CN109111009A - 一种脱硫废水零排放工艺及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脱硫废水零排放工艺及装置，(1)脱硫废水和碱液送入脱氨塔顶部，曝气风机从脱氨塔底部送入脱氨塔内，与脱硫废水逆向接触；(2)完成吹脱的含氨气体送入脱硝反应器内，经脱硝处理后送入除尘器；脱氨后的废水依次送入超滤装置和反渗透装置，反渗透装置的淡水回用、浓水送入喷雾干燥塔内，同时将除尘器电除尘后的烟气引入喷雾干燥塔内进行换热，干燥后的结晶颗粒落入灰斗，换热后的烟气送入脱硝反应器内。本发明对湿法脱硫废水进行氨氮脱除及回用、废水浓缩和喷雾干燥蒸发结晶最终实现脱硫分水零排放，在提高处理装置的运行可靠性、提高废水回用率、实现氨氮循环利用的同时，大幅降低脱硫废水零排放装置的投资运行成本。

Description

一种脱硫废水零排放工艺及装置

技术领域

本发明涉及资源与环境保护领域，具体涉及一种低成本脱硫废水零排放工艺。

背景技术

火电作为用水、排水大户，用水占工业总量的20％，从经济运行和环境保护出发，节约发电用水，提高循环水的复用率，实现火电厂废水“零排放”意义重大。传统电厂废水处理可轻易实施各种层次的梯级应用，各废水通过传统成熟的工艺得以解决，但是最复杂也最难处理的废水是脱硫废水，由于其成分的特殊性、复杂性和强腐蚀性，其处理成为制约火电厂废水零排放的关键因素。电力企业实现脱硫废水零排放的需求越来越迫切，即将成为日后必然趋势。

目前，针对脱硫废水零排放处理技术主要分为烟道蒸发技术及膜浓缩+MVR蒸发结晶技术两种。直接烟道蒸发法将经过预处理或减量处理后的脱硫废水用泵送至除尘器前烟道，利用压缩空气将脱硫废水在除尘器前空预器后烟道内雾化。由于除尘器前烟道中烟温较高，喷入烟道的雾化废水迅速在高温烟道中蒸发，废水中杂质以固体物的形式和灰一起随烟气进入除尘器，被除尘器捕捉，随灰外排，水蒸汽随烟气进入脱硫系统回收利用。膜浓缩+MVR蒸发结晶技术将经过预处理的脱硫废水经过反渗透膜浓缩，浓水进入MVR蒸发器蒸发结晶，淡水回用。这两种工艺在实际运行过程中均存在较多亟待解决的难点和问题，主要如下：

1、脱硫废水烟道蒸发零排放技术：

在烟道蒸发过程中，废水中的悬浮物及烟道中的粉尘颗粒物对喷枪内外均形成较为强烈的磨损，喷枪使用寿命短；在烟气流场波动时，未蒸干液滴极易在烟道内壁及除尘器极板上黏附，形成堵塞，影响系统的正常运行；脱硫废水中的杂盐进入除尘器后与粉煤灰混合，影响粉煤灰的在利用，增加粉煤灰的处理成本。

2、膜浓缩+MVR蒸发结晶技术：

目前，90％以上的火电燃煤机组均加装了SCR、SNCR脱硝装置，为了保证脱硝效率，脱硝过程氨的喷入量会超标，过量的氨最终在湿法脱硫塔内被酸性脱硫浆液捕集并富集，造成脱硫废水中具有较高的氨氮浓度。高浓度的氨氮严重影响了反渗透膜的正常运行，增加反渗透装置的投资及运行成本。同时，采用MVR蒸发结晶过程中，MVR装置的投资及运行成本高，蒸发结晶装置易结垢、腐蚀。

发明内容

本发明提供了一种技术可靠性高、操作简单、经济、高效的低成本脱硫废水零排放工艺。对湿法脱硫废水进行氨氮脱除及回用、废水浓缩和喷雾干燥蒸发结晶最终实现脱硫分水零排放，在提高处理装置的运行可靠性、提高废水回用率、实现氨氮循环利用的同时，大幅降低脱硫废水零排放装置的投资运行成本。

一种脱硫废水零排放工艺，包括如下步骤：

(1)脱硫废水和碱液送入脱氨塔顶部，曝气风机将空气从脱氨塔底部送入脱氨塔内，并在曝气管网和布气装置的作用下进行气泡破碎，然后与脱硫废水逆向接触，进行氨氮吹脱；

(2)完成吹脱的含氨气体送入脱硝反应器内，经脱硝处理后送入除尘器；脱氨后的废水送入超滤装置内进行悬浮物去除，然后再送入反渗透装置内进行浓缩减量，反渗透装置的淡水出水送至用水系统回用，反渗透装置的浓水出水送入喷雾干燥塔内，同时将除尘器电除尘后的烟气引入喷雾干燥塔内进行换热，干燥后的结晶颗粒落入喷雾干燥塔的灰斗，换热后的烟气送入脱硝反应器内。

优选地，脱氨塔内曝气风量气液体积比为50-500，曝气孔穿孔气速为15-30m/s，废水停留时间为10-50min，吹脱过程中废水pH值控制范围为8-10。

优选地，所述碱液为碳酸钠或氢氧化钠，质量分数为10％-30％。

优选地，反渗透装置内采用管式膜，反渗透膜的运行压力为15-30MPa。

本发明还提供一种脱硫废水零排放装置，本发明工艺优选通过该装置实现，包括顺次设置的脱氨塔、超滤装置、反渗透装置、喷雾干燥装置、脱硝反应器和除尘器；所述脱氨塔顶部设置废水进口、碱液进口和气体出口，底部设置气体进口，气体出口连接所述脱硝反应器的烟气进口，所述脱氨塔内部设置曝气管网和布气装置；所述脱氨塔的废水出口连接超滤装置进水口；所述超滤装置的出水口通过高压泵连接所述反渗透装置进水口；所述反渗透装置的浓水出口连接喷雾干燥装置的进水口、淡水出口接入淡水回用系统；所述喷雾干燥的出气口接入脱硝反应器的烟气进口、进气口通过引风机连接除尘器的出口烟道；所述脱硝反应器的烟气出口接入所述除尘器的烟气进口。

本发明的装置由脱氨系统、超滤系统、反渗透系统和喷雾干燥系统组成，其中，脱氨系统由脱氨塔、脱硫废水输送管路、碱液输送管路、鼓风风机、曝气管网、布气装置、排气烟道及废水排放管路组成；超滤系统由进水管路、超滤装置、出水管路组成；反渗透系统由高压泵、连接管路、反渗透装置、浓水出水管路及淡水出水管路组成；喷雾干燥系统由进水管路、进气烟道、出气烟道、喷雾干燥塔、旋转雾化盘等组成。

优选地，所述曝气管网的开孔孔径为5-20mm。

优选地，所述布气装置包括多层水平布置的布气板，所述布气板的开孔率为5％-30％，开孔孔径为10-25mm，相邻布气板的间距为0.5-2m。

湿法脱硫装置的末端废水压滤除去大部分悬浮物后依次经过脱氨塔，超滤装置、反渗透装置及喷雾干燥装置，依次进行脱氨、除悬浮物、浓缩减量及蒸发干燥，脱氨后的含氨气体送至脱硝催化剂入口烟道进行催化脱硝，反渗透出水淡水最为常规水源用于电厂生产用水，脱硫废水中的污染物以固态粉末形式收集。

脱氨系统主要用于脱除废水中的氨氮。脱氨塔从下至上依次为曝气管网、布气盘、碱液供给管路及进水管路。曝气空气由鼓风机送入脱氨塔底部经曝气管网破碎后向上移动，废水中的氨进入气泡并被带出，完成吹脱的曝气空气从脱氨塔顶部由烟道送至脱硝反应器入口烟道，吹脱出的氨氮进入反应器参与脱硝反应，实现氨氮再利用。在气泡上升过程中经过多孔布气装置，气泡被进一步破碎，提高气液接触面积，提高氨氮吹脱效率。脱硫废水从脱氨塔顶部由进水管路进入，与进入脱氨塔的碱液混合后pH迅速升高，进一步促进铵根离子向氨气转化，提高氨氮的吹脱效率。脱硫废水完成氨氮吹脱后从脱氨塔底部排出。

优选地，脱氨塔曝气风量气液体积比为50-500，曝气孔穿孔气速为15-30m/s，开孔孔径为5-20mm；脱氨塔中废水停留时间为10-50min，吹脱过程中废水pH值控制范围为8-10；布气装置开孔率为5％-30％，开孔孔径为10-25mm，相邻布气装置间距为0.5-2m；所述碱液优选碳酸钠或氢氧化钠，质量分数为10％-30％。

超滤系统主要对脱氨后的废水中悬浮物进行捕集处理。防止悬浮物堵塞反渗透系统的膜装置。

反渗透系统用于脱硫废水浓缩并进行淡水回收利用。完成脱氨及超滤的脱硫废水经高压泵送至反渗透膜装置内，利用高压泵提供的压差，淡水穿过膜层从淡水排出管路排出，浓水继续沿膜层流动，当浓缩到一定浓度后由浓水排出管路排出膜浓缩装置，高压泵出口设置压力表及控制阀门，控制反渗透膜的运行压力和废水浓缩倍率。已经完成氨氮脱除的废水大幅提高了反渗透膜的运行稳定性和使用寿命。经过反渗透浓缩后，出水浓水体积缩减至原脱硫废水体积的15％-25％，浓水盐含量为15％-18％。

优选地，反渗透膜采用管式膜，反渗透膜的运行压力为15-30MPa，膜出水浓水盐含量为13％-18％，出水淡水盐含量﹤0.05％。

喷雾干燥系统用于对反渗透浓水进行干燥结晶。喷雾干燥塔装置由上至下依次为出口烟道、进浆管道、超细雾化盘、喷雾干燥区、入口烟道、灰斗。反渗透浓水由进浆管道送至雾化盘，在雾化盘的高速转动下被雾化成超细雾滴，分布在喷雾干燥区；电除尘后的150-200℃的烟气由灰斗上方的入口烟道经整流均匀后进入喷雾干燥区，与超细雾滴进行换热并将超细雾滴蒸发、干燥、结晶。干燥后的结晶盐颗粒在重力作用下沉降至灰斗被捕集，完成换热的烟气携带少量挥发氨由出口烟道送至脱硝反应器前端进入原烟气系统。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提供了一种低成本实现氨氮资源化利用的废水零排放工艺，通过对高氨氮废水进行pH调质，采用分层曝气实现废水中的氨氮高效吹脱，并将吹脱出的氨回收至脱硝系统重新利用，实现废水中氨氮资源化利用。同时，由于氨氮的高效去除，大幅提高膜装置的运行稳定性和使用寿命，降低脱硫废水零排放处理工艺的投资及运行成本。

(2)本发明提供了一种高压反渗透的脱硫废水减量及回收利用工艺，通过对脱氨及超滤的废水进行膜浓缩，降低处理废水量至25％以下，且实现75％以上淡水回用，降低了废水的处理量和蒸发结晶装置的投资成本。

(3)本发明提供了一种低成本废水喷雾干燥工艺，采用除尘后的烟气对减量浓水进行换热干燥，实现污染物固化结晶和废水零排，同时大幅降低固化后危废量及处理成本。结合喷雾干燥区的烟气整流装置优化，进一步提高烟气与废水雾化后超细雾滴的换热效率，降低喷雾干燥装置的体积，节省投资。

附图说明

图1是本发明的装置和工艺流程图。

图中所示附图标记如下：

1-废水输送管路 2-碱液管路 3-曝气风机

4-脱氨塔 5-超滤装置 6-高压泵

7-反渗透装置 8-喷雾干燥塔 9-引风机

10-脱硝反应器 11-除尘器 12-淡水出口管

具体实施方式

如图1所示，一种脱硫废水零排放装置，包括脱氨系统、超滤系统、反渗透系统、喷雾干燥系统和脱硝反应器。

脱氨系统包括脱氨塔4，脱氨塔顶部分别接入废水输送管路1和碱液管路2，脱氨塔内底部设置曝气管网和布气装置，曝气管网的开孔孔径为5-20mm，曝气管网外接曝气风机3；布气装置位于曝气管网上方，布气装置由若干层水平设置的布气板组成，相邻布气板之间的间距为0.5-2m，布气板开孔率为5％-30％，开孔孔径为10-40mm。脱氨塔的气体出口通过管路接入脱硝反应器10的烟气入口、出水口通过管路接入超滤系统的进水口。

超滤系统包括超滤装置5，超滤装置的出水口通过高压泵6接入反渗透系统，反渗透系统包括反渗透装置12，反渗透装置12的淡水出口通过淡水出口管路接入淡水回用系统、浓水出口通过浓水管路接入喷雾干燥系统。

喷雾干燥系统包括喷雾干燥塔8，喷雾干燥塔内设置旋转喷雾装置，浓水管路接入该旋转喷雾装置，喷雾干燥塔底部为灰斗，塔壁上设置干燥烟气入口，干燥烟气入口通过引风机连接除尘器11的出口烟道。喷雾干燥塔的气体出口通过气体管路接入脱硝反应器的烟气入口，脱硝反应器的烟气出口接入除尘器11。

工艺流程如下：

脱硫废水有废水输送管路1送至脱氨塔2顶部，碱液由碱液管路2送至脱氨塔2顶部，曝气风机向脱氨塔2内进行鼓风曝气，并在曝气管网及布气装置的作用下进行气泡破碎。向下流动的高氨氮废水在向上移动的气泡吹脱作用下实现废水中的氨氮高效脱除，同时多层布气装置还可对不同浓度的氨氮废水进行分区，保证排出脱氨塔2的废水已经完成氨氮脱除，完成吹脱的含氨气体由烟道送至脱硝反应器10入口处。脱氨后的脱硫废水进入超滤装置5进行悬浮物去除，再由高压泵6送至反渗透装置7内进行浓缩减量，反渗透装置7中淡水由淡水出水管12送至用水系统回用，浓水送至喷雾干燥塔8内进行蒸发固化结晶，喷雾干燥塔入口烟气来自电除尘器11出口，由引风机9将电除尘后的烟气送至喷雾干燥塔8下方，经整流层整流均匀后与被雾化盘雾化的废水雾滴进行换热。干燥结晶颗粒在重力作用下落入灰斗，完成换热的烟气携带少量残余氨由出口烟道送至脱硝反应器10入口烟道。

实施例1

某火电厂，2台135MW机组烟气脱硫废水零排放工程采用本工艺，废水水量22.3m³/h，悬浮物含量2.13％，溶解性盐含量2.78％，原水pH值5.87，脱氨塔曝气风量气液体积比为270，曝气孔穿孔气速为18m/s，开孔孔径为10mm；脱氨塔中废水停留时间为12min，吹脱过程中废水pH值控制范围为9.6；布气装置开孔率为18％，开孔15mm，反渗透膜的运行压力为20MPa，膜出水浓水盐含量为18.6％，出水淡水盐含量0.02％，反渗透装置回用水量18.8m³/h。

以上所述仅为本发明专利的具体实施案例，但本发明专利的技术特征并不局限于此，任何相关领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (8)

1.一种脱硫废水零排放工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)脱硫废水和碱液送入脱氨塔顶部，曝气风机将空气从脱氨塔底部送入脱氨塔内，并在曝气管网和布气装置的作用下进行气泡破碎，然后与脱硫废水逆向接触，进行氨氮吹脱；

(2)完成吹脱的含氨气体送入脱硝反应器内，经脱硝处理后送入除尘器；脱氨后的废水送入超滤装置内进行悬浮物去除，然后再送入反渗透装置内进行浓缩减量，反渗透装置的淡水出水送至用水系统回用，反渗透装置的浓水出水送入喷雾干燥塔内，同时将除尘器电除尘后的烟气引入喷雾干燥塔内进行换热，干燥后的结晶颗粒落入喷雾干燥塔的灰斗，换热后的烟气送入脱硝反应器内。

2.根据权利要求1所述脱硫废水零排放工艺，其特征在于，脱氨塔内曝气风量气液体积比为50-500，曝气孔穿孔气速为15-30m/s，废水停留时间为10-50min，吹脱过程中废水pH值控制范围为8-10。

3.根据权利要求1所述脱硫废水零排放工艺，其特征在于，所述碱液为碳酸钠或氢氧化钠，质量分数为10％-30％。

4.根据权利要求1所述脱硫废水零排放工艺，其特征在于，反渗透装置内采用管式膜，反渗透膜的运行压力为15-30MPa。

5.一种脱硫废水零排放装置，其特征在于，包括顺次设置的脱氨塔、超滤装置、反渗透装置、喷雾干燥装置、脱硝反应器和除尘器；所述脱氨塔顶部设置废水进口、碱液进口和气体出口，底部设置气体进口，气体出口连接所述脱硝反应器的烟气进口，所述脱氨塔内部设置曝气管网和布气装置；所述脱氨塔的废水出口连接超滤装置进水口；所述超滤装置的出水口通过高压泵连接所述反渗透装置进水口；所述反渗透装置的浓水出口连接喷雾干燥装置的进水口、淡水出口接入淡水回用系统；所述喷雾干燥的出气口接入脱硝反应器的烟气进口、进气口通过引风机连接除尘器的出口烟道；所述脱硝反应器的烟气出口接入所述除尘器的烟气进口。

6.根据权利要求5所述的脱硫废水零排放装置，其特征在于，所述曝气管网的开孔孔径为5-20mm。

7.根据权利要求5所述的脱硫废水零排放装置，其特征在于，所述布气装置包括多层水平布置的布气板。

8.根据权利要求7所述的脱硫废水零排放装置，其特征在于，所述布气板的开孔率为5％-30％，开孔孔径为10-25mm，相邻布气板的间距为0.5-2m。