CN114804501A - 碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法 - Google Patents

碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法。本发明的***包括高效除硅单元、悬浮物去除单元和分离浓缩单元。本发明方法用于碳减排、碳中和领域回收溶矿液中有用成分并去除无用成分。本发明为碳减排、碳中和技术领域提供了溶矿液分类回收的首套技术工艺路线，为CCUS技术节水减排、减少溶矿液消耗和原料消耗提供有效保障，为更好的实现碳达峰和碳减排、碳中和目标奠定基础。

Description

碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法
技术领域
本发明涉及碳减排、碳中和领域，具体涉及一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法。
背景技术
碳减排、碳中和技术有多种，本发明技术对应的是碳化固碳技术，最终产品是碳酸钙。碳化固碳技术主要工艺包括：钙矿(电石渣、钢渣等固废)通过溶矿、碳化、产品脱水包装等工序。本发明技术主要处理回收粗品碳酸钙和产品碳酸钙的大量冲洗废水(其中含有大量的溶矿液)。
溶矿液是用于碳减排、碳中和技术中溶解钙矿的溶液，溶矿液主要成分可以是硝酸铵、氯化铵、硫酸铵等强酸弱碱盐和醋酸等弱酸中的一种或多种，同时包含矿化反应回流回来的氯化钙。
现各碳化固碳技术应用处于中式和部分小规模应用状态，冲洗废水中的矿化液基本没有进行回收处理，直接排至厂区或园区污水处理厂进行处理，造成其中有价值的溶矿液没有回收利用。同时此部分高盐废水增加了污水处理厂的处理规模和处理难度。
碳减排、碳中和技术是CCUS(碳捕集、利用与封存)中碳利用的一种技术，实现碳减排、碳中和。碳中和是减少二氧化碳排放技术，由于能耗、共用工程消耗、药剂消耗、原料消耗都能折算成碳排放，故碳中和技术的先进性对以上指标要求非常苛刻，本发明为对比能耗后选择的能耗最优技术，同时溶矿液回收即是水、溶矿液、药剂、原料的有效回收，回收率高达90％以上，故碳中和技术需对溶矿液进行有效的回收利用，才能实现真正意义上的碳减排、碳中和。
碳中和技术中溶矿液排放主要在粗产品、产品的洗涤过程中排放或原料液部分排放，需对此部分溶矿液进行浓缩回收，如不进行回收直接排放，由于溶矿液是高含盐废水，直接排放会对环境造成污染，排放到污水处理厂一是会对污水处理厂造成负荷冲击，影响污水处理厂的正常运行。同时增加污水处理厂的运行能耗，也是碳排放的过程。故本发明在碳减排、碳中和领域为节能环保做出了重要贡献。
本发明为碳减排、碳中和技术领域提供了溶矿液分类回收的首套技术工艺路线。为CCUS技术节水减排、减少溶矿液消耗和原料消耗提供有效保障，为更好的实现碳达峰和碳减排、碳中和目标奠定基础。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***和方法，实现溶矿液中水、药剂、原料的有效浓缩回收。
为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***，包括：高效除硅单元、悬浮物去除单元和分离浓缩单元；
所述高效除硅单元包括反应区和沉淀区；所述反应区包括溶矿液输入口和加药设备；所述沉淀区的底部包括固体出口，上部包括液相出口；
所述悬浮物去除单元包括粗过滤设备和超滤设备；所述沉淀区的液相出口与所述粗过滤设备的入口连接，所述粗过滤设备的出口与所述超滤设备的入口连接；
所述分离浓缩单元为电渗析设备；所述超滤设备的出口与所述电渗析设备的入口连接；所述电渗析设备采用一价阴离子选择膜。所述一价阴离子选择膜使一价阴离子可以与其他阳离子同时通过膜进入浓缩侧，进行浓缩回收，二价以上阴离子不能透过，起到分离二价阴离子的作用。
根据权本发明的***，优选地，所述加药设备包括偏铝酸钠溶液加药组件、聚合硫酸铁(PFS)溶液加药组件和聚丙烯酰胺(PAM)溶液加药组件；本发明的絮凝沉淀使用复配药剂(偏铝酸钠+PFS+PAM)，通过偏铝酸钠溶液加药组件、聚合硫酸铁(PFS)溶液加药组件和聚丙烯酰胺(PAM)溶液加药组件分别加入。
根据权本发明的***，优选地，所述高效除硅单元为高效除硅反应器，选自高效沉淀池、高密池、斜板沉淀池、电絮凝等各种混凝沉淀反应器中的一种。
根据权本发明的***，优选地，所述粗过滤设备选自V型滤池、多介质过滤器、石英砂过滤器、活性炭过滤器中的一种或两种以上的组合。
根据权本发明的***，优选地，所述超滤设备选自超滤膜设备或微滤膜设备。
所述粗过滤设备和超滤设备均为水处理行业成熟工艺，运行工艺合理，同时具有能耗低、悬浮物和杂质出除彻底、运行自动化程度高、投资低、运行效果稳定等优点。
本发明另一方面通过一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理方法，所述方法通过以上***进行，包括以下步骤：
待处理溶矿液输送至所述高效除硅单元，同时通过所述加药设备投加高效除硅药剂；溶矿液与高效除硅药剂在反应区进行反应，其中的二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出，溶矿液进入所述沉淀区，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除；
除硅后的溶矿液经泵提升至所述粗过滤设备进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入所述超滤设备；通过粗过滤和精过滤***对高效除硅单元产出的溶矿液进行悬浮物和其他固体杂质的去除，防止后续分离浓缩单元污堵；
两级过滤后的溶矿液送至所述分离浓缩单元，溶矿液在所述分离浓缩单元中进行溶矿液的浓缩。
根据本发明的方法，优选地，所述分离浓缩单元为电渗析设备，所述电渗析设备采用一价阴离子选择膜；
所述电渗析设备的浓缩侧输出的浓水分为两路，一路作为浓缩溶矿液回收利用，另一路作为高盐水外排处理；所述电渗析设备产水侧输出的产水作为回用水回收利用。
根据本发明的方法，优选地，所述浓缩溶矿液回用至碳减排、碳中和***；所述回用水重新作为粗品碳酸钙和产品碳酸钙的冲洗水。
根据本发明的方法，优选地，所述两级过滤后出水浊度降低到2NTU以内。
根据本发明的方法，优选地，所述待处理溶矿液的成分包括：二氧化硅60～500mg/L，含盐量20000～50000mg/L，溶矿液有效成分(硝酸铵、氯化铵、硫酸铵等强酸弱碱盐和醋酸等弱酸)含量12000～30000mg/L，溶矿反应后物质(硝酸钙、氯化钙、硫酸钙等强酸钙盐)含量4000～11000mg/L。
根据本发明的方法，优选地，所述浓水含盐量170000～200000mg/L，溶矿液有效成分(硝酸铵、氯化铵等强酸弱碱盐和醋酸等弱酸)含量80000～120000mg/L，溶矿反应后物质(硝酸钙、氯化钙等强酸钙盐)含量8000～20000mg/L。
根据本发明的方法，优选地，所述高效除硅药剂包括：浓度为20-40％的偏铝酸钠水溶液、浓度为10％的聚合硫酸铁(PFS)水溶液、浓度为1-3‰的聚丙烯酰胺(PAM)水溶液。
根据本发明的方法，优选地，所述高效除硅药剂中，所述偏铝酸钠、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)的质量比为(40～60)：20：1。
根据本发明的方法，优选地，通过高效除硅单元之后，二氧化硅含量降低到10～500mg/L。
本发明的溶矿液浓缩回收处理方法中，溶矿液通过水泵连续加入高效除硅反应器，同时投加高效除硅药剂(复配药剂)。溶矿液与高效除硅药剂在高效除硅反应器中反应区进行反应，二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出后，溶矿液进入高效除硅反应器中沉淀区，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除。高效除硅单元处理出水经泵提升至悬浮物去除单元的粗过滤设备进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入超滤设备，两级过滤后出水浊度降低到2NTU内后经泵送至分离浓缩单元。溶矿液在分离浓缩单元电渗析设备中进行溶矿液的浓缩，从而实现浓缩溶矿液(电渗析浓水)回用至碳减排、碳中和***；回用水(电渗析产品水)回用至碳减排、碳中和***内进行重复利用；在整个处理过程中有极少量的二氧化硅固废(一般固废)排出，进行常规填埋即可，同时由于溶矿液中含有其他杂质(例如钾离子、镁离子等)故须有少量的高盐水(浓缩溶矿液即电渗析浓水)外排至污水处理厂，排放量低于15％。本发明通过对溶矿液浓缩回收，有效降低了碳减排、碳中和技术中生产水、药剂、原料的用量。为碳减排、碳中和技术的工程化实施奠定了基础。
本发明的有益效果包括：
1)本发明有效降低了碳减排、碳中和技术应用中公用工程、药剂、原料的消耗，真正意义上实现了碳减排、碳中和；
2)本发明有效降低了碳减排、碳中和技术高含盐废水的排放，为项目节能环保做出了重要贡献。
附图说明
图1为本发明一优选实施例中溶矿液浓缩回收处理***及流程示意图。
附图标记说明：
100-高效除硅单元、101-反应区、102-沉淀区、200-悬浮物去除单元、201-粗过滤设备、202-超滤设备、300-分离浓缩单元。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明在此提供一优选实施例，如图1所示，一种溶矿液浓缩回收处理***包括：高效除硅单元100、悬浮物去除单元200和分离浓缩单元300。
具体的，所述高效除硅单元100为高效除硅反应器，包括反应区101和沉淀区102；所述反应区101包括溶矿液输入口和加药设备；所述加药设备具体包括偏铝酸钠溶液加药组件、聚合硫酸铁(PFS)溶液加药组件和聚丙烯酰胺(PAM)溶液加药组件；本发明的絮凝沉淀使用复配药剂(偏铝酸钠+PFS+PAM)，通过偏铝酸钠溶液加药组件、聚合硫酸铁(PFS)溶液加药组件和聚丙烯酰胺(PAM)溶液加药组件分别加入。
所述沉淀区102的底部包括固体出口，用以除去沉淀的二氧化硅固废，上部包括液相出口。
所述悬浮物去除单元200包括粗过滤设备201和超滤设备202；所述沉淀区102的液相出口与所述粗过滤设备201的入口连接，将沉淀区出水提升至粗过滤设备201；粗过滤设备201的出口与所述超滤设备202的入口连接，设置两级过滤。
所述分离浓缩单元300为电渗析设备；所述超滤设备202的出口与所述电渗析设备的入口连接；所述电渗析设备采用一价阴离子选择膜。所述一价阴离子选择膜使一价阴离子可以与其他阳离子同时通过膜进入浓缩侧，进行浓缩回收，二价以上阴离子不能透过，起到分离二价阴离子的作用。
所述高效除硅反应器选自高效沉淀池、高密池、斜板沉淀池、电絮凝等各种混凝沉淀反应器。所述粗过滤设备201选自V型滤池、多介质过滤器、石英砂过滤器、活性炭过滤器等中的一种或两种以上的组合。所述超滤设备202选自超滤膜设备或微滤膜设备。
如图1所示，使用该***进行溶矿液浓缩回收处理的方法中，待处理溶矿液通过水泵连续加入高效除硅反应器(高效除硅单元100)，同时投加高效除硅药剂(复配药剂)。溶矿液与高效除硅药剂在高效除硅反应器中反应区101进行反应，二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出后，溶矿液进入高效除硅反应器中沉淀区102，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除(图1中的二氧化硅固废，通过高效除硅单元之后，二氧化硅含量降低到10～500mg/L)。高效除硅单元100处理出水经泵提升至悬浮物去除单元200的粗过滤设备201进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入超滤设备202，两级过滤后出水浊度降低到2NTU内后经泵送至分离浓缩单元300。溶矿液在分离浓缩单元电渗析设备中进行溶矿液的浓缩，从而实现浓缩溶矿液(电渗析浓水)回用至碳减排、碳中和***；回用水(电渗析产品水)回用至碳减排、碳中和***内进行重复利用。
所述待处理溶矿液的成分包括：二氧化硅60～500mg/L，含盐量20000～50000mg/L，溶矿液有效成分(硝酸铵、氯化铵、硫酸铵等强酸弱碱盐和醋酸等弱酸)含量12000～30000mg/L，溶矿反应后物质(硝酸钙、氯化钙、硫酸钙等强酸钙盐)含量4000～11000mg/L。
经过浓缩后的溶矿液(电渗析浓水)含盐量170000～200000mg/L，溶矿液有效成分(硝酸铵、氯化铵等强酸弱碱盐和醋酸等弱酸)含量80000～120000mg/L，溶矿反应后物质(硝酸钙、氯化钙等强酸钙盐)含量8000～20000mg/L。
具体的，所述高效除硅药剂包括：浓度为20-40％的偏铝酸钠水溶液、浓度为10％的聚合硫酸铁(PFS)水溶液、浓度为1-3‰的聚丙烯酰胺(PAM)水溶液。其中偏铝酸钠、聚合硫酸铁(PFS)、聚丙烯酰胺(PAM)的固体质量比为(40～60)：20：1。
以下使用图1的***和流程进行应用
应用例1
本应用例具体包括以下过程：
1)待处理溶矿液经泵进入图1处理***：处理溶矿液量3m3/h，二氧化硅为60mg/L，含盐量25000mg/L，溶矿液有效成分(氯化铵)含量14000mg/L，溶矿后反应物质(氯化钙)含量5000mg/L。
2)溶矿液通过水泵连续加入高效除硅反应器，同时投加高效除硅药剂(复配药剂，偏铝酸钠水溶液投加0.92L/h(40％浓度)，聚合硫酸铁水溶液投加1.5L/h(10％浓度)，聚丙烯酰胺水溶液投加7.5L/h(1‰浓度))。溶矿液与高效除硅药剂在反应区进行反应二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出，溶矿液进入沉淀区，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除。通过高效除硅单元处理后二氧化硅指标10mg/L。
3)除硅后的溶矿液经泵提升至悬浮物去除单元的粗过滤设备进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入超滤设备，两级过滤后出水浊度指标0.2NTU。
4)悬浮物去除后溶矿液经泵送至分离浓缩单元；溶矿液在电渗析设备中进行溶矿液的浓缩。
通过分离浓缩单元处理后各项指标：二价阴离子没有浓缩，含盐量185000mg/L，溶矿液有效成分(氯化铵)含量89400mg/L，溶矿后反应物质(氯化钙)含量12000mg/L。
进水量：3m3/h，回用水量：2.53m3/h，回用浓缩溶矿液液量：0.37m3/h，外排浓缩溶矿液(外排高盐水)液量：0.1m3/h，二氧化硅一般固废：0.3kg/h。
本应用例中溶矿液回收率为96.7％，高盐废水排放率为3.3％，一般固废排放0.3kg/h，最大限度回收溶矿液中有效成分。
其中，溶矿液回收率＝(回用浓缩溶矿液液量+回用水量)/进水量，高盐废水排放率＝外排溶矿液/进水量。
应用例2
本应用例具体包括以下过程：
1)待处理溶矿液经泵进入图1处理***：处理溶矿液量3m3/h，二氧化硅为100mg/L，含盐量45000mg/L，溶矿液有效成分(氯化铵)含量26600mg/L，溶矿后反应物质(氯化钙)含量9500mg/L。
2)溶矿液通过水泵连续加入高效除硅反应器，同时投加高效除硅药剂(复配药剂，偏铝酸钠投加1.1L/h(40％浓度)，聚合硫酸铁投加1.8L/h(10％浓度)，聚丙烯酰胺投加9L/h(1‰浓度))。溶矿液与高效除硅药剂在反应区进行反应二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出，溶矿液进入沉淀区，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除。通过高效除硅单元处理后二氧化硅指标12mg/L。
3)除硅后的溶矿液经泵提升至悬浮物去除单元的粗过滤设备进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入超滤设备，两级过滤后出水浊度指标0.2NTU。
4)悬浮物去除后溶矿液经泵送至分离浓缩单元；溶矿液在电渗析设备中进行溶矿液的浓缩。
通过分离浓缩单元处理后各项指标：二价阴离子没有浓缩，含盐量190000mg/L，溶矿液有效成分(氯化铵)含量90400mg/L，溶矿后反应物质(氯化钙)含量12500mg/L。
进水量：3m3/h，回用水量：2.36m3/h，回用浓缩溶矿液液量：0.39m3/h，外排浓缩溶矿液(外排高盐水)液量：0.25m3/h，二氧化硅一般固废：0.4kg/h。
本应用例中溶矿液回收率91％，高盐废水排放率低于8.5％，一般固废排放0.4kg/h，最大限度回收溶矿液中有效成分。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理***，其特征在于，该溶矿液浓缩回收处理***包括：高效除硅单元、悬浮物去除单元和分离浓缩单元；
所述高效除硅单元包括反应区和沉淀区；所述反应区包括溶矿液输入口和加药设备；所述沉淀区的底部包括固体出口，上部包括液相出口；
所述悬浮物去除单元包括粗过滤设备和超滤设备；所述沉淀区的液相出口与所述粗过滤设备的入口连接，所述粗过滤设备的出口与所述超滤设备的入口连接；
所述分离浓缩单元为电渗析设备；所述超滤设备的出口与所述电渗析设备的入口连接；所述电渗析设备采用一价阴离子选择膜。
2.根据权利要求1所述的溶矿液浓缩回收处理***，其特征在于，所述加药设备包括偏铝酸钠溶液加药组件、聚合硫酸铁(PFS)溶液加药组件和聚丙烯酰胺(PAM)溶液加药组件。
3.根据权利要求1所述的溶矿液浓缩回收处理***，其特征在于，所述高效除硅单元为高效除硅反应器，选自高效沉淀池、高密池、斜板沉淀池、电絮凝混凝沉淀反应器中的一种。
4.根据权利要求1所述的溶矿液浓缩回收处理***，其特征在于，所述粗过滤设备选自V型滤池、多介质过滤器、石英砂过滤器、活性炭过滤器中的一种或两种以上的组合。
5.根据权利要求1所述的溶矿液浓缩回收处理***，其特征在于，所述超滤设备选自超滤膜设备或微滤膜设备。
6.一种碳减排、碳中和技术中溶矿液浓缩回收处理方法，其特征在于，所述方法通过权利要求1-5任一项所述溶矿液浓缩回收处理***进行，包括以下步骤：
待处理溶矿液输送至所述高效除硅单元，同时通过所述加药设备投加高效除硅药剂；溶矿液与高效除硅药剂在反应区进行反应，其中的二氧化硅生成络合物以悬浮物形式析出，溶矿液进入所述沉淀区，使二氧化硅形成的络合物得以沉淀分离并去除；
除硅后的溶矿液经泵提升至所述粗过滤设备进行悬浮物和杂质的粗过滤，粗过滤出水进入所述超滤设备；
两级过滤后的溶矿液送至所述分离浓缩单元，溶矿液在所述分离浓缩单元中进行溶矿液的浓缩。
7.根据权利要求6所述的溶矿液浓缩回收处理方法，其特征在于，所述分离浓缩单元为电渗析设备，所述电渗析设备采用一价阴离子选择膜；
所述电渗析设备的浓缩侧输出的浓水分为两路，一路作为浓缩溶矿液回收利用，另一路作为高盐水外排处理；所述电渗析设备产水侧输出的产水作为回用水回收利用。
8.根据权利要求7所述的溶矿液浓缩回收处理方法，其特征在于，所述浓缩溶矿液回用至碳减排、碳中和***；所述回用水重新作为粗品碳酸钙和产品碳酸钙的冲洗水。
9.根据权利要求6所述的溶矿液浓缩回收处理方法，其特征在于，所述两级过滤后出水浊度降低到2NTU以内。
10.根据权利要求7所述的溶矿液浓缩回收处理方法，其特征在于，所述待处理溶矿液的成分包括：二氧化硅60～500mg/L，含盐量20000～50000mg/L，溶矿液有效成分含量12000～30000mg/L，溶矿反应后物质含量4000～11000mg/L；
优选地，所述浓水含盐量170000～200000mg/L，溶矿液有效成分含量80000～120000mg/L，溶矿反应后物质含量8000～20000mg/L；
优选地，所述高效除硅药剂包括：浓度为20-40％的偏铝酸钠水溶液、浓度为10％的聚合硫酸铁水溶液、浓度为1-3‰的聚丙烯酰胺水溶液；更优选地，所述高效除硅药剂中，所述偏铝酸钠、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺的质量比为(40～60)：20：1；
优选地，通过高效除硅单元之后，二氧化硅含量降低到10～500mg/L。
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