CN103979729A - 一种脱硫废水循环利用及零排放系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种脱硫废水循环利用及零排放系统及方法，包括依次相连的脱硫塔、过滤装置以及纳滤装置，纳滤装置的入口处设有阻垢剂加药装置，纳滤装置的浓水出口与脱硫塔相连，纳滤装置的淡水出口与盐水浓缩装置相连，盐水浓缩装置的淡水出口与淡水箱相连，盐水浓缩装置的浓水出口与结晶器相连，结晶器的冷凝水出口与淡水箱相连；结晶器的固体出口设有干燥封装机。脱硫塔排出的脱硫废水进行过滤后送入纳滤装置，纳滤浓水返回脱硫塔，纳滤淡水经盐水浓缩装置处理，然后通过结晶器结晶，得到的淡水回收在淡水箱中回用，盐分析出干燥成结晶盐封装后外运，从而实现脱硫废水的零排放，使回收的淡水品质提高，且节约化学药剂和运行费用。

Description

一种脱硫废水循环利用及零排放系统及方法

技术领域

本发明属于工业废水处理与资源循环利用技术领域，具体涉及一种脱硫废水循环利用及废水零排放系统及方法。

背景技术

目前，火电厂普遍采用石灰石-石膏湿法脱硫系统，为了维持脱硫浆液中稳定的氯离子浓度，需要排放一定量的脱硫废水，脱硫废水中的悬浮物、含盐量、硬度、氯离子、硫酸根和二氧化硅含量均较高，同时含有一定量的重金属离子，污染性较强，是火电厂中需重点处理的一种工业废水。脱硫废水的常用处理工艺是：曝气氧化-中和-絮凝-沉降-澄清-pH调整，处理后的脱硫废水水质指标可达到《污水综合排放标准》GB8678-1996或《火电厂石灰石-石膏湿法脱硫废水水质控制指标》DL/T997-2006的要求。

随着国家环保政策的日趋严格，火电厂废水零排放的技术需求持续上升，常规处理后的脱硫废水含盐量仍然很高，必须对其进行脱盐处理并实现循环利用，才能最终实现电厂废水零排放。蒸发结晶是实现脱硫废水脱盐的一种可选工艺，然而其基建投资和运行费用均很高，难以大面积推广。膜技术是一种无相变的高效分离技术，能够实现废水的低成本净化、脱盐，但由于脱硫废水水质非常复杂、结垢倾向强，对脱硫废水的膜处理难度高，尚未见成功的工程案例报道。

检索了脱硫废水膜处理及零排放相关专利文献。

申请号：201220611598.4，一种脱硫废水膜法处理回收系统，采用石灰-纯碱软化预处理脱硫废水，再通过纳滤-反渗透除盐，纳滤浓水返回脱硫废水池，反渗透浓水进蒸发器实现淡水回收和出盐，其使用纳滤的目的是降低反渗透进水中二价结垢离子浓度，且纳滤浓水返回化学软化预处理前继续处理，但其使用了大量化学药剂，成本高。

申请号：201310702040.6，脱硫废水回用与零排放处理方法及设备，采用预处理、化学反应处理、分离处理、净化过滤处理和蒸发结晶处理实现脱硫废水的零排放，其中分离处理采用膜过滤分离化学反应生成的固体颗粒，净化过滤处理采用过滤器及反渗透获得净化过滤水。申请号：201310555063.9，一种脱硫废水零排放处理装置及方法，对脱硫废水进行化学软化预处理，采用循环膜分离化学软化产物，继续使用海水膜反渗透、耐污染高压膜反渗透回收淡水，浓水含盐量15％～20％，用于灰场喷淋。上述两种方式都必须对脱硫废水进行化学软化预处理。

申请号：201310112212.4，石灰石和石膏的湿法脱硫废水处理装置，包括沉降系统、超滤系统、反渗透系统、清洗装置和冲洗装置，超滤系统采用循环管式超滤，去除废水中的颗粒物，通过反渗透去除废水中的重金属离子、氟离子、氯离子，回收淡水，但是不能实现废水的零排放。

根据上述检索结果及工程案例分析，目前脱硫废水的常规处理技术是采用化学反应沉淀法，处理出水达到国家排放标准。在废水零排放电厂中，采用预处理-蒸发结晶技术处理脱硫废水，但基建和运行成本都很高，难以推广。膜法处理回收脱硫废水并实现零排放的工艺技术路线有专利文献公开，而实际工程案例未见报道。

在石灰石-石膏脱硫系统中排放脱硫废水的主要目的是控制脱硫浆液中的氯离子浓度，以维持脱硫塔正常运行工况。常规脱硫废水处理工艺没有除盐能力，处理后产水不能循环利用。蒸发结晶工艺能将水与盐完全分离，淡水含盐量很低，但返回脱硫系统存在水的高质低用问题。前述各膜法脱硫废水处理技术专利，也只单独考虑脱硫废水的处理，没有考虑脱硫系统对回用水的水质要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够节约化学药剂和运行费用的脱硫废水循环利用及零排放系统及方法。

为了达到上述目的，本发明脱硫废水循环利用及零排放系统，包括依次相连的脱硫塔、过滤装置以及纳滤装置，纳滤装置的入口处设有阻垢剂加药装置，纳滤装置的浓水出口与脱硫塔相连，纳滤装置的淡水出口与盐水浓缩装置相连，盐水浓缩装置的淡水出口与淡水箱相连，盐水浓缩装置的浓水出口与结晶器相连，结晶器的冷凝水出口与淡水箱相连；结晶器的固体出口设有干燥封装机。

所述的过滤装置包括依次相连的沉淀池、过滤池、膜过滤器，膜过滤器的产水出口与纳滤装置相连，沉淀池的入口连接有脱硫塔，且过滤池和膜过滤器的反洗排水出口分别与沉淀池的入口相连。

所述的过滤池采用多介质过滤器、砂滤器或纤维过滤器，膜过滤器采用超滤器或微滤器。

所述的盐水浓缩装置包括与纳滤装置的淡水出口相连的一级反渗透装置，一级反渗透装置的淡水出口与淡水箱相连，一级反渗透装置的浓水出口与电渗析器相连，电渗析器的淡水出口与一级反渗透装置的入口相连，电渗析器的浓水出口与结晶器相连。

所述的纳滤装置和一级反渗透装置之间设有软化单元，软化单元采用石灰-纯碱反应微滤器、弱酸离子交换器、钠离子交换器或螯合树脂离子交换器。

所述的一级反渗透装置的淡水出口与淡水箱之间设有二级反渗透装置，二级反渗透装置的淡水出口与淡水箱相连，浓水出口与一级反渗透装置的入口相连，一级反渗透装置采用海水淡化膜，二级反渗透装置采用苦咸水膜，且一级反渗透装置和二级反渗透装置均两段布置。

一种脱硫废水循环利用及零排放方法，基于所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其步骤包括：脱硫塔排出脱硫废水，脱硫废水进入过滤装置以去除脱硫废水中的颗粒物以及胶体，过滤装置的产水进入纳滤装置，同时阻垢剂加药装置从纳滤装置的入口向过滤装置的产水中投加阻垢剂，并控制纳滤装置的进水压力在0.3MPa～1.5MPa，纳滤装置将过滤装置的产水分离成主要含二价结垢离子的纳滤浓水和主要含一价离子的纳滤淡水，纳滤浓水返回脱硫塔，纳滤淡水进入一级反渗透装置进行浓缩，得到一级反渗透浓水和一级反渗透淡水，一级反渗透淡水进入二级反渗透装置进行浓缩，得到的二级反渗透浓水返回一级反渗透装置进行浓缩，得到的二级反渗透淡水收集在淡水箱中回用，一级反渗透浓水进入电渗析器继续进行浓缩，得到的电渗析淡水返回一级反渗透装置继续进行浓缩，同时控制得到的电渗析浓水的含盐量在200000mg/L以上，将电渗析浓水送入结晶器进行强制循环蒸发结晶处理，得到的结晶盐由干燥封装机处置后外运，同时控制结晶器的冷凝水含盐量低于50mg/L，冷凝水收集在淡水箱中回用。

所述的纳滤装置的纳滤水回收率低于30％，一级反渗透装置的反渗透运行压力为海水淡化膜的极限压力，一级反渗透浓水的含盐量为80000-90000mg/L，一级反渗透淡水的含盐量为1500-2000mg/L；二级反渗透装置采用段间增压的运行方式，二级反渗透淡水的含盐量为100-150mg/L。

所述的纳滤装置的淡水出口与一级反渗透装置之间设有软化单元，纳滤淡水进入软化单元进行软化，控制得到的软化出水硬度小于0.1mmol/L，然后进入一级反渗透装置进行浓缩。

所述的过滤装置包括依次相连的沉淀池、过滤池、膜过滤器，膜过滤器的产水出口与纳滤装置相连，沉淀池的入口连接有脱硫塔，且过滤池和膜过滤器的反洗排水出口分别与沉淀池的入口相连；

脱硫废水进入沉淀池进行预沉降，然后通入过滤池去除颗粒悬浮物，得到的过滤器产水进入膜过滤器去除颗粒物及胶体，过滤池的过滤池反洗排水和膜过滤器的膜过滤反排洗水分别进入沉淀池继续进行处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过纳滤装置将脱硫废水中的一价离子和二价结垢离子进行了有效的分离，含氯离子浓度低的纳滤浓水直接返回脱硫塔循环利用，含氯离子浓度高的少量纳滤淡水通过反渗透、电渗析、结晶组合工艺实现回收高品质淡水和产盐，最终实现脱硫废水的零排放，具有很好的经济环境效益；同时，由于脱硫废水中Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-浓度很高，直接进行反渗透处理结垢倾向很强，通常技术路线是先对脱硫废水进行软化处理，而本发明的工艺不进行化学加药软化预处理，通过控制纳滤进水压力在0.3MPa～1.5MPa，限制脱硫废水在纳滤浓水侧的浓缩倍数，配合高效的阻垢剂，可以使纳滤膜维持稳定运行，将Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-大部分截留在浓水中，而Na⁺、Cl^-大部分透过纳滤膜进入纳滤淡水，纳滤浓水由于Cl^-显著降低可以返回脱硫塔循环利用，从而节省了大量软化预处理化学药剂费用。

本发明将纳滤淡水通过盐水浓缩装置浓缩到含盐量200000mg/L以上，再用结晶器直接产盐，相对于直接蒸发结晶处理含盐量35000mg/L的脱硫废水，蒸发结晶处理装置设计容量降低80％以上，基建和运行费用大大降低，经济效益明显。

进一步，本发明在纳滤装置和一级反渗透装置之间设置了软化单元，软化单元能够将纳滤淡水中还有的少量Ca²⁺、Mg²⁺去除，降低一级反渗透结垢倾向。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中，1-脱硫塔，2-沉淀池，3-过滤池，4-膜过滤器，5-纳滤装置，6-软化单元，7-一级反渗透装置，8-二级反渗透装置，9-电渗析器，10-结晶器，

11-干燥封装机，12-淡水箱，13-阻垢剂加药装置；

a-纳滤浓水，b-纳滤淡水，c-一级反渗透浓水，d-一级反渗透淡水，e-二级反渗透浓水，f-二级反渗透淡水，g-电渗析淡水，h-电渗析浓水，k-冷凝水，i-过滤池反洗排水，j-膜过滤反洗排水。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明包括脱硫塔1以及与脱硫塔1相连的沉淀池2，沉淀池2的产水出口与过滤池3相连，过滤池3的产水出口与膜过滤器4相连，膜过滤器4的产水出口与纳滤装置5相连，且过滤池3和膜过滤器4的反洗排水出口分别与沉淀池1的入口相连；纳滤装置5的入口处设有阻垢剂加药装置13，纳滤装置5的浓水出口与脱硫塔1相连，纳滤装置5的淡水出口与软化单元6相连，软化单元6的软化出水口与一级反渗透装置7相连，一级反渗透装置7的淡水出口与二级反渗透装置8相连，二级反渗透装置8的淡水出口与淡水箱12相连，浓水出口与一级反渗透装置7的入口相连，一级反渗透装置7的浓水出口与电渗析器9相连，电渗析器9的淡水出口与一级反渗透装置7的入口相连，电渗析器9的浓水出口与结晶器10相连，结晶器10的冷凝水出口与淡水箱12相连；结晶器10的固体出口设有干燥封装机11。

其中，过滤池3采用多介质过滤器、砂滤器或纤维过滤器，膜过滤器4为超滤器或微滤器，优选的膜过滤器4采用浸没式超滤器。软化单元6为石灰-纯碱反应微滤器、弱酸离子交换器、钠离子交换器或螯合树脂离子交换器。一级反渗透装置7采用海水淡化膜，二级反渗透装置8采用苦咸水膜，且一级反渗透装置7和二级反渗透装置8均两段布置。

基于上述脱硫废水循环利用及零排放系统的方法，其工艺流程为：脱硫塔1排出的脱硫废水，在沉淀池2中进行预沉降；沉淀池2的上清液送入过滤池3过滤除去大颗粒悬浮物，过滤池反洗排水i返回沉淀池2继续沉淀；过滤池3的产水进入膜过滤器4去除废水中的颗粒物及胶体，膜过滤反洗排水j返回沉淀池2继续沉淀；膜过滤4的产水进入纳滤装置5，同时阻垢剂加药装置13从纳滤装置5的入口向膜过滤器4的产水中投加阻垢剂，并控制纳滤装置5的进水压力在0.3MPa～1.5MPa，使纳滤装置5的纳滤水回收率低于30％，纳滤装置5将废水分离为主要含Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-等二价结垢离子的纳滤浓水a和主要含Na⁺、K⁺、Cl^-等一价离子，同时有少量二价离子的纳滤淡水b，纳滤浓水a返回脱硫塔1；

纳滤淡水b送入软化单元6进行软化处理，软化单元6将纳滤淡水中Ca²⁺、Mg²⁺去除，控制得到的软化出水硬度小于0.1mmol/L，软化出水送入一级反渗透7进行浓缩，得到一级反渗透浓水c和一级反渗透淡水d，其中，一级反渗透装置7的反渗透运行压力为海水淡化膜的极限压力(8MPa或者更高)，使用能量回收装置以回收浓水的能量，一级反渗透浓水c的含盐量为80000-90000mg/L，一级反渗透淡水d的含盐量为1500-2000mg/L；

一级反渗透淡水d进入二级反渗透装置8进行浓缩，二级反渗透装置8采用段间增压的运行方式，得到的二级反渗透浓水e返回一级反渗透装置7进行浓缩，控制得到的二级反渗透淡水f的含盐量为100-150mg/L，二级反渗透淡水f收集在淡水箱12中贮存回用，一级反渗透浓水c进入电渗析器9继续进行浓缩，得到的电渗析淡水g返回一级反渗透装置7继续进行浓缩，同时控制得到的电渗析浓水h的含盐量在200000mg/L以上，将电渗析浓水h送入结晶器10进行强制循环蒸发结晶处理，得到的结晶盐由干燥封装机11处置后外运，同时控制结晶器9的冷凝水k含盐量低于50mg/L，冷凝水k收集在淡水箱12中贮存回用。

下面以某电厂脱硫废水的处理回用为例对本发明做进一步的说明，设计水质见表1。

表1 某电厂脱硫废水水质

脱硫塔1排出的脱硫废水在沉淀池2中停留时间20h以进行预沉淀，然后送入过滤器3除去大颗粒悬浮物，过滤池3的产水进入膜过滤器4，膜过滤采用浸没式超滤器，水回收率90-92％，过滤池反洗排水i以及膜过滤反洗排水j返回沉淀池2继续处理，浸没式超滤器产水送入纳滤装置5，在纳滤前投加高效硫酸钙阻垢剂，控制纳滤水回收率15％，避免膜表面硫酸钙结垢，纳滤装置5对Mg²⁺、SO4^2-去除率在90％以上，对Ca²⁺去除率在80％以上，对Cl-去除率低于30％，从而使纳滤浓水a中Cl-得到较大量去除，纳滤浓水a返回脱硫塔循环利用。

纳滤淡水b送入钠离子交换器软化，控制软化出水硬度小于，0.1mmol/L，送入一级反渗透装置7，且一级反渗透装置7的反渗透运行压力为10MPa，回收率为70％，膜通量为15L/m²·h，一级反渗透浓水c的含盐量约80000mg/L，一级反渗透淡水d的含盐量为1500mg/L。一级反渗透淡水d送入二级反渗透装置8，反渗透运行压力为1.8MPa，回收率为90％，膜通量约28L/m²·h，淡水含盐量为100mg/L，二级反渗透浓水e返回一级反渗透装置7中继续处理，二级反渗透淡水f收集在淡水箱12回用。

一级反渗透浓水c送入电渗析器9处理，电渗析淡水g返回一级反渗透装置7继续处理，电渗析浓水h的含盐量为200000mg/L，将电渗析浓水h送入结晶器10进行强制循环蒸发结晶处理，结晶盐由干燥封装机11处置后外运，结晶器冷凝水收集在淡水箱12回用。

本发明按照控制脱硫塔浆液氯离子浓度的要求，经济合理地处理回用脱硫废水，实现脱硫废水零排放。脱硫废水进入膜系统前不投加化学药剂处理，利用自然沉淀、过滤、膜过滤分离脱硫废水中的颗粒杂质；再利用纳滤膜对一价、二价离子的分离作用，控制尽量低的纳滤水回收率，使二价离子留在纳滤浓水侧，氯离子等一价离子透过纳滤膜进入产水，使纳滤浓水中氯离子显著降低，直接返回脱硫塔；纳滤淡水经过软化单元后，再通过一级反渗透装置的海水膜反渗透，浓缩至含盐量为80000mg/L；一级反渗透浓水c利用电渗析器9浓缩至含盐量在200000mg/L以上，再通过结晶器10浓缩产盐，最终实现脱硫废水的零排放。

采用本发明的工艺处理电厂脱硫废水，膜工艺前无需使用化学药剂软化，采用低水回收率的纳滤运行方式，通过纳滤膜直接将脱硫废水中的氯离子分离，使大量主要含二价离子的纳滤浓水直接返回脱硫塔循环利用，大大降低预处理药剂费。少量纳滤淡水通过软化-反渗透-电渗析-结晶工艺处理，淡水实现回用，盐分最终结晶析出，实现了脱硫废水的零排放，经济和环境效益突出。

Claims (10)

1.一种脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：包括依次相连的脱硫塔(1)、过滤装置以及纳滤装置(5)，纳滤装置(5)的入口处设有阻垢剂加药装置(13)，纳滤装置(5)的浓水出口与脱硫塔(1)相连，纳滤装置(5)的淡水出口与盐水浓缩装置相连，盐水浓缩装置的淡水出口与淡水箱(12)相连，盐水浓缩装置的浓水出口与结晶器(10)相连，结晶器(10)的冷凝水出口与淡水箱(12)相连；结晶器(10)的固体出口设有干燥封装机(11)。

2.根据权利要求1所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：所述的过滤装置包括依次相连的沉淀池(2)、过滤池(3)、膜过滤器(4)，膜过滤器(4)的产水出口与纳滤装置(5)相连，沉淀池(2)的入口连接有脱硫塔(1)，且过滤池(3)和膜过滤器(4)的反洗排水出口分别与沉淀池(1)的入口相连。

3.根据权利要求2所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：所述的过滤池(2)采用多介质过滤器、砂滤器或纤维过滤器，膜过滤器(4)采用超滤器或微滤器。

4.根据权利要求1所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：所述的盐水浓缩装置包括与纳滤装置(5)的淡水出口相连的一级反渗透装置(7)，一级反渗透装置(7)的淡水出口与淡水箱(12)相连，一级反渗透装置(7)的浓水出口与电渗析器(9)相连，电渗析器(9)的淡水出口与一级反渗透装置(7)的入口相连，电渗析器(9)的浓水出口与结晶器(10)相连。

5.根据权利要求4所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：所述的纳滤装置(5)和一级反渗透装置(7)之间设有软化单元(6)，软化单元(6)采用石灰-纯碱反应微滤器、弱酸离子交换器、钠离子交换器或螯合树脂离子交换器。

6.根据权利要求4所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其特征在于：所述的一级反渗透装置(7)的淡水出口与淡水箱(12)之间设有二级反渗透装置(8)，二级反渗透装置(8)的淡水出口与淡水箱(12)相连，浓水出口与一级反渗透装置(7)的入口相连，一级反渗透装置(7)采用海水淡化膜，二级反渗透装置(8)采用苦咸水膜，且一级反渗透装置(7)和二级反渗透装置(8)均两段布置。

7.一种脱硫废水循环利用及零排放方法，其特征在于，基于权利要求6所述的脱硫废水循环利用及零排放系统，其步骤包括：脱硫塔(1)排出脱硫废水，脱硫废水进入过滤装置以去除脱硫废水中的颗粒物以及胶体，过滤装置的产水进入纳滤装置(5)，同时阻垢剂加药装置(13)从纳滤装置(5)的入口向过滤装置的产水中投加阻垢剂，并控制纳滤装置(5)的进水压力在0.3MPa～1.5MPa，纳滤装置(5)将过滤装置的产水分离成主要含二价结垢离子的纳滤浓水(a)和主要含一价离子的纳滤淡水(b)，纳滤浓水(a)返回脱硫塔(1)，纳滤淡水(b)进入一级反渗透装置(7)进行浓缩，得到一级反渗透浓水(c)和一级反渗透淡水(d)，一级反渗透淡水(d)进入二级反渗透装置(8)进行浓缩，得到的二级反渗透浓水(e)返回一级反渗透装置(7)进行浓缩，得到的二级反渗透淡水(f)收集在淡水箱(12)中回用，一级反渗透浓水(c)进入电渗析器(9)继续进行浓缩，得到的电渗析淡水(g)返回一级反渗透装置(7)继续进行浓缩，同时控制得到的电渗析浓水(h)的含盐量在200000mg/L以上，将电渗析浓水(h)送入结晶器(10)进行强制循环蒸发结晶处理，得到的结晶盐由干燥封装机(11)处置后外运，同时控制结晶器(10)的冷凝水(k)含盐量低于50mg/L，冷凝水(k)收集在淡水箱(12)中回用。

8.根据权利要求7所述的脱硫废水循环利用及零排放方法，其特征在于：所述的纳滤装置(5)的纳滤水回收率低于30％，一级反渗透装置的反渗透运行压力为海水淡化膜的极限压力，一级反渗透浓水(c)的含盐量为80000-90000mg/L，一级反渗透淡水(d)的含盐量为1500-2000mg/L；二级反渗透装置(8)采用段间增压的运行方式，二级反渗透淡水(f)的含盐量为100-150mg/L。

9.根据权利要求8所述的脱硫废水循环利用及零排放方法，其特征在于：所述的纳滤装置(5)的淡水出口与一级反渗透装置(7)之间设有软化单元(6)，纳滤淡水(b)进入软化单元(6)进行软化，控制得到的软化出水硬度小于0.1mmol/L，然后进入一级反渗透装置(7)进行浓缩。

10.根据权利要求8所述的脱硫废水循环利用及零排放方法，其特征在于：所述的过滤装置包括依次相连的沉淀池(2)、过滤池(3)、膜过滤器(4)，膜过滤器(4)的产水出口与纳滤装置(5)相连，沉淀池(2)的入口连接有脱硫塔(1)，且过滤池(3)和膜过滤器(4)的反洗排水出口分别与沉淀池(1)的入口相连；

脱硫废水进入沉淀池(2)进行预沉降，然后通入过滤池(3)去除颗粒悬浮物，得到的过滤器产水进入膜过滤器(4)去除颗粒物及胶体，过滤池(3)的过滤池反洗排水(i)和膜过滤器(4)的膜过滤反排洗水(j)分别进入沉淀池(2)继续进行处理。