CN105585197A - 一种脱硫废水浓缩处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种脱硫废水浓缩处理装置及方法。能够实现脱硫废水的浓缩和回用，并且运行和处理成本大幅降低。装置包括：一软化除重池组；与所述预处理池组连通的一换热池；与所述热交换池连通的一膜蒸馏系统，包括一蒸汽出口；与所述蒸汽出口连通的一冷凝器；与所述冷凝器的凝水出口连通的一产水池。方法，包括以下步骤：1)脱硫废水进入软化除重池组，使脱硫废水中钙、镁离子和重金属离子形成沉淀，并实现泥水分离，得到软化废水；2)软化废水进入换热池加热升温；3)升温后的软化废水进入膜蒸馏系统，得到浓缩废水及水蒸汽；4)所述水蒸气经过冷凝器冷凝后进入产水池。

Description

一种脱硫废水浓缩处理装置及方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种脱硫废水浓缩处理装置及方法。

背景技术

燃煤发电在我国能源供给中占有重要地位。为了保护大气环境，近年来我国大多数电厂采用了石灰石-石膏湿法脱硫技术，用以去除烟气中的二氧化硫。采用前述脱硫技术会产生大量的脱硫废水，燃煤电厂的湿法脱硫废水成分复杂，含有高浓度悬浮物、过饱和的亚硫酸盐、氯离子、硫酸盐以及多种重金属。

目前，脱硫废水主要采用化学沉淀法处理，部分指标达标困难，即使达标处理后，由于废水中大量的硫酸盐和氯化物的存在，出水含盐量仍高达2％～4％，很难重复利用，外排后还会引起地表水和土壤生态破坏，引起二次污染。因此，开发经济高效的脱硫废水浓缩处理工艺，不仅可以回收大部分水资源，同时可以有效降低后脱硫废水体积，减小后续处理负荷。

现有的脱硫废水的回用和浓缩处理工艺中，最常见的为反渗透浓缩法。由于反渗透工艺对进水要求非常严格，同时需要高压设备，因此造成该工艺系统复杂，运行成本高。膜蒸馏(MD)技术是一种高效的膜分离技术，是通过控制废水温度，以疏水性微孔膜为分离介质，以膜两侧蒸汽压差为传质推动力，实现废水浓缩和纯水回收的过程，MD技术与传统膜分离技术相比具有众多优点，如对盐的截留效率极高，对绝大多数非挥发性物质具有近100％截留效率，以及对进水水质要求低、操作条件温和(不需要高压设备)、运行维护方便、不容易发生膜污染和能耗比传统蒸发低等。此外，膜蒸馏对废水中含盐量变化适应性强，理论上只要溶质不饱和析出，膜组件都可以正常运行。在有余热可以利用的条件下，膜蒸馏系统的能耗要比反渗透低得多，并且可以得到很高的浓缩倍数。

中国发明专利申请《一种电厂脱硫废水零排放处理的方法》(CN104591466A)和中国发明专利申请《一种电厂脱硫废水零排放回用的方法》(CN104743732A)中各公开了一种脱硫废水零排放处理的方法，采用电絮凝+膜蒸馏工艺处理脱硫废水。但上述两篇文件中的技术方案存在以下缺点：(1)脱硫废水中含有大量钙离子和镁离子，而膜蒸馏系统需要对废水进行加热处理，很容易产生结垢而引起膜污染，因此必须经过软化处理后才能进入膜蒸馏系统，而电絮凝法不能去除废水中的钙镁硬度，不能保证后续膜蒸馏工艺的正常运行；(2)采用常温常压操作，实际电厂脱硫废水经过电絮凝处理后，温度只有35℃左右，采用膜蒸馏工艺很难实现较高膜通量，将大大增加投资和运行成本；(3)未对膜蒸馏进出水相关标准进行限定，可行性不强；(4)未对废水中汞进行去除，将造成最终结晶盐含有汞污染物，影响结晶盐处置。

为了避免环境污染和回收水资源，鉴于现存脱硫废水浓缩工艺的缺点和不足，开发新型脱硫废水浓缩处理装置及方法成为急需解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种脱硫废水浓缩处理装置及方法。能够实现脱硫废水的浓缩和回用，并且运行和处理成本大幅降低。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种脱硫废水浓缩处理装置，包括：

一软化除重池组；

与所述预处理池组连通的一换热池；

与所述热交换池连通的一膜蒸馏系统，包括一蒸汽出口；

与所述蒸汽出口连通的一冷凝器；

与所述冷凝器的凝水出口连通的一产水池。

进一步地，所述软化除重池组包括：依次连通的一软化除重池、混凝池及一澄清池；与所述澄清池与所述换热池连通；所述软化除重池设有一第一加药管路；所述混凝池设有一第二加药管路；所述软化除重池、混凝池及澄清池的底部均与一排泥管道连通。

进一步地，所述软化除重池和混凝池均设有液混装置；所述软化除重池、混凝池及澄清池的底部均为斗状。

进一步地，所述澄清池与所述换热池连通还设有一过滤器。

进一步地，所述换热池的热工质选自一电厂热烟气和/或热排水；所述冷凝器的冷工质选自一冷却塔中的冷却水和/或空气。

进一步地，所述膜蒸馏系统选自直接接触式膜蒸馏系统、气扫式膜蒸馏系统或气隙式膜蒸馏系统。

进一步地，还包括设置于换热池及膜蒸馏系统之间一第一真空泵和/或设置于所述产水池的末端的一第二真空泵。

基于前述装置的脱硫废水浓缩处理方法，包括以下步骤：

1)脱硫废水进入软化除重池组，使脱硫废水中钙、镁离子和重金属离子形成沉淀，并实现泥水分离，得到软化废水；

2)软化废水进入换热池加热升温；

3)升温后的软化废水进入膜蒸馏系统，得到浓缩废水及水蒸汽；

4)所述水蒸气经过冷凝器冷凝后进入产水池。

进一步地，步骤1)中所述脱硫废水进入软化除重池组，使脱硫废水中钙、镁离子和重金属离子形成沉淀，并实现泥水分离包括：

1-1)脱硫废水进入软化除重池，向软化除重池内投加一组合药剂并搅拌，使软化除重池内pH值为9～11.5，令脱硫废水中钙、镁浓度分别降低至10mg/L和20mg/L以下，得到除重废水；

1-2)除重废水进入混凝池，向混凝池内投加絮凝剂和助凝剂并搅拌后，进入澄清池进行沉淀后，实现泥水分离，得到软化废水。

进一步地，步骤2)中软化废水进入换热池加热升温至35～95℃。

进一步地，步骤3)中所述升温后的软化废水进入膜蒸馏系统，得到的浓缩废水含盐量大于15％。

通过采取上述技术方案，废水只需通过一次膜蒸馏，出水水质即可达到排放和回用标准。不仅可以回收水资源，实现废水达标排放，同时如果采用零排放处理，可以有效减小后续零排放处理负荷。此外，能够利用电厂余热为膜蒸馏系统热源，不仅可以有效降低系统运行成本，同时可以降低烟气温度，减少脱硫吸收塔内耗水量，以及减少向环境排放热量。综上，本发明具有流程简单、产水水质好、浓缩倍数高、易于与其他工艺相结合的优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的废水浓缩处理的装置的布置示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

如图1所示的一实施例中，提供一种废水浓缩处理的装置，包括：软化除重池1、搅拌装置2、混凝池3、搅拌装置4、澄清池5、排泥管道6过滤器7、换热池8、热工质进口9、换热器10、热工质出口11、水泵12、膜蒸馏系统13、废水进口14、废水出口15、蒸汽出口16、冷凝器17、冷工质进口18、冷工质出口19、产水池20、真空泵21。

具体地，软化除重池1和混凝池3均设有搅拌装置、污泥斗和排泥管道，可避免反应池内污泥沉积，排泥管道与澄清池5的底部也是联通的。

过滤器9为多介质过滤器，避免废水中残余悬浮物影响后续膜蒸馏运行；具体选自超滤或微滤等其他悬浮物去除系统。

膜蒸馏系统13选自真空膜蒸馏系统、直接接触式膜蒸馏系统、气扫式膜蒸馏系统、气隙式膜蒸馏系统，优选真空膜蒸馏系统。

利用上述装置进行脱硫废水浓缩处理时，脱硫废水首先进入软化除重池，打开搅拌装置，通过第一加药装置向反应池内投加组合药剂A，组合药剂A包括碱性药剂、碳酸盐、及有机硫，优选药剂为氢氧化钙、碳酸钠和有机硫，控制反应器内pH为9～11.5，使废水中钙、镁和铅、锌、铬和汞等重金属形成沉淀，使废水中钙、镁浓度分别降低至10mg/L和20mg/L以下。然后废水进入混凝池，通过加入絮凝剂和助凝剂并搅拌后，废水进入澄清池进行泥水分离。

经过沉淀后，澄清池上清液进入过滤器进一步去除废水中悬浮物，使废水中悬浮物小于15mg/L，澄清池、软化除重池和混凝池产生的污泥通过相同排泥管道进一步浓缩脱水处理。

废水经过滤器过滤后，废水进入换热池，在换热池内废水通过换热器被加热升温至35～95℃后；废水加热热源优先采用烟气余热或锅炉排水的等；也可以通过电加热或蒸汽加热。

加热后的废水在真空泵的作用下进入真空膜蒸馏浓缩处理系统。通过膜蒸馏系统将废水浓缩至含盐量大于15％，经浓缩后的废水进一步处理(例如蒸发结晶处理)，在真空泵的作用下，产生的水蒸汽由蒸汽出口排出后，经过冷凝器冷凝后，形成蒸馏水进入产水池，作为回用水回用于锅炉补给水、药剂配制用水等电厂用水；

水蒸汽冷凝可以采用膜组件外部和膜组件内部冷凝；冷凝工质由冷工质进口进入，经过热交换后由冷工质出口流出；冷工质温度低于30℃；冷凝工质可以选用冷却塔的冷却水、空气等。

以一实际工程为例，取某电厂脱硫废水，废水中初始钙镁浓度分别为2500mg/L和2000mg/L，脱硫废水首先进入软化除重池，打开搅拌装置，通过药剂投加装置向反应池内投加一定浓度的氢氧化钙悬浊液、碳酸钠溶液和有机硫溶液，控制反应器内pH为9～11.5，使废水中钙、镁和铅、锌、铬和汞等重金属形成沉淀。然后废水进入混凝池，通过加入絮凝剂和助凝剂并搅拌后，废水进入澄清池进行泥水分离。

经过沉淀后，澄清池上清液进入过滤器进一步去除废水中悬浮物，使废水中悬浮物小于15mg/L，澄清池、软化除重池和混凝池产生的污泥通过相同排泥管道进一步浓缩脱水处理。

废水经过滤器过滤后，废水进入换热池，在换热池内采用除尘后的烟气对废水加热至35～95℃后，加热后的废水在泵的作用下进入真空膜蒸馏浓缩处理系统。通过膜蒸馏系统将废水浓缩至含盐量大于15％，经浓缩后的废水进一步处理，在真空泵的作用下，产生的水蒸汽由蒸汽出口排出后，经过冷凝器冷凝，泠凝器中采用循环冷却塔中的冷却水作为冷工质，水蒸汽冷凝形成蒸馏水进入产水池，作为回用水回用于锅炉补给水、药剂配制用水等电厂用水。

通过上述装置及方法进行脱硫废水浓缩处理，吨水处理费用约为15元。对同样的脱硫废水，如采用现有的反渗透浓缩法进行处理并进行相应软化处理，其吨水处理费用约为22元；可见，采用本申请的装置及方法能够大幅降低脱硫废水浓缩处理成本。

需说明的是，以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，包括：

一软化除重池组；

与所述预处理池组连通的一换热池；

与所述热交换池连通的一膜蒸馏系统，包括一蒸汽出口；

与所述蒸汽出口连通的一冷凝器；

与所述冷凝器的凝水出口连通的一产水池。

2.如权利要求1所述的脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，所述软化除重池组包括：依次连通的一软化除重池、混凝池及一澄清池；与所述澄清池与所述换热池连通；所述软化除重池设有一第一加药管路；所述混凝池设有一第二加药管路；所述软化除重池、混凝池及澄清池的底部均与一排泥管道连通。

3.如权利要求2所述的脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，所述软化除重池和混凝池均设有液混装置；所述软化除重池、混凝池及澄清池的底部均为斗状。

4.如权利要求2所述的脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，所述澄清池与所述换热池连通还设有一过滤器。

5.如权利要求1所述的脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，所述换热池的热工质选自一电厂热烟气和/或热排水；所述冷凝器的冷工质选自一冷却塔中的冷却水和/或空气。

6.如权利要求1所述的脱硫废水浓缩处理装置，其特征在于，还包括设置于换热池及膜蒸馏系统之间一第一真空泵和/或设置于所述产水池的末端的一第二真空泵。

7.基于权利要求1至6任一项所述装置的脱硫废水浓缩处理方法，包括以下步骤：

1)脱硫废水进入软化除重池组，使脱硫废水中钙、镁离子和重金属离子形成沉淀，并实现泥水分离，得到软化废水；

2)软化废水进入换热池加热升温；

3)升温后的软化废水进入膜蒸馏系统，得到浓缩废水及水蒸汽；

4)所述水蒸气经过冷凝器冷凝后进入产水池。

8.如权利要求7所述的脱硫废水浓缩处理方法，其特征在于，步骤1)中所述脱硫废水进入软化除重池组，使脱硫废水中钙、镁离子和重金属离子形成沉淀，并实现泥水分离包括：

1-1)脱硫废水进入软化除重池，向软化除重池内投加一组合药剂并搅拌，使软化除重池内pH值为9～11.5，令脱硫废水中钙、镁浓度分别降低至10mg/L和20mg/L以下，得到除重废水；

1-2)除重废水进入混凝池，向混凝池内投加絮凝剂和助凝剂并搅拌后，进入澄清池进行沉淀后，实现泥水分离，得到软化废水。

9.如权利要求7所述的脱硫废水浓缩处理方法，其特征在于，步骤2)中软化废水进入换热池加热升温至35～95℃。

10.如权利要求7所述的脱硫废水浓缩处理方法，其特征在于，步骤3)中所述升温后的软化废水进入膜蒸馏系统，得到的浓缩废水含盐量大于15％。