一种脱硫废水的循环利用方法
技术领域
本发明涉及一种脱硫废水的综合循环利用的工艺。
背景技术
近年来,随着国民经济的日益增长,对电力的需求增长加快,作为主要电源供应的燃煤发电机组逐年增加,全国有上千家火力发电厂,燃煤量也非常巨大,燃煤的区域性和全球性的环境问题越来越突出,因此各火力发电厂均投入烟气脱硫系统,通过烟气脱硫技术控制硫氧化物的排放。由于脱硫工艺采用的是湿法脱硫,产生出大量的废水,这些废水含有大量的盐分及重金属离子,直接外排会造成新的污染,因此必须对废水进行处理,以达到合格的排放标准。
锅炉烟气湿法脱硫(石灰石/石膏法)过程产生的废水来源于吸收塔排放水,为了维持脱硫装置浆液循环系统物质的平衡,防止烟气中可溶部分即氯浓度超过规定值和保证石膏质量,必须从系统中排放一定量的废水,废水主要来自石膏脱水和清洗系统。废水中含有的杂质主要包括悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、硫酸盐以及重金属,其中很多是国家环保标准中要求严格控制的第一类污染物。发电厂燃煤中除了一些主要元素C、H、N、O、S和次量元素Al、Ca、N a、K、Fe、Si等外,还含有多种痕量重金属元素,如Cr、Ni、Hg、As、Pb等,这些重金属元素最后分别以不同的形态随烟气、飞灰等排出锅炉。这其中,烟气中的重金属元素大多富集在亚微米级的颗粒上,另有少部分以气体形态存在于烟气中。实践经验表明,目前的除尘设备对一些痕量元素的收集效率并不高,因此尽管进入吸收塔的烟气已经经过除尘,但还是有相当多的重金属元素随烟气进入到了吸收塔中,从而在烟气与浆液的接触过程中溶解到浆液中。同时,石灰石中也存在重金属元素,如Hg和Cd等,这些元素在石灰石形成浆液的过程中也会溶解到浆液中,并进入到脱硫废水中。许多重金属离子都有相当大的毒性,并且重金属离子在自然界没有自净与生物降解能力,排入水体后通过生物链不断富集,对动植物的生命活动造成很大危害。因此,国内外均十分重视含有重金属的废水治理。
目前,国内一般采用简单混凝沉淀法处理后排放,随着国家的重视,处理工艺的升级已十分有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种脱硫废水循环利用方法,能够对脱硫废水进行综合处理。为此,本发明采用以下技术方案:
一种脱硫废水循环利用方法,其特征在于它对脱硫废水进行步骤(1)的处理:用沉淀池、螯合树脂及超滤系统对脱硫废水进行处理;脱硫废水先进入沉淀池进行沉淀,出水进入超滤系统,超滤系统产水,经螯合树脂处理后进入步骤(2)的处理,浓水则进入沉淀池沉淀;
(2)、用双极膜进行处理,双极膜系统采用部分循环部分出水方式运行,盐液、酸液、碱液不停循环,得到具有一定浓度的酸及碱,碱液返回工厂吸收SO2、SO3,酸液回用至工厂生产工艺,剩余稀盐水进入步骤(3)处理,在步骤(2)双极膜系统中加入或不加入纯水;
(3)、用纳滤系统进行处理,纳滤系统产水根据双极膜系统的需要作为所述纯水补充至双极膜系统,浓水返回双极膜系统处理。
在采用上述技术方案的基础上,本发明还可采用以下进一步的技术方案:
在步骤(1)中,超滤的回收率控制在95%以上,对悬浮固体总量的去除率达到98%以上。经过步骤(1)处理后的水质参数为:硫酸钠=5-20%(质量百分比),TSS<1mg/L;重金属离子<1mg/L。
所述步骤(2)后,剩余稀盐水浓度为0.5-2%(质量百分比),得到浓度为1-2.5N的酸和碱。
双极膜系统采用平板式结构,设备组成包括膜、隔板、锁紧装置、供配电装置;膜基材选择范围包括PVC、PEEK、PES、PS。
由于采用上述技术方案,本发明工艺具有以下技术效果:
(1)开发完整的预处理工艺,包括沉淀、超滤、螯合树脂等,采用螯合树脂去除重金属,由于脱硫废水有其自身的特殊性,重金属含量高、成分复杂,采用超滤及沉淀协同沉淀除悬浮物,达到双极膜的进膜要求;
制备方程式:Na2SO4+H2O-----NaOH+H2SO4
(2)采用低能耗的双极膜来对脱硫废水进行处理:利用双极膜进行水解离制备酸和碱比直接电解水要经济得多,这种方法为某些物质资源的再生和回收、降低物质和能源消耗、减少废物排放、消除环境污染及某些酸和碱的分离和制备提供了新的途径;
(3)创新采用“预处理+膜集成技术”技术处理脱硫废水,将废盐制备为有用的酸和碱,其中,碱液又可以重新吸收含硫烟气,成为硫酸盐,酸作为化学品原料可直接使用,完成整个生态的循环,利用超滤、纳滤膜、双极膜各自的特点,对脱硫废水进行处理,浓缩液去制备酸碱,综合利用;
(4)一方面盐可以制备酸碱、一方面又无需添加新的碱液来吸收脱硫烟气,降低生产成本;
(5)经过纳滤系统浓缩后,废水中盐含量提高5倍以上,有效提高双极膜制备酸碱转换效率,降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明脱硫废水的循环利用方法的流程图。
具体实施方式
参照附图,对进入本发明工艺的脱硫废水先进行步骤(1)的处理:用沉淀、螯合树脂及超滤系统对脱硫废水进行处理,通过沉淀去除大颗粒物质,通过超滤(UF)去除小颗粒悬浮物和胶体,脱硫废水先进入沉淀池进行沉淀,出水进入超滤系统,超滤系统产水,经螯合树脂处理后进入步骤(2)的处理,浓水则进入沉淀池沉淀。在步骤(1)中,超滤的回收率控制在95%以上,对悬浮固体总量TSS的去除率达到98%以上,<1mg/L;经过螯合树脂处理后,重金属离子<1mg/L。上述参数也可根据后续处理的需要进行调整。超滤系统采用的膜组件可采用中空纤维膜片,膜材料选自聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜。
(2)、用双极膜系统进行处理,双极膜系统采用部分循环部分出水方式运行,盐液、酸液、碱液不停循环,得到浓度为1-2.5N的酸及碱,处理后残留稀盐水浓度为0.5-2%(质量百分比),其中,碱则可回用至脱硫生产工艺,酸作为化学品原料可直接使用,稀盐水进入后续步骤(3)。
(3)、用纳滤系统进行处理,纳滤(NF)将稀盐水进行浓缩,浓缩后的盐水中硫酸钠含量>2%,作为双极膜系统原水,淡水则作为双极膜系统所需纯水,各自得到回用。
以下对上述的处理系统做进一步的描述:
1、超滤(UF)系统
本发明工艺中前处理废水采用了超滤(UF)工艺,该超滤(UF)系统的运行方式采用错流过滤方式,浓水进行回流,并辅以频繁气、水反洗技术,以保证膜系统稳定的产水量,并提高系统的水利用率,也使系统运行更稳定。
超滤系统包括预过滤装置、超滤装置、反洗氧化剂加药装置和反洗泵等设备。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好、自动化程度高等特点。本系统采用材质为高分子材料的中空纤维,其表面活化层致密,支撑层为海绵状网络结构,故耐压、抗污染、使用寿命长,且能长期保证产水水质,对胶体、悬浮颗粒、色度、浊度、细菌、大分子有机物具有良好的分离能力,保证纳滤(NF)系统和双极膜系统的正常运行。
超滤装置设计采用模块化设计,运行采用错流过滤、水反洗的全自动连续运行方式。超滤装置设置在线化学清洗系统。
2、纳滤(NF)系统
是一种以压力为驱动力,克服渗透压,使纯溶剂从高浓度溶液一侧向低浓度溶液流动的过程。纳滤膜相对于反渗透具有较低渗透压,可以比较经济浓缩各种溶质。纳滤对一价离子和多价离子具有不同截留率,可以有效分开一价离子和多价离子。纳滤膜分离技术具有无相变、浓缩效率高、可在常温下进行、无化学变化、节能、设备简单、卫生程度高、操作方便和自动化程度高等优点。纳滤膜用于废水处理主要用于水资源回用、重金属回收、无机盐及有机物浓缩回收等。
纳滤用于脱盐废水主要是将稀盐水进行浓缩,浓缩后的盐水回至双极膜系统,提高双极膜系统效率。
3、双极膜系统
双极膜是一种新型离子交换复合膜,它与其它阴、阳离子交换膜组合而成的电渗析系统不同,在直流电场的作用下,双极膜水解离生成H+,OH-,能将盐转化为相应的酸和碱,能够在不引入新组份的情况下将水溶液中的盐转化和分离成相应的酸和碱。比如,将氯化钠(Na+Cl-)溶液从阴阳膜组成的中间室通过,在直流电场力作用下,阳离子(Na+)通过阳膜到阳膜和双极膜阴面构成的邻室中去,与来自双极性膜中间层水分裂的(OH-)离子一起生成碱Na+OH-,而阴离子Cl-通过阴膜到阴膜和双极膜阳面构成的邻室中去,与来自双极性膜中间层水分裂成的(H+)离子一起生成酸(H+Cl-)。这样,就达到了从钠盐溶液制备酸和碱的目的。
利用双极膜进行水解离制备酸和碱比直接电解水要经济得多,这种方法为某些物质资源的再生和回收、降低物质和能源消耗、减少废物排放、消除环境污染及某些酸和碱的分离和制备提供了新的途径。