CN110921958A - 烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***及其方法；它包括一级反应罐，所述一级反应罐经主管线依次连接有二级反应罐、三级反应罐、预热器、升膜加热器、真空蒸发器、结晶器、离心机和多层流化床干燥器，所述一级反应罐分别连接有氨水管和制酸废水管，所述二级反应罐上连接有氨水管，所述三级反应罐上连接有曝气管或双氨水管，所述一级反应罐和二级反应罐均与多层流化床干燥器连接；该方法首先对制酸废水先进行预处理、再将硫氮元素资源化：最后将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥；本发明占地小，投资小，易于在现场实施。

Description

烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***及其方法
技术领域
本发明涉及冶金废气治理领域，具体涉及一种烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***及其方法。
背景技术
钢铁厂烧结烟气是仅次于电力行业的第二大废气污染源，烧结厂烟气量大，每生产1吨烧结矿约排出4000m3烟气；含SO2浓度高，钢铁企业70％的SO2从烧结车间排出，其浓度约500～1000mg/m3。烧结烟气脱硫技术早期主要是湿法和半干法，可以满足国家规定的的排放要求，然而随着技术的推广，这两种方法逐渐暴露出有废水产生、腐蚀严重和副产物难利用的问题。近年来，活性炭脱硫工艺流行起来，其较好的避免了上述缺点，且副产物可制备浓硫酸，宝钢、太钢、邯钢、武钢和湛江钢铁等大型钢厂均采用此种工艺对烧结烟气进行脱硫应用。
活性炭吸附烟气中SO2达到饱和后会进行再生，经过再生后吸附的气体从活性炭孔隙中解析出来成为SO2富气，该股富气含有10～20％SO2、1～5％NH3，1000～5000mg/m3活性炭粉尘，还含有少量的HCl、HF和重金属等。富气制备浓硫酸前需先经过洗涤，富气洗涤过程中，SO2、NH3、活性炭粉尘等物质进入洗涤液成为制酸废水。中冶北方对某钢厂烧结烟气制酸废水进行检测，结果表明，pH＜1,SS6000mg/L，氨氮5000mg/L,Cl-24000,H2SO415000,还含有铁、汞、铅、锌等重金属。该股废水酸性强、盐度高，不能直接排放。
目前针对制酸废水的研究主要是实现达标排放，中冶长天陈瑶发明一种制酸废水处理***，通过采用磁混凝沉淀+过滤+膜吸收的方式将制酸废水治理至可达标排放状态。中冶北方分别针对重金属、氨氮和盐份提出了各自的处理工艺和工程化设计建议。
某钢厂公开了一种制酸废水中含炭粉污泥的脱水方法，通过将活性炭粉加药剂改性和深度絮凝，提高活性炭的脱水性能。通过调pH值，添加有机硫，使废水中7种重金属离子含量达到上海市污水综合排放标准第一类A级标准。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了种烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***及其方法，解决制酸废水中悬浮物、重金属及硫和氮的资源化问题。使用该装置的方法，烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水可实现零排放，且废水中的硫和氮元素可变成有价值的硫酸铵产品，重金属和悬浮物活性炭粉可从废水中分别分离出现，各自实现资源化利用价值。
为实现上述目的，本发明所设计一种烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，它包括一级反应罐，所述一级反应罐经主管线依次连接有二级反应罐、三级反应罐、预热器、升膜加热器、真空蒸发器、结晶器、离心机和多层流化床干燥器，所述一级反应罐分别连接有氨水管和制酸废水管，所述二级反应罐上连接有氨水管，所述三级反应罐上连接有曝气管或双氨水管，所述一级反应罐通过一级支管依次连接有一级污泥脱水机和多层流化床干燥器；所述二级反应罐通过二级支管依次连接有二级污泥脱水机和多层流化床干燥器；所述多层流化床干燥器内由上至下分别为一级过滤筛，二级过滤筛和三级过滤筛；所述多层流化床干燥器底部设置有热气管；
所述一级过滤筛、二级过滤筛和三级过滤筛分别与二级污泥脱水机、一级污泥脱水机和离心机，所述一级过滤筛，二级过滤筛和三级过滤筛另一端依次对应有硫酸铵出口、活性炭粉出口和重金属出口。
进一步地，所述一级污泥脱水机通过一级回流管与一级反应罐连通。
再进一步地，所述二级污泥脱水机通过二级回流管与二级反应罐连通。
再进一步地，所述离心机通过离心回流管与二级反应罐连通。
本发明提供了一种上述装置进行制酸废水资源化方法，包括以下步骤：
1)对制酸废水先进行预处理，
a.向一级反应罐中通入浓度为10-15％氨水，用搅拌器使氨水和制酸废水混合均匀，检测废水pH值使达到5.5-7.5，停止搅拌和加氨水，使反应罐静沉5-10min，使废水中悬浮物活性炭粉沉淀下来，进入一级污泥脱水机，脱水得到活性炭污泥，备用；
b.将上清液导入到二级反应罐中，开动搅拌器，继续通入浓度为10-15％氨水，直到pH值为8.5-9.5时，停止加氨水，静置沉淀3-8min，使废水中金属离子沉淀下来，进入二级污泥脱水机9，脱水得到重金属污泥，备用；
c.将上清液导到三级反应罐，往其中加入双氧水或曝气，控制双氧水中过氧化氢与亚硫酸根离子摩尔比1.0～1.2:1，氧化制酸废水中的亚硫酸根离子，反应3-5min至此制酸废水中完成了悬浮物和重金属的分离，剩下硫酸铵溶液，待用；
活性炭粉分离原理：一方面较大颗粒的活性炭粉可以自然沉降，另一方面通过控制pH值5.5-7.5，使废水中铁、铝离子生成氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，可携带细颗粒的活性炭粉一起沉淀，达到完全去除活性炭粉的目的。
重金属的分离原理：调节pH值8.5-9.5使Pb，As，Ni，Hg，Cr等重金属离子与氢氧根反应生成沉淀而分离。
②将硫氮元素资源化：
a.将上述得到的废水，依次引入预热器，使硫酸铵浓度提高至10～15％、进入升膜加热器5，提高硫铵浓度至15～25％，
b.然后进入真空蒸发器，使废水中硫酸铵浓度达到25～35％，再引入结晶器，使废水中硫酸铵浓度达到35～45％，
c.再进入离心机，使硫酸铵结晶并与水分离，得到含水率≦5％的硫酸铵；
③活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥
将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒进入多层振动流化床干燥器，且最上层一级过滤筛进重金属污泥、中间层二级过滤筛进活性炭污泥、最下层三级过滤筛进硫酸铵结晶，通入烧结厂的废热气加热，经干燥后的硫酸铵、活性炭粉和重金属含水率≦1％，再分别经过打包机包装成成品出售。
本发明的有益效果：
①本发明通过参数的控制，可实现制酸废水中活性炭、重金属和硫氮元素三种物质的分离，且各种物质的收得率大于90％以上。
②本发明实现制酸废水中活性炭、重金属和硫酸铵三种产品的产出，活性炭粉作为燃料替代品用于高炉或烧结厂；铁铅砷汞的化合物可作为下游重金属需求企业的化工原料；硫酸铵是一种农业肥料，可直接作为产品出售。
③本发明同时解决制酸废水的处置问题和资源化问题，实现环保效益和经济效益的双赢。
④本发明药剂氨水、双氧水或氧气价廉易得，药剂费用低，且未给体系增加新的化学元素，无二资污染问题。
⑤本发明利用废水本身铁铝离子，制造絮凝效果，无需额外添加絮凝剂，且分离效果好，无药剂使用成本。
⑥本发明占地小，投资小，易于在现场实施。
附图说明
图1为烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***的示意图；
图2为多层流化床干燥器的结构示意图；
图中，一级反应罐1、制酸废水管1.1、二级反应罐2、三级反应罐3、预热器4、升膜加热器5、真空蒸发器6、结晶器7、离心机8、离心回流管8.1、二级污泥脱水机9、二级回流管9.1、一级污泥脱水机10、一级回流管10.1、多层流化床干燥器11、一级过滤筛11.1、二级过滤筛11.2、三级过滤筛11.3、热气管11.4、硫酸铵出口11.5、活性炭粉出口11.6、重金属出口11.7、氨水管12、曝气管或双氨水管13。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
实施例1
如图1～2所述的烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，它包括一级反应罐1，一级反应罐1经主管线依次连接有二级反应罐2、三级反应罐3、预热器4、升膜加热器5、真空蒸发器6、结晶器7、离心机8和多层流化床干燥器11，一级反应罐1分别连接有氨水管12和制酸废水管1.1，二级反应罐2上连接有氨水管12，三级反应罐3上连接有曝气管或双氨水管13，一级反应罐1通过一级支管依次连接有一级污泥脱水机10和多层流化床干燥器11；一级污泥脱水机10通过一级回流管10.1与一级反应罐1连通。
二级反应罐2通过二级支管依次连接有二级污泥脱水机9和多层流化床干燥器11；二级污泥脱水机9通过二级回流管9.1与二级反应罐2连通；
多层流化床干燥器11内由上至下分别为一级过滤筛11.1，二级过滤筛11.2和三级过滤筛11.3；多层流化床干燥器11底部设置有多排热气管11.4；一级过滤筛11.1、二级过滤筛11.2和三级过滤筛11.3分别与二级污泥脱水机9、一级污泥脱水机10和离心机8，离心机8通过离心回流管8.1与二级反应罐2连通；一级过滤筛11.1，二级过滤筛11.2和三级过滤筛11.3另一端依次对应有硫酸铵出口11.5、活性炭粉出口11.6、重金属出口11.7。
利用上述烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***进行不同制酸废水的资源化：
实施例2
某烧结烟气活性炭脱硫厂：
制酸废水：pH为-1，酸含量4.08％，SO4 2-含量6328mg/L，氨氮含量300mg/L，悬浮物含量6486mg/L，Fe含量130mg/L，Pb含量0.8mg/L，As含量0.5mg/L，Ni含量0.2mg/L，Hg含量0.4mg/L，Cr含量0.1mg/L。
对该烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水进行制酸废水资源化方法，包括以下步骤：
1)对制酸废水先进行预处理，
a.向一级反应罐1中通入浓度为15％氨水，用搅拌器使氨水和制酸废水混合均匀，检测废水pH值使达到6.5，停止搅拌和加氨水，使反应罐静沉5min，使废水中悬浮物活性炭粉沉淀下来，进入一级污泥脱水机10，脱水得到活性炭污泥，备用；
b.将上清液导入到二级反应罐2中，开动搅拌器，继续通入浓度为15％氨水，直到pH值为8.5时，停止加氨水，静置沉淀5min，使废水中金属离子沉淀下来，进入二级污泥脱水机9，脱水得到重金属污泥，备用；
c.将上清液导到三级反应罐3，往其中加入2.5g/L的双氧水或曝气，控制双氧水中过氧化氢与亚硫酸根离子摩尔比1.0～1.2:1，氧化制酸废水中的亚硫酸根离子，反应3min至此制酸废水中完成了悬浮物和重金属的分离，剩下硫酸铵溶液，待用；
②将硫氮元素资源化：
a.将上述得到的废水，依次引入预热器4，使硫酸铵浓度提高至15％、进入升膜加热器5，提高硫铵浓度至25％，
b.然后进入真空蒸发器6，使废水中硫酸铵浓度达到35％，再引入结晶器7，使废水中硫酸铵浓度达到45％，
c.再进入离心机8，使硫酸铵结晶并与水分离，得到含水率≦5％的硫酸铵；
③活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥
将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒进入多层振动流化床干燥器，且最上层一级过滤筛11.1进重金属污泥、中间层二级过滤筛11.2进活性炭污泥、最下层三级过滤筛11.3进硫酸铵结晶，通入烧结厂的废热气加热，经干燥后的硫酸铵、活性炭粉和重金属含水率≦1％，再分别经过打包机包装成成品出售。
实施例3
某烧结烟气活性炭脱硫厂：
制酸废水：pH为-0.8，酸含量4.92％，SO4 2-含量9328mg/L，氨氮含量350mg/L，悬浮物含量7486mg/L，Fe含量150mg/L，Pb含量0.9mg/L，As含量0.4mg/L，Ni含量0.3mg/L，Hg含量0.3mg/L，Cr含量0.1mg/L。
对该烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水进行制酸废水资源化方法，包括以下步骤：
1)对制酸废水先进行预处理，
a.向一级反应罐1中通入浓度为12％氨水，用搅拌器使氨水和制酸废水混合均匀，检测废水pH值使达到7，停止搅拌和加氨水，使反应罐静沉8min，使废水中悬浮物活性炭粉沉淀下来，进入一级污泥脱水机10，脱水得到活性炭污泥，备用；
b.将上清液导入到二级反应罐2中，开动搅拌器，继续通入浓度为12％氨水，直到pH值为9时，停止加氨水，静置沉淀5min，使废水中金属离子沉淀下来，进入二级污泥脱水机9，脱水得到重金属污泥，备用；
c.将上清液导到三级反应罐3，往其中加入4.5g/L的双氧水或曝气，控制双氧水中过氧化氢与亚硫酸根离子摩尔比1.0～1.2:1，氧化制酸废水中的亚硫酸根离子，反应5min至此制酸废水中完成了悬浮物和重金属的分离，剩下硫酸铵溶液，待用；
②将硫氮元素资源化：
a.将上述得到的废水，依次引入预热器4，使硫酸铵浓度提高至15％、进入升膜加热器5，提高硫铵浓度至24％，
b.然后进入真空蒸发器6，使废水中硫酸铵浓度达到34％，再引入结晶器7，使废水中硫酸铵浓度达到44％，
c.再进入离心机8，使硫酸铵结晶并与水分离，得到含水率≦5％的硫酸铵；
③活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥
将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒进入多层振动流化床干燥器，且最上层一级过滤筛11.1进重金属污泥、中间层二级过滤筛11.2进活性炭污泥、最下层三级过滤筛11.3进硫酸铵结晶，通入烧结厂的废热气加热，经干燥后的硫酸铵、活性炭粉和重金属含水率≦1％，再分别经过打包机包装成成品出售。
实施例4
某烧结烟气活性炭脱硫厂：
制酸废水pH为-0.5，酸含量3.91％，SO4 2-含量5120mg/L，氨氮含量250mg/L，悬浮物含量5316mg/L，Fe含量120mg/L，Pb含量0.7mg/L，As含量0.2mg/L，Ni含量0.1mg/L，Hg含量0.1mg/L，Cr含量0.1mg/L。
对该烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水进行制酸废水资源化方法，包括以下步骤：
1)对制酸废水先进行预处理，
a.向一级反应罐1中通入浓度为13％氨水，用搅拌器使氨水和制酸废水混合均匀，检测废水pH值使达到6.5，停止搅拌和加氨水，使反应罐静沉7min，使废水中悬浮物活性炭粉沉淀下来，进入一级污泥脱水机10，脱水得到活性炭污泥，备用；
b.将上清液导入到二级反应罐2中，开动搅拌器，继续通入浓度为13％氨水，直到pH值为9时，停止加氨水，静置沉淀4min，使废水中金属离子沉淀下来，进入二级污泥脱水机9，脱水得到重金属污泥，备用；
c.将上清液导到三级反应罐3，往其中加入2.9g/L双氧水或曝气，控制双氧水中过氧化氢与亚硫酸根离子摩尔比1.0～1.2:1，氧化制酸废水中的亚硫酸根离子，反应4min至此制酸废水中完成了悬浮物和重金属的分离，剩下硫酸铵溶液，待用；
②将硫氮元素资源化：
a.将上述得到的废水，依次引入预热器4，使硫酸铵浓度提高至12％、进入升膜加热器5，提高硫铵浓度至20％，
b.然后进入真空蒸发器6，使废水中硫酸铵浓度达到30％，再引入结晶器7，使废水中硫酸铵浓度达到40％，
c.再进入离心机8，使硫酸铵结晶并与水分离，得到含水率≦5％的硫酸铵；
③活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥
将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒进入多层振动流化床干燥器，且最上层一级过滤筛11.1进重金属污泥、中间层二级过滤筛11.2进活性炭污泥、最下层三级过滤筛11.3进硫酸铵结晶，通入烧结厂的废热气加热，经干燥后的硫酸铵、活性炭粉和重金属含水率≦1％，再分别经过打包机包装成成品出售。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，其特征在于：它包括一级反应罐(1)，所述一级反应罐(1)经主管线依次连接有二级反应罐(2)、三级反应罐(3)、预热器(4)、升膜加热器(5)、真空蒸发器(6)、结晶器(7)、离心机(8)和多层流化床干燥器(11)，所述一级反应罐(1)分别连接有氨水管(12)和制酸废水管(1.1)，所述二级反应罐(2)上连接有氨水管(12)，所述三级反应罐(3)上连接有曝气管或双氨水管(13)，所述一级反应罐(1)通过一级支管依次连接有一级污泥脱水机(10)和多层流化床干燥器(11)；所述二级反应罐(2)通过二级支管依次连接有二级污泥脱水机(9)和多层流化床干燥器(11)；所述多层流化床干燥器(11)内由上至下分别为一级过滤筛(11.1)，二级过滤筛(11.2)和三级过滤筛(11.3)；所述多层流化床干燥器(11)底部设置有多排热气管(11.4)；
所述一级过滤筛(11.1)、二级过滤筛(11.2)和三级过滤筛(11.3)分别与二级污泥脱水机(9)、一级污泥脱水机(10)和离心机(8)，所述一级过滤筛(11.1)，二级过滤筛(11.2)和三级过滤筛(11.3)另一端依次对应有硫酸铵出口(11.5)、活性炭粉出口(11.6)和重金属出口(11.7)。
2.根据权利要求1所述烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，其特征在于：所述一级污泥脱水机(10)通过一级回流管(10.1)与一级反应罐(1)连通。
3.根据权利要求1所述烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，其特征在于：所述二级污泥脱水机(9)通过二级回流管(9.1)与二级反应罐(2)连通。
4.根据权利要求1所述烧结烟气活性炭脱硫工艺制酸废水资源化***，其特征在于：所述离心机(8)通过离心回流管(8.1)与二级反应罐(2)连通。
5.一种权利要求1所述装置进行制酸废水资源化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对制酸废水先进行预处理，
a.向一级反应罐中通入浓度为10-15％氨水，用搅拌器使氨水和制酸废水混合均匀，检测废水pH值使达到5.5-7.5，停止搅拌和加氨水，使反应罐静沉5-10min，使废水中悬浮物活性炭粉沉淀下来，进入一级污泥脱水机，脱水得到活性炭污泥，备用；
b.将上清液导入到二级反应罐中，开动搅拌器，继续通入浓度为10-15％氨水，直到pH值为8.5-9.5时，停止加氨水，静置沉淀3-8min，使废水中金属离子沉淀下来，进入二级污泥脱水机，脱水得到重金属污泥，备用；
c.将上清液导到三级反应罐，往其中加入双氧水或曝气，控制双氧水中过氧化氢与亚硫酸根离子摩尔比1.0～1.2:1，氧化制酸废水中的亚硫酸根离子，反应3-5min至此制酸废水中完成了悬浮物和重金属的分离，剩下硫酸铵溶液，待用；
②将硫氮元素资源化：
a.将上述得到的废水，依次引入预热器，使硫酸铵浓度提高至10～15％、进入升膜加热器，提高硫铵浓度至15～25％，
b.然后进入真空蒸发器，使废水中硫酸铵浓度达到25～35％，再引入结晶器，使废水中硫酸铵浓度达到35～45％，
c.再进入离心机，使硫酸铵结晶并与水分离，得到含水率≦5％的硫酸铵；
③活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒的干燥
将活性炭污泥、重金属污泥和硫酸铵结晶颗粒进入多层振动流化床干燥器，且最上层一级过滤筛进重金属污泥、中间层二级过滤筛进活性炭污泥、最下层三级过滤筛进硫酸铵结晶，通入烧结厂的废热气加热，经干燥后的硫酸铵、活性炭粉和重金属含水率≦1％，再分别经过打包机包装成成品出售。
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