CN104743732A - 一种电厂脱硫废水零排放回用的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，涉及废水处理。废水进入原水调节池；将原水调节池的出水通过电絮凝反应器去除悬浮固体和杂质；电絮凝反应器出水进入膜蒸馏单元；电絮凝反应器的反冲洗水回流至原水调节池；膜蒸馏单元将废水转化为水蒸气，未转化为水蒸气的剩余废水进入电磁结晶反应器进行结晶；电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；膜过滤反应器反冲洗水回流至膜蒸馏单元；经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；正渗透反应器汲取液吸收废水中的纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水的分离；膜蒸馏单元纯水出水回用；膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器循环使用。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理，尤其是涉及利用电磁膜蒸馏正渗透反应器的一种电厂脱硫废水零排放回用的方法。
背景技术
随着我国能源工业的迅速发展和大型燃煤电厂的兴建，燃料用量不断增加，SO2的排放量越来越多，由此造成的大气污染也日趋严重，采取脱硫措施已迫在眉睫。通常SO2的控制途径可采用燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫，即烟气脱硫(FGD)。目前烟气脱硫被认为是控制SO2排放量最行之有效的途径。石灰石-石膏湿式烟气脱硫是世界上应用最多、技术最成熟的脱硫工艺。这种湿法烟气脱硫工艺所产生的脱硫废水，其pH为4～6，同时含有大量的悬浮物(石膏颗粒、SiO2、Al和Fe的氢氧化物)、氟化物和微量的重金属，如As、Cd、Cr、Hg等。直接排放将对环境造成严重危害，因而必须对其加以治理才能排放(陈泽峰，冯铁玲.电厂脱硫废水处理[J].工业水处理，2006，26(3)：86-87)。
电絮凝的应用已有较长的历史，在源水和多种行业废水处理中有着广泛的应用。谢光炎等(谢光炎，等.废水净化的电化学方法进展[J].给水排水，1998，24(1)：64-68)报道的电凝聚又称电絮凝，就是在外电压作用下，利用可溶性阳极产生大量阳离子，对胶体废水进行凝聚沉淀。通常选用铁或铝作为阳极材料。将金属电极(如铝)置于被处理的水中，然后通以直流电，此时金属阳极发生氧化反应。产生的铝离子在水中水解、聚合，生成一系列多核水解产物而起凝聚作用，其过程和机理与化学混凝法基本相同。同时，在电凝聚器中阴极上产生的新生态的氢，其还原能力很强，可与废水中的污染物起还原反应，或生成氢气。在阳极上也可能有氧气放出。氢气和氧气以微气泡的形式出现，在水处理过程中与悬浮颗粒接触可获得良好的粘附性能，从而提高水处理效率。此外，在电流的作用下，废水中的部分有机物可能分解为低分子有机物，还有可能直接被氧化为二氧化碳和水而不产生污泥。未被彻底氧化的有机物部分还可和悬浮固体颗粒被氢氧化铝吸附凝聚并在氢气和氧气带动下上浮分离。总之，电凝聚处理原水和废水是多种过程的协同作用，污染物在这些作用下易被除去。(甘莉，甘光奉.电凝聚水处理技术的新进展[J].工业水处理，2002，22(5)：2-22)
以电磁场作用为基础的水处理方法是近几年才发展起来的一项新型水处理技术,其降解过程能耗低、成本低、易操作、无二次污染,是一项极具发展前景的技术。在高频行波磁场作用下,水中正负离子受电磁场洛仑兹力的作用而作方向相反的螺旋圆周运动,相当于一方向相同的圆电流,一个小圆电流受磁场的作用可以用它的磁偶极矩(简称磁矩)来说明。磁矩的方向也会随磁场的变化发生周期性偏转。同时，正负电荷重心会随磁场的变化周期性振动。此外，载流线圈在非均匀强磁场中通常受到转动力矩、平移力和导致形变的张力3种力作用,这些力的作用都是力图使通过小圆电流线圈中的磁通量增加。虽然有离子热运动的阻碍,但随着外磁场越强,离子磁矩排列得越整齐；随着形波磁场的移动，载流线圈在上述作用下移向磁场较强处。由于行波磁场是朝一个方向运动的，因此正负离子螺旋环会随着磁场的移动方向而向一个方向运动,从而使大量的离子能够聚集到一起,起到除杂的作用(王东莉，等.电磁水处理技术研究进展[J].石油矿场机械，2007，36(1)：9-11)。
膜蒸馏是近年来发展起来的一种新型膜分离技术，与反渗透工艺相比具有显著的优点：膜蒸馏的过程几乎在常压下进行，设备简单，操作方便；膜蒸馏法可以处理极高浓度的无机盐水溶液，理论上通过膜蒸馏除盐的产水率可以达到100％，而且获得的水十分纯净，这是现有几种工业除盐技术难以达到的(吕晓龙.膜蒸馏过程探讨[J].膜科学与技术，2010，30(3):1－10)。
正渗透技术是以待处理的具有高水化学势的液体作为原料液，选取一种渗透压相对较高、具有低水化学势的溶液作为汲取液，在正向渗透压差驱动下，水分子透过正渗透膜从原料液侧进入到汲取液侧，稀释后的汲取液可以通过特定的方式进行回收，然后循环利用，同时制得产品水。与反渗透相比正渗透技术具有得天独厚的优势:能耗低，不需外界压力即可实现水的分离过程；膜材料本身亲水，可以有效防止膜污染；水的回收率高；汲取液可回收利用，浓水排放少、污染小，它是一种极具潜力的环境友好型技术，其应用范围包括海水淡化、污水净化、食品、医药、能源等诸多领域(魏金枝，等.正渗透技术中汲取液的研究进展[J].哈尔滨理工大学学报，2013，18(1)：61-65)。
与传统的生化、物化废水处理工艺方法相比，膜分离技术处理废水工艺具有显著的优越性：(1)在常温和低压下进行分离，因而能耗和设备的运行费用低。(2)设备体积小、结构简单，故投资费用低。(3)膜分离过程只是简单的加压输送液体，工艺流程简单，易于操作管理。(4)膜作为过滤介质是由高分子材料制成的均匀连续体，纯物理方法过滤，物质在分离过程中不发生质的变化，并且在使用过程中不会有任何杂质脱落，保证透过液的纯净。(5)可实现零排放回用(高年发，宝菊花.超过滤在葡萄酒酿造中的应用进展[J]，中国酿造，2007，7(172):80-95)。
发明内容
本发明的目的旨在提供利用电絮凝、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器技术集成处理工艺的一种电厂脱硫废水零排放回用的方法。
本发明所涉及的主要处理设备是：
原水调节池、电絮凝反应器、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器。
本发明包括以下步骤：
1)电厂脱硫废水进入原水调节池稳定水量和水质；
2)将原水调节池的出水通过电絮凝反应器去除悬浮固体和杂质，并且将可分解化学物质分解；
3)电絮凝反应器出水进入膜蒸馏单元；电絮凝反应器的反冲洗水回流至原水调节池；
4)膜蒸馏单元将废水转化为水蒸气，未转化为水蒸气的剩余废水进入电磁结晶反应器进行结晶；
5)电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；
6)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至膜蒸馏单元；
7)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；
8)正渗透反应器汲取液吸收废水中的纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水的分离；
9)膜蒸馏单元纯水出水回用；
10)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器循环使用。
所述原水调节池的池体最好为PE防腐材料，在池体的进水口预设pH调节剂投加装置，用于调节水质水量和pH值。
所述电絮凝反应器采用铝板，电源为直流稳压电源，脉冲工作模式，工作电流电压为5V，工作电流为0.8A，可采用上海力友电气有限公司生产的LW3J20型电絮凝反应器。
所述膜蒸馏单元最好选用幕帘式聚丙烯中空纤维膜片，膜孔径0.2μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量1t/d；可采用杭州浙大泓泉环境工程有限公司生产的HQM-MBR型膜片。
所述电磁结晶反应器内置石墨电极板，连接电源最好选用调频高压交流电源，调频高压交流电源型号为DMC-400，输出功率为500～1000W，输出电压AC 0～10KV可调，输出频率25～50KHz可调，可采用大连鼎通科技发展有限公司生产的调频高压交流电源。
所述膜过滤反应器最好选用平板式PVDF膜片，膜孔径0.1μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量0.7t/d，可采用上海斯纳普膜分离科技有限公司生产的SINAP150型平板膜片。
所述正渗透反应器的正渗透膜最好采用卷式正渗透膜组件，进口口径4英寸，工作压力25psi，产生量200L/H，可采用韩国世韩膜业有限公司生产的FO4040型卷式正渗透膜组件，品牌为CSM。正渗透反应器的汲取液最好采用3.14mol/L的碳酸氢铵饱和溶液。
本发明所处理的电厂脱硫废水水质状况可为：pH值为6.0～9.0，CODCr为20～100mg/L，BOD5为20～100mg/L，SS为10～55mg/L，氟化物为1～10mg/L，总氰化物0.01～0.2mg/L，总砷0.01～0.15mg/L，总汞0.01～0.8mg/L，氯离子为20000～38000mg/L。
与传统脱硫废水处理工艺相比，本发明具有以下显著优点和技术效果：
1、本发明工艺方法在常温常压条件下进行，可节约蒸发结晶所需的高能耗，不需要添加化学药剂，仅消耗少量电能，无二次污染，大幅度降低其处理成本。
2、本工艺方法在常温常压运行，主体设备材质为PE等常规材质，无需镍基合金或钛合金等防腐材料，大幅度降低投资成本，具有显著经济效益。
3、处理废水时间短，效率高，处理设备投入少，占地面积小。
4、本发明工艺方法可实现电厂脱硫废水零排放回用，大量节约水资源。
5、本发明工艺方法实现电厂脱硫废水中的盐分形成固体结晶分离，不向环境中排放污染物质，并可使大量盐分资源化，保护生态环境，为电厂脱硫废水资源化解决了关键性问题。
具体实施方式
以下实施例将对本发明作进一步说明。
本发明实施例所涉及的主要处理设备是：
原水调节池、电絮凝反应器、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器。
上述处理设备可根据相关要求选购，其中：
原水调节池的池体最好为PE防腐材料，在池体的进水口预设pH调节剂投加装置，用于调节水质水量和pH值。
电絮凝反应器采用铝板，电源为直流稳压电源，脉冲工作模式，工作电流电压为5V，工作电流为0.8A，型号为LW3J20型，生产厂家为为上海力友电气有限公司。
膜蒸馏单元最好选用幕帘式聚丙烯中空纤维膜片，膜孔径0.2μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量1t/d，型号为HQM-MBR专用膜片，生产厂商为杭州浙大泓泉环境工程有限公司。
电磁结晶反应器内置石墨电极板，连接电源最好选用调频高压交流电源，调频高压交流电源型号为DMC-400，输出功率为500～1000W，输出电压AC 0～10KV可调，输出频率25～50KHZ可调，厂商为大连鼎通科技发展有限公司。
膜过滤反应器最好选用平板式PVDF膜片，膜孔径0.1μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量0.7t/d，型号为SINAP150专用平板膜片，厂商为上海斯纳普膜分离科技有限公司。
正渗透反应器的正渗透膜最好采用卷式正渗透膜组件，进口口径4英寸，工作压力25psi，产生量200L/H，型号为FO4040，品牌为CSM，厂商为韩国世韩膜业有限公司。正渗透反应器的汲取液最好采用3.14mol/L的碳酸氢铵饱和溶液。
本发明实施例包括以下步骤：
1)电厂脱硫废水进入原水调节池稳定水量和水质；
2)将原水调节池的出水通过电絮凝反应器去除悬浮固体和杂质，并且将可分解化学物质分解；
3)电絮凝反应器出水进入膜蒸馏单元；电絮凝反应器的反冲洗水回流至原水调节池；
4)膜蒸馏单元将废水转化为水蒸气，未转化为水蒸气的剩余废水进入电磁结晶反应器进行结晶；
5)电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；
6)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至膜蒸馏单元；
7)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；
8)正渗透反应器汲取液吸收废水中纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水的分离；
9)膜蒸馏单元纯水出水回用；
10)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器循环使用。
实施例1
利用电絮凝、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器技术集成处理工艺，进行电厂脱硫废水零排放回用，水质如下：pH值为6.7，CODCr为53mg/L，BOD5为3.6mg/L，SS为12.9mg/L，氟化物为2.3mg/L，总氰化物0.06mg/L，总砷0.07mg/L，总汞0.06mg/L，氯离子为24000mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放回用率为99.9％，CODcr平均去除率99.9％，TDS去除率为98％，设备运行稳定。
实施例2
利用电絮凝、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器技术集成处理工艺，进行电厂脱硫废水零排放回用，水质如下：pH值为7.3，CODCr为65mg/L，BOD5为3.2mg/L，SS为14.7mg/L，氟化物为2.9mg/L，总氰化物0.12mg/L，总砷0.03mg/L，总汞0.09mg/L，氯离子为23800mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放率为99.8％，CODcr平均去除率99.7％，TDS去除率为99％，设备运行稳定。
实施例3
利用电絮凝、膜蒸馏单元、电磁结晶反应器、膜过滤反应器、正渗透反应器技术集成处理工艺，进行电厂脱硫废水零排放回用，水质如下：pH值为8.1，CODCr为62.6mg/L，BOD5为4.7mg/L，SS为18.2mg/L，氟化物为3.5mg/L，总氰化物0.12mg/L，总砷0.05mg/L，总汞0.18mg/L，氯离子为25300mg/L。实验结果：运行24h后废水零排放率为99.9％，CODcr平均去除率99.8％，TDS去除率为97％，设备运行稳定。
Claims (9)
1.一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)电厂脱硫废水进入原水调节池稳定水量和水质；
2)将原水调节池的出水通过电絮凝反应器去除悬浮固体和杂质，并且将可分解化学物质分解；
3)电絮凝反应器出水进入膜蒸馏单元；电絮凝反应器的反冲洗水回流至原水调节池；
4)膜蒸馏单元将废水转化为水蒸气，未转化为水蒸气的剩余废水进入电磁结晶反应器进行结晶；
5)电磁结晶反应器上清液出水经膜过滤反应器过滤后进入正渗透反应器浓缩；
6)电磁结晶反应器内固体残渣定期刮除；膜过滤反应器反冲洗水回流至膜蒸馏单元；
7)经正渗透反应器浓缩后的废水浓缩液回流至电磁结晶反应器；
8)正渗透反应器汲取液吸收废水中的纯水后进入膜蒸馏单元进行汲取液与纯水的分离；
9)膜蒸馏单元纯水出水回用；
10)膜蒸馏单元汲取液蒸汽冷凝回流至正渗透反应器循环使用。
2.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述原水调节池的池体为PE防腐材料。
3.如权利要求1或2所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于原水调节池池体的进水口预设pH调节剂投加装置，用于调节水质水量和pH值。
4.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述电絮凝反应器采用铝板，电源为直流稳压电源，脉冲工作模式，工作电流电压为5V，工作电流为0.8A。
5.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述膜蒸馏单元选用幕帘式聚丙烯中空纤维膜片，膜孔径0.2μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量1t/d。
6.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述电磁结晶反应器内置石墨电极板，连接电源选用调频高压交流电源，调频高压交流电源的输出功率为500～1000W，输出电压AC 0～10KV可调，输出频率25～50KHz可调。
7.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述膜过滤反应器选用平板式PVDF膜片，膜孔径0.1μm，截留分子量为0.6～5万道尔顿，出水量0.7t/d。
8.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述正渗透反应器的正渗透膜采用卷式正渗透膜组件，进口口径4英寸，工作压力25psi，产生量200L/H。
9.如权利要求1所述一种电厂脱硫废水零排放回用的方法，其特征在于所述正渗透反应器的汲取液采用3.14mol/L的碳酸氢铵饱和溶液。
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