CN111592163B - 一种脱硫废水零排放处理***及处理方法 - Google Patents

Abstract

一种脱硫废水零排放处理***及处理方法，属于废水处理和废水资源化利用领域。这种脱硫废水零排放处理***包括废水预处理***、镁盐分离***和蒸发结晶***，该***采用两级水平管蒸发器与竖直管蒸发器相耦合的蒸发工艺，实现了蒸汽的循环利用，大幅度降低了废水蒸发的能耗，节约能源。这种脱硫废水零排放处理***的处理方法通过添加碳酸铵试剂，既去除了废水中的钙离子以及其它重金属离子，又可以回收废水中的镁离子从而提高废水处理的附加值。通过添加化学药剂保证了后续蒸发过程中的结晶盐为单一组分并且可回用的硫酸铵，解决了传统废水处理工艺中固废难以处理的技术难题。

Description

一种脱硫废水零排放处理***及处理方法

技术领域

本发明涉及一种脱硫废水零排放处理***及处理方法，属于废水处理和废水资源化利用领域。

背景技术

煤炭作为我国火力发电的主要化石燃料，在燃烧过程中会产生大量含硫的烟气，直接排放烟气极易造成酸雨和大气污染，因此必须要对烟气进行脱硫处理。目前烟气脱硫***的工艺多采用石灰石-石膏湿法脱硫法，湿法脱硫产生的废水具有悬浮物含量高、盐度高、钙镁等结垢性离子含量高、COD含量高等特性，这使得脱硫废水的处理成为电厂废水处理的焦点和难题。

火力发电厂对脱硫废水的常规处理工艺为化学沉淀法，但化学沉淀法要消耗大量的化学药剂，建设运行成本较高；不能去除溶解的Cl^-、SO₄ ^2-等盐离子，导致处理后的废水回用途径有限，大都直接用于水力冲灰或灰场喷洒，难以真正实现脱硫废水零排放的要求。

国内少数电厂采用软化预处理结合多效强制循环蒸发结晶工艺实现脱硫废水零排放，但软化预处理消耗大量生石灰和纯碱，预处理成本高达 50~70 元/吨；蒸发结晶工艺多采用中压蒸汽，造成废水处理的能耗偏高；预处理的沉淀物和蒸发结晶盐的组分复杂，难以有效利用而直接作为固体危废进行处理，增加了电厂的处理成本和难度。因此，有必要开发一种适用于电厂的脱硫废水处理工艺，解决废水处理成本高、预处理沉淀物和蒸发结晶盐难以回用的技术难题。

中国专利CN101851041B公开了一种脱硫废水深化处理实现零排放的方法和装置。其所述装置包括废液储槽、预热器、脱气器、四级蒸发器、离心机、给料机、振动流化床干燥机、中间料仓和包装机。其处理过程包括对脱硫废水进行预热脱气，经过四级蒸发器蒸发浓缩，在离心机中进行固液分离并干燥。虽然该发明装置简单，成本低，但在预处理工程中加入了含钙试剂，这使得后续蒸发浓缩装置更容易发生结垢，而且造成结晶盐的成分更复杂，处理难度更大。

电厂脱硫废水处理方法上存在的问题如下：

（1）现有的预处理方法通过加碱去软化水，在去除水中的CO₃ ^2-、SO₄ ^2-等结垢离子的同时又在废水中添加了新的离子，造成蒸发结晶盐的成分复杂，无法有效利用，只能作为固废进行处理，增加了废水处理的成本。

（2）电厂脱硫废水中含有大量的镁离子是农业化肥中的重要组分，但现有的处理技术将镁离子与钙离子等其它组分混杂在一起成为固废，而没有在处理废水的同时回收镁离子，提高处理过程的附加值。

（3）现有的电厂脱硫废水蒸发处理采用中压蒸汽作为竖管多效蒸发器的热源，竖管多效蒸发***中大量的余热被冷却水直接冷凝，使得废水蒸发处理的能耗成本较高。

发明内容

为了克服现有电厂脱硫废水处理工艺的不足，本发明提供一种脱硫废水零排放处理***及处理方法。针对脱硫废水的水质特性和火电厂的余热现状，既回收了废水中的镁离子，又获得了单一并且可回用的蒸发结晶产物硫酸铵，真正实现了废水的零排放。

本发明采用的技术方案是：一种脱硫废水零排放处理***，它包括废水预处理***、镁盐分离***和蒸发结晶***，所述废水预处理***包含预处理池和一级过滤设备，预处理池左上部的进料口连接进料泵，预处理池右下部的出料口通过第一液体输送泵连接一级过滤设备的进料口。

所述镁盐分离***包含预处理液搅拌池、二级过滤设备和煅烧炉，一级过滤设备的滤液出料口连接预处理液搅拌池顶部的进料口，预处理液搅拌池右下部的出料口通过第二液体输送泵连接二级过滤设备左下部的进料口，二级过滤设备左下部的滤饼出料口连接煅烧炉的进料口。

所述蒸发结晶***包含预热器、二效水平管蒸发器、一效水平管蒸发器、末效竖直管蒸发器、氨气分离室、闪蒸罐和冷凝器，二级过滤设备右上部的滤液出料口连接预热器的管程进口，预热器的管程出口连接二效水平管蒸发器壳程中的喷淋管，二效水平管蒸发器壳程的出料口连接一效水平管蒸发器壳程中的喷淋管，一效水平管蒸发器壳程的出料口连接末效竖直管蒸发器管程的进料口，末效竖直管蒸发器管程的出料口连接氨气分离室底部的进料口，末效竖直管蒸发器的壳程进口连接中压蒸汽管道，末效竖直管蒸发器的壳程出口连接冷凝水排放管，氨气分离室右下部的液体出料口连接闪蒸罐的进料口，闪蒸罐的蒸汽出口连接一效水平管蒸发器的管程进口，一效水平管蒸发器管程的冷凝水出口连接冷凝水排放管，一效水平管蒸发器和二效水平管蒸发器壳程中的二次蒸汽出口连接二效水平管蒸发器的管程进口，二效水平管蒸发器管程的蒸汽出口连接预热器的壳程进口，预热器的壳程出口连接冷凝器的壳程进口，冷凝器的壳程出口连接冷凝水排放管，冷凝水排放管连接冷凝水泵；氨气分离室左上部的氨气出口连接冷凝器的管程入口，从冷凝器管程出口的氨水和外接氨水管道通过氨水输送泵连接预处理液搅拌池右下部的氨水入口。

所述的一种脱硫废水零排放处理***的处理方法，采用如下步骤：

a）脱硫废水原液通过进料泵进入预处理池，在预处理池中加入TMT-15有机硫试剂、絮凝剂和碳酸铵，充分搅拌混合后的废水由第一液体输送泵输送至一级过滤设备中进行精滤，过滤处理后的废水进入预处理液搅拌池。

b）向预处理液搅拌池中通入氨水，调节废水的pH值达到9~10之间，搅拌30min后，废水通过第二液体输送泵输送至二级过滤设备中进行二次精滤，滤饼进入煅烧炉中煅烧，煅烧温度控制在350~450℃之间，煅烧得到氧化镁产品，滤液进入浓缩结晶***。

c）经二级过滤设备过滤后的滤液进入预热器中预热，预热后的滤液温度升高至40℃~50℃之间，预热后的滤液进入二效水平管蒸发器的壳程进行蒸发浓缩，浓缩后的废水进入一效水平管蒸发器的壳程内进行再次蒸发浓缩，再次浓缩后的废水进入竖直管蒸发器的管程内，经竖直管蒸发器壳程内0.5Mpa和150℃的中压蒸汽加热蒸发进行三次蒸发浓缩，三次浓缩后的废水和废水中受热释放的氨气从竖直管蒸发器的管程出口进入氨气分离室，分离出的氨气进入冷凝器中，冷凝后的氨气返回镁离子分离***重复循环利用，经氨气分离室分离后的浓废水进入闪蒸罐中进行闪蒸，闪蒸生成的55~60℃蒸汽进入一效水平管蒸发器的管程加热蒸发壳程中的废水，一效水平管蒸发器和二效水平管蒸发器壳程内再次蒸发浓缩生成的二次蒸汽进入二效水平管蒸发器的管程中，闪蒸罐中闪蒸浓缩后得到硫酸铵结晶盐。

所述的絮凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，每立方米脱硫废水加入0.3L质量分数为1%的TMT-15有机硫试剂、1L质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺和1.5L质量分数为1%的聚合硫酸铁，碳酸铵的用量为脱硫废水原液中钙离子质量的2.4~2.5倍。

本发明的有益效果是：这种脱硫废水零排放处理***包括废水预处理***、镁盐分离***和蒸发结晶***，该***采用两级水平管蒸发器，以及竖直管蒸发器与水平管蒸发器相耦合的蒸发工艺，很大程度降低了废水蒸发的能耗，节约能源。利用闪蒸器产生的蒸汽作为一效水平管蒸发器的低温热源，一效水平管蒸发器浓缩产生的蒸汽作为二效水平管蒸发器的蒸发热源，二效水平管蒸发器浓缩产生的蒸汽作为换热器的热源，实现了蒸汽的循环利用，通过在水平管蒸发器中完成对废水的预浓缩，大幅度降低了竖直管蒸发器所需处理的废水量，有效减少了蒸发浓缩结晶过程消耗的中压蒸汽量，从而降低了废水蒸发的能耗成本。该***通过设置氨气分离室和冷凝器实现***内部氨气的循环使用，无需额外投入，环保的同时节约成本。这种脱硫废水零排放处理***的处理方法通过添加碳酸铵试剂，既去除了废水中的钙离子以及其它重金属离子，又可以回收废水中的镁离子从而提高废水处理的附加值。预处理后的脱硫废水经过蒸发结晶得到组分单一并且可回用的硫酸铵结晶盐，解决了脱硫废水蒸发结晶盐因组分复杂无法回用而只能作为固体危废处理的技术难题。本发明不仅回收了脱硫废水中的清水，还回收了预处理过程中的氧化镁和蒸发结晶过程中的结晶盐硫酸铵，真正实现了废水的零排放。该处理方法添加碳酸铵试剂，仅分离了钙离子等结垢离子，废水中的镁离子没有沉淀而是回收用作化肥的原料，提高了废水处理的附加值。该处理方法废通过添加化学药剂保证了后续蒸发过程中的结晶盐为单一组分并且可回用的硫酸铵，解决了传统废水处理工艺中固废难以处理的技术难题。

附图说明

图1是一种脱硫废水零排放处理***的结构图。

图中：1、预处理池，1a、进料泵，1b、第一液体输送泵，2、一级过滤设备，3、预处理液搅拌池，3a、第二液体输送泵，4、二级过滤设备，5、煅烧炉，6、预热器，7、二效水平管蒸发器，8、一效水平管蒸发器，9、末效竖直管蒸发器，10、氨气分离室，11、闪蒸罐，12、冷凝器，12a、氨水输送泵，13、冷凝水排放管，13a、冷凝水泵。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

图1示出了一种脱硫废水零排放处理***的结构图。图中，这种脱硫废水零排放处理***包括废水预处理***、镁盐分离***和蒸发结晶***，废水预处理***包含预处理池1和一级过滤设备2，预处理池1左上部的进料口连接进料泵1a，预处理池1右下部的出料口通过第一液体输送泵1b连接一级过滤设备2的进料口；

镁盐分离***包含预处理液搅拌池3、二级过滤设备4和煅烧炉5，一级过滤设备2的滤液出料口连接预处理液搅拌池3顶部的进料口，预处理液搅拌池3右下部的出料口通过第二液体输送泵3a连接二级过滤设备4左下部的进料口，二级过滤设备4左下部的滤饼出料口连接煅烧炉5的进料口。

蒸发结晶***包含预热器6、二效水平管蒸发器7、一效水平管蒸发器8、末效竖直管蒸发器9、氨气分离室10、闪蒸罐11和冷凝器12，二级过滤设备4右上部的滤液出料口连接预热器6的管程进口，预热器6的管程出口连接二效水平管蒸发器7壳程中的喷淋管，二效水平管蒸发器7壳程的出料口连接一效水平管蒸发器8壳程中的喷淋管，一效水平管蒸发器8壳程的出料口连接末效竖直管蒸发器9管程的进料口，末效竖直管蒸发器9管程的出料口连接氨气分离室10底部的进料口，末效竖直管蒸发器9的壳程进口连接中压蒸汽管道，末效竖直管蒸发器9的壳程出口连接冷凝水排放管13，氨气分离室10右下部的液体出料口连接闪蒸罐11的进料口，闪蒸罐11的蒸汽出口连接一效水平管蒸发器8的管程进口，一效水平管蒸发器8管程的冷凝水出口连接冷凝水排放管13，一效水平管蒸发器8和二效水平管蒸发器7壳程中的二次蒸汽出口连接二效水平管蒸发器7的管程进口，二效水平管蒸发器7管程的蒸汽出口连接预热器6的壳程进口，预热器6的壳程出口连接冷凝器12的壳程进口，冷凝器12的壳程出口连接冷凝水排放管13，冷凝水排放管13连接冷凝水泵13a；氨气分离室10左上部的氨气出口连接冷凝器12的管程入口，从冷凝器12管程出口的氨水和外接氨水管道通过氨水输送泵12a连接预处理液搅拌池3右下部的氨水入口。

这种脱硫废水零排放处理***的处理方法，采用如下步骤：

a）脱硫废水原液经进料泵1a进入预处理池1，在预处理池1中加入有机硫试剂、絮凝剂和碳酸铵试剂，经充分搅拌混合后废水由第一液体输送泵1b泵入一级过滤设备2中进行精滤，废水中的固体悬浮物在沉淀剂的作用下发生沉淀，废水中的钙离子和其它重金属离子与碳酸铵化学反应形成沉淀，过滤处理后的废水进入预处理液搅拌池3。

b）向预处理液搅拌池3中的废水中通入氨水，调节溶液pH值达到9~10之间，经充分混合搅拌30min后，废水通过第二液体输送泵3a进入二级过滤设备4中进行再次精滤，沉淀得到的滤饼进入煅烧炉5中煅烧，煅烧温度控制在350~450℃之间，煅烧得到氧化镁产品，用于化肥的加工原料。过滤得到的滤液进入浓缩结晶***。

c）二级过滤后的滤液进入预热器6，在预热器6中吸收二效水平管蒸发器7中生成的二次蒸汽冷凝释放的热量后，废水温度由20℃~25℃升高至40℃~50℃，预热后的滤液通过二效水平管蒸发器7的喷淋管被均匀喷淋在蒸发器的水平换热管外壁，管外壁的废水吸收管内蒸汽释放的潜热后蒸发浓缩，浓缩后的废水进入一效水平管蒸发器8，在一效水平管蒸发器8的水平管束外壁进行再次蒸发浓缩，再次浓缩后的废水进入竖直管蒸发器9的管程进行三次蒸发浓缩，在竖直管蒸发器9的换热管内被壳程的中压加热蒸汽加热蒸发，三次浓缩后的废水和废水中受热释放的氨气从竖直管蒸发器9的管程出口进入氨气分离室10，分离出的氨气在冷凝器12中冷凝后返回镁盐分离***重复循环利用，三次浓缩后的饱和浓废水进入闪蒸罐11中闪蒸，闪蒸生成的蒸汽进入一效水平管蒸发器8的管程加热蒸发壳程的废水，一效水平管蒸发器8和二效水平管蒸发器7壳程中的废水蒸发生成的二次蒸汽进入二效水平管蒸发器7的管程中重复蒸汽冷凝过程，闪蒸罐11中闪蒸浓缩后的结晶盐为单一组分的硫酸铵，可直接作为化工原料，解决了脱硫废水处理过程中结晶盐组分复杂无法回用的难题。

步骤a）中加入的絮凝剂为聚合硫酸铁PFS和聚丙烯酰胺PAM，每立方米脱硫废水加入300mL质量分数1%的TMT-15有机硫试剂、1L质量分数0.1%的聚丙烯酰胺PAM和1.5L质量分数1%的聚合硫酸铁PFS。碳酸铵试剂量为脱硫废水原液中钙离子质量的2.4~2.5倍。

采用以上技术方案，电厂脱硫废水在预处理池中与沉淀剂和碳酸铵试剂发生反应，去除废水中固体悬浮物、钙离子和其它重金属离子。在镁盐分离***中，分离出废水中的镁离子，煅烧后得到用于加工化肥的原料氧化镁，提高处理***的附加值。在蒸发结晶***中，将竖管蒸发器和水平管蒸发器耦合，完成脱硫废水的蒸发结晶，获得组分单一且可回用的硫酸铵化工原料，解决了传统脱硫废水结晶盐无法回用的难题。利用闪蒸器产生的55~60℃的余热蒸汽作为水平管蒸发器的热源，在水平管蒸发器中对废水进行预浓缩后再进入竖管蒸发器中完成蒸发结晶，大幅度降低了消耗中压蒸汽的竖管蒸发器处理的废水水量，从而实现降低废水处理的能耗。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员依然可以对前述各实施事例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (2)

1.一种脱硫废水零排放处理***的处理方法，采用的处理***包括废水预处理***、镁盐分离***和蒸发结晶***，所述废水预处理***包含预处理池（1）和一级过滤设备（2），预处理池（1）左上部的进料口连接进料泵（1a），预处理池（1）右下部的出料口通过第一液体输送泵（1b）连接一级过滤设备（2）的进料口；

所述镁盐分离***包含预处理液搅拌池（3）、二级过滤设备（4）和煅烧炉（5），一级过滤设备（2）的滤液出料口连接预处理液搅拌池（3）顶部的进料口，预处理液搅拌池（3）右下部的出料口通过第二液体输送泵（3a）连接二级过滤设备（4）左下部的进料口，二级过滤设备（4）左下部的滤饼出料口连接煅烧炉（5）的进料口；

所述蒸发结晶***包含预热器（6）、二效水平管蒸发器（7）、一效水平管蒸发器（8）、末效竖直管蒸发器（9）、氨气分离室（10）、闪蒸罐（11）和冷凝器（12），二级过滤设备（4）右上部的滤液出料口连接预热器（6）的管程进口，预热器（6）的管程出口连接二效水平管蒸发器（7）壳程中的喷淋管，二效水平管蒸发器（7）壳程的出料口连接一效水平管蒸发器（8）壳程中的喷淋管，一效水平管蒸发器（8）壳程的出料口连接末效竖直管蒸发器（9）管程的进料口，末效竖直管蒸发器（9）管程的出料口连接氨气分离室（10）底部的进料口，末效竖直管蒸发器（9）的壳程进口连接中压蒸汽管道，末效竖直管蒸发器（9）的壳程出口连接冷凝水排放管（13），氨气分离室（10）右下部的液体出料口连接闪蒸罐（11）的进料口，闪蒸罐（11）的蒸汽出口连接一效水平管蒸发器（8）的管程进口，一效水平管蒸发器（8）管程的冷凝水出口连接冷凝水排放管（13），一效水平管蒸发器（8）和二效水平管蒸发器（7）壳程中的二次蒸汽出口连接二效水平管蒸发器（7）的管程进口，二效水平管蒸发器（7）管程的蒸汽出口连接预热器（6）的壳程进口，预热器（6）的壳程出口连接冷凝器（12）的壳程进口，冷凝器（12）的壳程出口连接冷凝水排放管（13），冷凝水排放管（13）连接冷凝水泵（13a）；氨气分离室（10）左上部的氨气出口连接冷凝器（12）的管程入口，从冷凝器（12）管程出口的氨水和外接氨水管道通过氨水输送泵（12a）连接预处理液搅拌池（3）右下部的氨水入口；

其特征在于，采用如下步骤：

a）脱硫废水原液通过进料泵（1a）进入预处理池（1），在预处理池（1）中加入TMT-15有机硫试剂、絮凝剂和碳酸铵，充分搅拌混合后的废水由第一液体输送泵（1b）输送至一级过滤设备（2）中进行精滤，过滤处理后的废水进入预处理液搅拌池（3）；

b）向预处理液搅拌池（3）中通入氨水，调节废水的pH值达到9~10之间，搅拌30min后，废水通过第二液体输送泵（3a）输送至二级过滤设备（4）中进行二次精滤，滤饼进入煅烧炉（5）中煅烧，煅烧温度控制在350~450℃之间，煅烧得到氧化镁产品，滤液进入蒸发结晶***；

c）经二级过滤设备（4）过滤后的滤液进入预热器（6）中预热，预热后的滤液温度升高至40℃~50℃之间，预热后的滤液进入二效水平管蒸发器（7）的壳程进行蒸发浓缩，浓缩后的废水进入一效水平管蒸发器（8）的壳程内进行再次蒸发浓缩，再次浓缩后的废水进入竖直管蒸发器（9）的管程内，经竖直管蒸发器（9）壳程内0.5Mpa和150℃的中压蒸汽加热蒸发进行第三次蒸发浓缩，三次浓缩后的废水和废水中受热释放的氨气从竖直管蒸发器（9）的管程出口进入氨气分离室（10），分离出的氨气进入冷凝器（12）中，冷凝后的氨气返回镁离子分离***重复循环利用，经氨气分离室（10）分离后的浓废水进入闪蒸罐（11）中进行闪蒸，闪蒸生成的55~60℃蒸汽进入一效水平管蒸发器（8）的管程加热蒸发壳程中的废水，一效水平管蒸发器（8）和二效水平管蒸发器（7）壳程内再次蒸发浓缩生成的二次蒸汽进入二效水平管蒸发器（7）的管程中，闪蒸罐（11）中闪蒸浓缩后得到硫酸铵结晶盐。

2.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放处理***的处理方法，其特征在于，所述的絮凝剂为聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺，每立方米脱硫废水加入0.3L质量分数为1%的TMT-15有机硫试剂、1L质量分数为0.1%的聚丙烯酰胺和1.5L质量分数为1%的聚合硫酸铁，碳酸铵的用量为脱硫废水原液中钙离子质量的2.4~2.5倍。

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