CN104803521A - 一种脱硫废水的净化系统及净化工艺 - Google Patents

一种脱硫废水的净化系统及净化工艺 Download PDF

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莫新来
黄莹莹
谭子斌
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Abstract

本发明公开了一种脱硫废水的净化系统及净化工艺，属于火力发电厂脱硫废水处理技术领域，该净化系统主要包括废水储存槽、通过废水输送管道与废水储存槽相连的一级反应槽、通过一级清液溢流管道与一级反应槽相连的二级反应槽、通过二级清液溢流管道与二级反应槽相连的净化水槽；所述净化工艺主要采用以下步骤：1)向一级反应槽中投加硫酸钠、石灰、NaCl与Na2SO4混盐；2)向二级反应槽中通入烟道气。本发明采用低成本的石灰-烟道气替代现有技术的烧碱-纯碱工艺去除钙、镁离子，降低运行成本，并且回收烟道气中的CO2用于净化脱硫废水，使CO2变废为宝，减少废水净化成本，产生经济效益，节能环保。

Description

一种脱硫废水的净化系统及净化工艺
技术领域
本发明涉及火力发电厂脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种脱硫废水的净化系统及净化工艺。
背景技术
在我国火力电厂产生的烟气中SO2的排放受到严格控制，因此大部分火力发电厂都采用石灰石湿法烟气脱硫装置(FGD)来对烟气进行脱硫。但同时地，为了平衡氯离子在吸收液中的浓度，必须排放一部分吸收浆液，吸收浆液经水力分离后的清液外排称为脱硫废水。脱硫废水在火力电厂废水中排放量不大，但是其污染严重，水质特点是悬浮物、pH值、COD值含量高，超标项目有悬浮物、pH值、汞、铜、铅、锌、砷、钙、镁、铝、铁以及氟根、硫酸根、碳酸根等，对环境污染很大，属于第一类污染物。因此对脱硫废水的处理非常重视。
目前，国内火力发电厂脱硫废水的处理方法大概分为3种：1、灰场堆放；2、蒸发；3、化学沉淀净化处理法。目前国内大多采用化学净化处理法，而化学净化法又以石灰/纯碱或烧碱/纯碱双碱法为主，产生Mg(OH)2和CaCO3沉淀析出，但是，这种方法消耗的药品成本较高，运行成本较高。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种脱硫废水的净化系统及净化工艺，采用低成本的石灰-烟道气替代现有技术的烧碱-纯碱工艺去除钙、镁离子，降低运行成本，并且回收烟道气中的CO2用于净化脱硫废水，使CO2变废为宝，减少废水净化成本，产生经济效益，节能环保。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种脱硫废水的净化系统，所述净化系统包括废水储存槽、一级反应槽、二级反应槽、净化水槽、硫酸钠溶解槽、石灰溶解槽、NaCl与Na2SO4混盐输送管道；
所述废水储存槽的入口与脱硫塔的脱硫废水出口通过废水输送管道相连；
所述一级反应槽的入口与废水储存槽的底部通过带有废水输送泵的废水输送管道相连；一级反应槽的上清液出口通过一级清液溢流管道与二级反应槽相连；一级反应槽的泥浆出口与带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道相连；所述硫酸钠溶解槽的出口通过带有硫酸钠输送泵的硫酸钠输送管道与一级反应槽相连；所述石灰溶解槽的出口通过带有石灰输送泵的石灰输送管道与一级反应槽相连；所述NaCl与Na2SO4混盐输送管道与一级反应槽相通；
所述二级反应槽的上清液出口通过二级清液溢流管道与净化水槽相连，二级反应槽的泥浆出口与带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道相连；二级反应槽的顶部与带有烟道气压缩机的烟道气输送管道相连；
所述净化水槽与带有净化水输送泵的净化水输送管道相连。
实现本发明的一种实施方式是：所述一级反应槽和二级反应槽内均设有搅拌器。
具体地，所述一级反应槽包括由下往上依次设置的反应区、澄清区和溢流区；溢流区内设有气浮澄清器，可有效地使固液分离。
具体地，所述硫酸钠溶解槽通过硫酸钠补水管道与废水输送管道相连。
具体地，所述石灰溶解槽通过石灰补水管道与废水输送管道相连。
具体地，所述烟道气输送管道上设有烟道气洗涤器。
本发明的目的之二在于提供一种脱硫废水的净化工艺，其包括以下步骤：
1)将脱硫废水通过管道输送至废水储存槽中，通过废水输送泵将废水储存槽中的脱硫废水输送至一级反应槽；
2)在搅拌条件下向一级反应槽中投加硫酸钠、石灰和NaCl与Na2SO4混盐使脱硫废水的PH值大于12.8，反应1～3h，使脱硫废水中的Mg2+与石灰反应形成Mg(OH)2沉淀物和CaCl2，CaCl2与硫酸钠反应生成CaSO4沉淀物，以及石灰与硫酸钠反应生成NaOH与CaSO4沉淀物；Mg(OH)2沉淀物和CaSO4沉淀物沉淀至一级反应槽底部并通过带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过一级清液输送管道输送至二级反应槽；
3)在搅拌条件下向二级反应槽中通入30～100Nm3/h的烟道气，使水中Ca2+与烟道气中的CO2在碱性条件下反应生成CaCO3沉淀物，并沉淀于二级反应槽池底，CaCO3沉淀物通过带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过二级清液输送管道溢流到净化水槽；
4)净化水槽中的水通过带有净化水输送泵的净化水输送管道输送至后续工序；如将净化水槽中的水输送到蒸发工序，蒸发过程中产生的NaCl和Na2SO4复溶后通过管道回流至一级反应槽中，增加水中NaCl和Na2SO4的含量，利用离子互溶度效应加快Ca2+沉淀，使Ca2+含量降低保持在一个稳定值，适应脱硫废水质的多变性。
具体地，在步骤2)中搅拌速度为50～150r/min。
具体地，在步骤3)中搅拌速度为10～100r/min。
具体地，在步骤3)中所述的烟道气是来自锅炉排放的烟道气，其CO2含量为10～12％；所述烟道气通过烟道气压缩机压缩并经过烟道气洗涤器洗涤过滤后通入二级反应槽中。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明采用石灰-烟道气工艺净化脱硫废水，可以减少Na2CO3药品的添加，并且可以利用锅炉排放的烟道气来作为反应剂净化脱硫废水，去除水中的该钙离子；另外一级反应生成的NaOH的量有限，即能用CO2反应去除的Ca2+有限，本发明通过将蒸发过程产生的部分NaCl和Na2SO4复溶后通过管道回流至一级反应槽中，利用离子互溶度效应加快Ca2+沉淀，降低一级反应后Ca2+的含量并保持在一个稳定的值，适用于脱硫废水水质的多变性和复杂性，使二级反应中利用CO2去除钙离子得以实现；因此，本发明不仅能够通过低成本工艺有效地净化脱硫废水，并且可以实现废气回收，变废为宝，减少烟道气中CO2的排放；经过本发明所述的净化系统及净化工艺处理后得到的净化水水质硬度小于10ppm，可大大减少后续蒸发设备的结垢和洗效周期。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明所述的脱硫废水的净化系统的结构图；
图2为本发明所述的脱硫废水的净化工艺的流程图；
其中，1、废水储存槽；10、废水输送管道；11、废水输送泵；2、一级反应槽；20、一级清液溢流管道；21、一级泥浆输送管道；3、二级反应槽；30、二级清液溢流管道；31、二级泥浆输送管道；4、净化水槽；40、净化水输送管道；41、净化水输送泵；5、硫酸钠溶解槽；50、硫酸钠输送管道；51、硫酸钠输送泵；52、硫酸钠补水管道；6、石灰溶解槽；60、石灰输送管道；61、石灰输送泵；62、石灰补水管道；7、NaCl与Na2SO4混盐输送管道；8、烟道气输送管道；80、烟道气压缩机；81、烟道气洗涤器；9、泥浆输送泵。
具体实施方式
如图1所示，为本发明所述的一种脱硫废水的净化系统，所述净化系统包括废水储存槽1、一级反应槽2、二级反应槽3、净化水槽4、硫酸钠溶解槽5、石灰溶解槽6、NaCl与Na2SO4混盐输送管道7；
所述废水储存槽1的入口与脱硫塔的脱硫废水出口通过废水输送管道10相连；
所述一级反应槽2的入口与废水储存槽1的底部通过带有废水输送泵11的废水输送管道10相连；一级反应槽2的上清液出口通过一级清液溢流管道20与二级反应槽3相连；一级反应槽2的泥浆出口与带有泥浆输送泵9的一级泥浆输送管道21相连；所述硫酸钠溶解槽5的出口通过带有硫酸钠输送泵51的硫酸钠输送管道50与一级反应槽2相连；所述石灰溶解槽6的出口通过带有石灰输送泵61的石灰输送管道60与一级反应槽2相连；所述NaCl与Na2SO4混盐输送管道7与一级反应槽2相通；
所述二级反应槽3的上清液出口通过二级清液溢流管道30与净化水槽4相连，二级反应槽3的泥浆出口与带有泥浆输送泵9的二级泥浆输送管道31相连；二级反应槽3的顶部与带有烟道气压缩机80的烟道气输送管道8相连；
所述净化水槽4与带有净化水输送泵41的净化水输送管道40相连。
所述一级反应槽2和二级反应槽3内均设有搅拌器。
具体地，所述一级反应槽2包括由下往上依次设置的反应区、澄清区和溢流区；溢流区内设有气浮澄清器，可有效地使固液分离。
具体地，所述硫酸钠溶解槽5通过硫酸钠补水管道52与废水输送管道10相连。
具体地，所述石灰溶解槽6通过石灰补水管道62与废水输送管道10相连。
具体地，所述烟道气输送管道8上设有烟道气洗涤器81。
如图2所示，为本发明所述的一种脱硫废水的净化工艺，其包括以下步骤：
1)将脱硫废水通过管道输送至废水储存槽1中，通过废水输送泵11将废水储存槽1中的脱硫废水输送至一级反应槽2；
2)在50～150r/min的搅拌条件下向一级反应槽2中投加硫酸钠、石灰和NaCl与Na2SO4混盐使脱硫废水的PH值大于12.8，反应1～3h，使脱硫废水中的Mg2+与石灰反应形成Mg(OH)2沉淀物和CaCl2，CaCl2与硫酸钠反应生成CaSO4沉淀物，以及石灰与硫酸钠反应生成NaOH与CaSO4沉淀物；Mg(OH)2沉淀物和CaSO4沉淀物沉淀至一级反应槽2底部并通过带有泥浆输送泵9的一级泥浆输送管道21输送至后续工序；上清液通过一级清液输送管道输送至二级反应槽3；
3)在10～100r/min的搅拌条件下向二级反应槽3中通入30～100Nm3/h的烟道气，使水中Ca2+与烟道气中的CO2在碱性条件下反应生成CaCO3沉淀物，并沉淀于二级反应槽3池底，CaCO3沉淀物通过带有泥浆输送泵9的二级泥浆输送管道31输送至后续工序；上清液通过二级清液输送管道溢流到净化水槽4；
4)净化水槽4中的水通过带有净化水输送泵41的净化水输送管道40输送至后续工序；如将净化水槽4中的水输送到蒸发工序，蒸发过程中产生的NaCl和Na2SO4复溶后通过管道回流至一级反应槽2中，增加水中NaCl和Na2SO4的含量，利用离子互溶度效应加快Ca2+沉淀，使Ca2+含量降低保持在一个稳定值，适应脱硫废水质的多变性。
具体地，在步骤3)中所述的烟道气是来自锅炉排放的烟道气，其CO2含量为10～12％；所述烟道气通过烟道气压缩机80压缩并经过烟道气洗涤器81洗涤过滤后通入二级反应槽3中。
      应用实施例1：某电厂12m3/h脱硫废水深度处理
该电厂的脱硫废水水质特点如表1所示：
表1 该电厂脱硫废水的水质数据
      
      
根据表1的水质数据，所添加药剂及反应情况：
1)将脱硫废水通过管道输送至废水储存槽中，通过废水输送泵将废水储存槽中的脱硫废水输送至一级反应槽；
2)在100r/min的搅拌条件下向一级反应槽中投加224.7kg/h Na2SO4，108.72kg/h CaO使脱硫废水的PH值大于12.8，反应2h，使脱硫废水中的Mg2+与石灰反应形成Mg(OH)2沉淀物和CaCl2，CaCl2与硫酸钠反应生成CaSO4沉淀物，以及石灰与硫酸钠反应生成NaOH与CaSO4沉淀物；Mg(OH)2沉淀物和CaSO4沉淀物由于重力作用沉淀至一级反应槽底部并通过带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过一级清液输送管道溢流至二级反应槽，流速为0.5～0.8m/s；
3)在80r/min的搅拌条件下向二级反应槽中通入50Nm3/h的烟道气，使水中Ca2+与烟道气中的CO2在碱性条件下反应生成CaCO3沉淀物，并沉淀于二级反应槽池底，CaCO3沉淀物通过带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过二级清液输送管道溢流到净化水槽；
4)检测净化水槽中的水的硬度，结果为硬度小于10ppm；净化水槽中的水通过带有净化水输送泵的净化水输送管道输送至蒸发工序，蒸发过程中产生的2370.3kg/h NaCl和252.3kg/h Na2SO4复溶后通过管道回流至一级反应槽中，增加水中NaCl和Na2SO4的含量，利用离子互溶度效应加快Ca2+沉淀，使Ca2+含量降低保持在一个稳定值，适应脱硫废水质的多变性。
在本应用实施例中，使用传统的双碱工艺和本发明所述的净化工艺处理脱硫废水的成本比较如表2所示：
表2 双碱工艺和本发明的净化工艺成本比较
      
由表2可知，使用石灰-烟道气工艺可比双碱工艺节省药品运行费用236.06元/每小时；如果1年运行5500小时，则可以节省药品运行费用129.8万元。
      应用实施例2：某电厂20m3/h脱硫废水深度处理
该电厂的脱硫废水水质特点如表3所示：
表3 该电厂脱硫废水的水质数据：
      
      
根据表1的水质数据，处理过程如下：
1)将脱硫废水通过管道输送至废水储存槽中，通过废水输送泵将废水储存槽中的脱硫废水输送至一级反应槽；
2)在150r/min的搅拌条件下向一级反应槽中投加404kg/h Na2SO4，155.9kg/h CaO使脱硫废水的PH值大于12.8，反应2h，使脱硫废水中的Mg2+与石灰反应形成Mg(OH)2沉淀物和CaCl2，CaCl2与硫酸钠反应生成CaSO4沉淀物，以及石灰与硫酸钠反应生成NaOH与CaSO4沉淀物；Mg(OH)2沉淀物和CaSO4沉淀物由于重力作用沉淀至一级反应槽底部并通过带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过一级清液输送管道溢流至二级反应槽，流速为0.5～0.8m/s；
3)在100r/min的搅拌条件下向二级反应槽中通入90Nm3/h的烟道气，使水中Ca2+与烟道气中的CO2在碱性条件下反应生成CaCO3沉淀物，并沉淀于二级反应槽池底，CaCO3沉淀物通过带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过二级清液输送管道溢流到净化水槽；
4)检测净化水槽中的水的硬度，结果为硬度小于10ppm；净化水槽中的水通过带有净化水输送泵的净化水输送管道输送至蒸发工序，蒸发过程中产生的6924.2kg/h NaCl和633.9kg/h Na2SO4复溶后通过管道回流至一级反应槽中，增加水中NaCl和Na2SO4的含量，利用离子互溶度效应加快Ca2+沉淀，使Ca2+含量降低保持在一个稳定值，适应脱硫废水质的多变性。
在本应用实施例中，使用传统的双碱工艺和本发明所述的净化工艺处理脱硫废水的成本比较如表4所示：
表4 双碱工艺和本发明的净化工艺成本比较
      
由表2可知，使用石灰-烟道气工艺可比双碱工艺节省药品运行费用182.9元/每小时；如果1年运行5500小时，则可以节省药品运行费用100.6万元。
本发明所述的石灰-烟道气工艺也可用烧碱-烟道气工艺代替净化脱硫废水，两种工艺原理一致，即利用烧碱代替石灰也可达到与烟道气的CO2反应去除脱硫废水中的Ca2+。本发明所述的净化工艺不限于用于脱硫废水的深度处理，也可以适用于需要去除钙/镁离子的废水处理。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述净化系统包括废水储存槽、一级反应槽、二级反应槽、净化水槽、硫酸钠溶解槽、石灰溶解槽、NaCl与Na2SO4混盐输送管道；
所述废水储存槽的入口与脱硫塔的脱硫废水出口通过废水输送管道相连；
所述一级反应槽的入口与废水储存槽的底部通过带有废水输送泵的废水输送管道相连；一级反应槽的上清液出口通过一级清液溢流管道与二级反应槽相连；一级反应槽的泥浆出口与带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道相连；所述硫酸钠溶解槽的出口通过带有硫酸钠输送泵的硫酸钠输送管道与一级反应槽相连；所述石灰溶解槽的出口通过带有石灰输送泵的石灰输送管道与一级反应槽相连；所述NaCl与Na2SO4混盐输送管道与一级反应槽相通；
所述二级反应槽的上清液出口通过二级清液溢流管道与净化水槽相连，二级反应槽的泥浆出口与带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道相连；二级反应槽的顶部与带有烟道气压缩机的烟道气输送管道相连；
所述净化水槽与带有净化水输送泵的净化水输送管道相连。
2.根据权利要求1所述的脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述一级反应槽和二级反应槽内均设有搅拌器。
3.根据权利要求1所述的脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述一级反应槽包括由下往上依次设置的反应区、澄清区和溢流区；溢流区内设有气浮澄清器。
4.根据权利要求1所述的脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述硫酸钠溶解槽通过硫酸钠补水管道与废水输送管道相连。
5.根据权利要求1所述的脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述石灰溶解槽通过石灰补水管道与废水输送管道相连。
6.根据权利要求1所述的脱硫废水的净化系统，其特征在于：所述烟道气输送管道上设有烟道气洗涤器。
7.一种脱硫废水的净化工艺，其特征在于：其包括以下步骤：
1)将脱硫废水通过管道输送至废水储存槽中，通过废水输送泵将废水储存槽中的脱硫废水输送至一级反应槽；
2)在搅拌条件下向一级反应槽中投加硫酸钠、石灰和NaCl与Na2SO4混盐使脱硫废水的PH值大于12.8，反应1～3h，使脱硫废水中的Mg2+与石灰反应形成Mg(OH)2沉淀物和CaCl2，CaCl2与硫酸钠反应生成CaSO4沉淀物，以及石灰与硫酸钠反应生成NaOH与CaSO4沉淀物；Mg(OH)2沉淀物和CaSO4沉淀物沉淀至一级反应槽底部并通过带有泥浆输送泵的一级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过一级清液输送管道输送至二级反应槽；
3)在搅拌条件下向二级反应槽中通入30～100Nm3/h的烟道气，使水中Ca2+与烟道气中的CO2在碱性条件下反应生成CaCO3沉淀物，并沉淀于二级反应槽池底，CaCO3沉淀物通过带有泥浆输送泵的二级泥浆输送管道输送至后续工序；上清液通过二级清液输送管道溢流到净化水槽；
4)净化水槽中的水通过带有净化水输送泵的净化水输送管道输送至后续工序。
8.根据权利要求7所述的脱硫废水的净化工艺，其特征在于：步骤2)中搅拌速度为50～150r/min。
9.根据权利要求7所述的脱硫废水的净化工艺，其特征在于：步骤3)中搅拌速度为10～100r/min。
10.根据权利要求7所述的脱硫废水的净化工艺，其特征在于：步骤3)中所述的烟道气是来自锅炉排放的烟道气，其CO2含量为10～12％；所述烟道气通过烟道气压缩机压缩并经过烟道气洗涤器洗涤过滤后通入二级反应槽中。
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