱回收镁后的上清液pH值较高,不能满足进入后续处理单元的要求,因此,需要降低pH以满足后续处理的需要。利用脱硫烟气中的CO2,将烟气通入上清液中,以降低pH值,避免使用大量化学药剂,产生二次污染,反应式如下:
(5)
(6)
本发明回收镁的装置及方法主要针对于燃煤电厂高镁脱硫废水,通过双碱法调节pH辅以CO2碳化回收高镁脱硫废水中的镁,废水软化处理的过程中产生的污泥量较少,并且产生的少量污泥经过板框压滤机压滤后制成泥饼外运,回收方便,不会对环境产生污染;脱硫废水中的镁作为产品被回收,控制废水的pH值,得到了纯度较高、杂质少、粒度均匀、外貌规整的高品质氢氧化镁,创造了一定的的经济效益;利用烟气中CO2降低回收镁后的废水的pH值,此过程中脱硫废水中的钙转化为碳酸钙回收到脱硫***,大大减少了药剂的加入量、降低了废水处理成本和对环境的污染,同时减轻了对后续脱硫废水处理单元的不良影响。
附图说明
图1为本发明装置工艺流程图;
图2为去除重金属过程中钙增加率和镁减少率随pH变化曲线图;
图3为加碱过程中镁回收率和镁纯度随pH变化曲线图;
图4为通CO2过程中钙沉淀率随pH变化曲线图。
图中各标号清单为:1、脱硫塔;2、中和池;3、板框压滤机;4、镁回收池;5、镁沉淀池;6、离心机;7、曝气池;8、风机;9、碳酸钙和碳酸镁沉淀池;10、石灰石制浆***;11、后续处理单元。
具体实施方式
加碱法对高镁低钙脱硫废水中镁回收的初步试验:在实验过程中,实际脱硫废水中钙离子的浓度为440 mg/L,镁离子浓度为13011 mg/L。凡涉及加药的过程均使用搅拌器进行搅拌。
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
将脱硫塔1产生的脱硫废水送入中和池2中,向中和池2中加入Ca(OH)2粉末调节废水的pH值,对pH值为8.0、8.4、8.5、8.6、8.8、9.0以及9.2时的废水样品进行取样测定,测定钙增加率以及镁沉淀率随pH值变化的趋势,得到最佳pH值,使得废水中的重金属离子沉淀量最大化的同时,减少镁的沉淀率。参看图2,可以得出,钙增加率随pH值的升高而升高,镁沉淀率随pH值的升高呈现先保持不变后上升的趋势,当pH值调节至8.8时,镁的沉淀率最低,然后经过过滤得到上层清液,沉淀物经过板框压滤机进行压缩处理后排出;
除去重金属的上层清液进入镁回收池4中,向镁回收池4中加入浓度不同体积相同的NaOH溶液,使得废水中的Mg产生Mg(OH)2沉淀物,调节废水的pH值,在不同的pH条件下分别取样测定镁沉淀率和镁纯度,参看图3,镁沉淀率随pH值的升高而呈现不断上升的趋势,而镁纯度则随pH的升高呈现先上升后下降的趋势,这是因为后期随着碱液NaOH的加入,溶液中的钙也生成了沉淀,使得镁纯度开始降低。当pH值为10.2左右时,镁纯度最高,接近100%;当pH值到达11左右时,虽然溶液中的镁几乎得到了全部的回收,但是碱量消耗的更多,而且镁纯度也降低了,不能达到HG/T 3607-2007规定的Ⅰ类氢氧化镁纯度不低于97.5%的指标。所以在加碱回收镁的阶段将pH值调至10.2,氢氧化镁产品的质量和回收率都可以得到保证。产生的Mg(OH)2沉淀物进入镁沉淀池中,并通过离心机离心后干燥回收,可以得到较高纯度的Mg(OH)2产品;
回收完镁的上层清液进入曝气池7中,脱硫塔1中的烟气通过鼓风机8进入曝气池7中,烟气中含有CO2,用于调节废水的pH值,废水中的部分钙会形成碳酸钙沉淀,参看图4,钙沉淀率随废水pH值的增大先增大后减小,为保证钙沉淀率最大,得到废水pH值应为8.5。将pH值调至8.5后即可停止曝气,在曝气池7底部的碳酸钙等沉淀排到碳酸钙和碳酸镁沉淀池9,碳酸钙沉淀可用于石灰石制浆***10,制好的石灰石浆液又可以重新返回到脱硫塔1,曝气池7上层清液送入后续处理单元11进行后续处理。经过上述处理后,脱硫废水中的重金属和绝大部分钙镁已经除去,水质得到了较大程度的软化,对于后续零排放处理设备,没有二次污染和结垢风险,为电厂带来了极大的效益。
Claims (8)
1.一种回收高镁脱硫废水中镁的装置,其特征在于:所述装置包括脱硫塔(1)、中和池(2)、镁回收池(4)和曝气池(7),所述脱硫塔(1)出液口连接所述中和池(2)的进液口,所述中和池(2)的上端出口连接所述镁回收池(4)进液口,所述中和池(2)中的上层清液送入所述镁回收池(4)中,所述镁回收池(4)底端的出料口连接镁沉淀池(5),上端出液口连接所述曝气池(7),所述镁回收池(4)中的沉淀物直接排放到所述镁沉淀池(5)中,上清液输入所述曝气池(7)中,所述脱硫塔(1)出口烟气通过鼓风机(8)鼓入所述曝气池(7)中,调节所述曝气池(7)中废水的pH值,所述曝气池(7)底部连接碳酸钙和碳酸镁沉淀池(9),所述碳酸钙和碳酸镁沉淀池(9)中的沉淀物通过石灰石制浆***(10)返回到所述脱硫塔(1)中,循环利用,所述曝气池(7)上清液出口连接后续处理单元(11)。
2.根据权利要求1所述的回收高镁脱硫废水中镁的装置,其特征在于:增设板框压滤机(3),与所述中和池(2)的底端出口连接。
3.根据权利要求2所述的回收高镁脱硫废水中镁的装置,其特征在于:增设离心机(6),所述镁沉淀池(5)中的沉淀物通过所述离心机(6)离心后干燥回收。
4.一种利用权利要求1-3中任一项所述的装置回收高镁脱硫废水中镁的方法,其特征在于:包括如下步骤:
a、将所述脱硫塔(1)中的废水引入所述中和池(2)中,向中和池(2)中加入Ca(OH)2粉末,调节废水的pH值至8.0-9.0,所述中和池(2)底部污泥经过所述板框压滤机(3)压缩处理后排出,上层清液送入所述镁回收池(4),涉及的反应式如下:
(1)
Ca2++ SO4 2- =CaSO4↓ (2)
式(1)中W代表重金属离子;
b、在所述镁回收池(4)中加入碱液,调节pH值至9.5-11.5,产生的Mg(OH)2沉淀通过所述镁回收池(4)最底部的出口排到所述镁沉淀池(5),沉淀物通过所述离心机(6)离心后干燥回收,所述镁回收池(4)中的上层清液通过上端出口送入所述曝气池(7)中,涉及到的反应式如下:
(3)
(4)
c、在所述曝气池(7)内通过鼓风机(8)间歇性曝气,由于烟气中含有CO2,CO2的通入会使废水pH值降低,降低废水pH至7.5-9,产生的沉淀通过所述曝气池(7)底部的出口排至碳酸钙和碳酸镁沉淀池(9),涉及的反应式如下:
(5)
(6)
d、碳酸钙和碳酸镁沉淀物通过所述石灰石制浆***(10)返回至所述脱硫塔(1)继续利用,所述曝气池(7)中的上清液输送至所述后续处理单元(11)进行后续处理。
5.根据权利要求4所述的回收高镁脱硫废水中镁的方法,其特征在于:所述步骤a中,加入Ca(OH)2粉末调节废水的pH值为8.8。
6.根据权利要求5所述的回收高镁脱硫废水中镁的方法,其特征在于:所述步骤b中,加入的碱液为浓度不同体积相同的NaOH溶液,调节废水的pH值为10.2。
7.根据权利要求6所述的回收高镁脱硫废水中镁的方法,其特征在于:所述步骤c中,间歇性鼓入CO2,控制曝气池中上清液pH值为8.5。
8.根据权利要求7所述的回收高镁脱硫废水中镁的方法,其特征在于:所述步骤a和b中,在分别加入Ca(OH)2粉末和NaOH溶液的同时,均采用搅拌器对脱硫废水进行搅拌。
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