CN109851137A - 一种脱硫废水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种脱硫废水处理系统，包括软化预处理单元、膜分盐浓缩单元和电解制氯单元，其中，软化预处理单元用于去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物和重金属离子，膜分盐浓缩单元对经过软化预处理单元的废水进行一价盐与二价盐分离和深度浓缩分离，电解制氯单元对膜分盐浓缩单元产生的浓缩废水进行电解制氯；本发明还可进一步包括有氢气纯化回收单元，其包括除氯装置、除水装置、脱氧装置和变压变温吸附装置，产生高纯氢气，输送至发电机氢冷却系统。本发明技术方案在实现零排放的基础上，对各个环节的产物进行合理处理和回收利用，提高了废水处理效率，降低了资源成本，达到了脱硫废水资源化综合利用的目的。

Description

一种脱硫废水处理系统及方法

技术领域

本发明属于脱硫废水技术领域，具体涉及一种脱硫废水处理系统及方法。

背景技术

石灰石-石膏湿法脱硫是目前燃煤电厂烟气脱硫的主流工艺。但在脱硫装置运行过程中，为保证脱硫性能及维持氯离子平衡，需要不断补充新鲜浆液，同时定期排放废水，即为脱硫废水。

脱硫废水水质呈弱酸性，PH值一般在5.0-6.5之间，具有高含盐量、高浊度、高硬度、易结垢和易腐蚀的特点。脱硫废水含有大量悬浮物及Cl^-、Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄ ^2-、SO₃ ^2-和F^-等离子，化学需氧量(COD)和重金属如As、Pb、Hg、Cd、Cr、Ni、Co和Zn等含量均超标，同时受煤质、脱硫工艺水质及脱硫剂等影响，水质波动性较大，在燃煤电厂中属于IV类废水，处理难度大。

2017年1月11日环境保护部印发《火电厂污染防治技术政策》，鼓励火电厂实现废水循环使用不外排，脱硫废水处理后回用，实现脱硫废水零排放。随着我国针对脱硫废水处理政策日趋严格，传统的“中和、沉降和絮凝”三联箱+澄清池工艺已不能满足脱硫废水零排放的环保要求。

目前常用的脱硫废水零排放处理工艺主要有以下两种：烟道喷雾蒸发法和膜浓缩蒸发结晶法。

烟道喷雾闪蒸法将脱硫废水直接喷入锅炉除尘器前的烟道内，利用烟气的余热将脱硫废水进行闪蒸。该方法利用锅炉烟气热量进行脱硫废水处理，实现较为简单，但存在较多的问题。由于脱硫废水完全蒸发，不能实现回收利用，不符合国家政策；没有除去氯离子，而是喷洒在飞灰上，会对飞灰资源化利用造成影响；增加锅炉除尘器负荷，降低燃煤效率，增大煤耗；由于烟温比较低，水雾不能完全蒸干，容易出现烟道堵塞等问题，影响锅炉安全稳定运行。

膜浓缩蒸发结晶法将脱硫废水软化预处理后，采用全膜法将废水进行分盐浓缩，产品水回用，浓缩废水可通过结晶和干燥工艺转化为固体盐再处置。该工艺常用路线为：软化预处理+钠滤分盐+膜浓缩+蒸发结晶。该工艺可以实现脱硫废水的零排放，生产出高纯度盐类，国内已有成功运行的工程案例。但由于采用蒸发结晶系统，导致系统占地面积大，设备投资及运行成本高，经分盐工艺后产出的纯盐或杂盐，市场价值较低，且不被国家盐业部门认可，难以再次利用。

国内外滨海热电厂广泛采用海水作为汽轮机凝汽器的循环冷却水。但由于海水中存在着大量的生物，如贝类、海草和藻菌等，极易在管壁上附着和滋生，严重降低换热效果，同时容易产生堵塞，影响机组负荷稳定和安全运行。为此，通常采用电解海水制氯系统，现场制备次氯酸钠，投入到循环水中进行防污和灭藻处理，以抑制海生物生长，从而保证循环水系统安全运行。

与空气相比，氢气具有导热能力强的特点，用氢气作为冷却介质，可以提高冷却换热效果。因此，氢气广泛用于蒸汽发电机转子的冷却。目前各热电厂大多自建加氢站，采用电解水制氢的方法生产氢气，耗费资源成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一脱硫废水处理系统，在实现零排放的基础上，达到脱硫废水综合利用的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种脱硫废水处理系统，包括软化预处理单元、膜分盐浓缩单元和电解制氯单元，其中，软化预处理单元用于去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物和重金属离子，膜分盐浓缩单元对经过软化预处理单元的废水进行一价盐与二价盐分离和深度浓缩分离，电解制氯单元对膜分盐浓缩单元产生的浓缩废水进行电解制氯；其特征在于，还包括有氢气纯化回收单元，对电解制氯单元产生的氢气进行回收再利用，该软化预处理单元与膜分盐浓缩单元相连，膜分盐浓缩单元与电解制氯单元相连，电解制氯单元与氢气纯化回收单元相连。

所述氢气纯化回收单元包括除氯装置、除水装置、脱氧装置和变压变温吸附装置，其中，除氯装置前级与电解制氯单元连接，后级依次与除水装置、脱氧装置和变压变温吸附装置连接，对电解制氯单元产生的氢气进行回收，并输送至发电机氢冷却系统。

所述软化预处理单元包括通过管路依次连接的废水收集池、三联箱、澄清池和管式超滤装置；所述膜分盐浓缩单元包括纳滤装置、高压反渗透装置和电渗析装置中一种或两种及以上组合；所述电解制氯单元可采用无隔膜电解系统或离子交换膜电解系统。

所述软化预处理单元还包括污泥收集池、脱水机、絮凝剂加药装置、助凝剂加药装置、软化药剂加药装置和阻垢剂加药装置，所述澄清池通过污泥收集池与脱水机连接，所述脱水机与废水收集池连接。

所述无隔膜电解系统包括无隔膜电解槽及相应电解电极。

所述离子交换膜电解系统包括离子交换膜电解槽、阳离子交换膜及相应电解电极。

电解制氯单元采用离子交换膜电解系统时，该离子交换膜电解系统与三联箱相连，该电解制氯单元进一步包括一冷却干燥装置，该冷却干燥装置与该离子交换膜电解系统相连

所述软化药剂加药装置采用的软化药剂，包括氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠中任意一种或两种及以上任意组合。

利用上述脱硫废水处理系统的脱硫废水处理系统的脱硫废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将电厂脱硫废水通入废水收集池中进行收集；

步骤二、废水收集池出水进入三联箱，向废水中投入絮凝剂、助凝剂、软化药剂和阻垢剂进行混合并反应；

步骤三、将混合后的废水通入至澄清池内沉淀2小时以上；

步骤四、将澄清池中产生的沉淀通入至污泥收集池中，并送至脱水机中进行脱水，脱水后的污泥外送，过滤液返送至废水收集箱中再次处理；

步骤五、将澄清池上层清液通入至管式超滤装置，进行过滤；通过软化预处理单元处理后，可去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物，防止后续反渗透膜结垢，同时去除大部分重金属离子；

步骤六、将软化预处理单元中管式超滤装置产生的废水，通入至膜分盐浓缩单元的纳滤装置内，进行一价盐与二价盐分离；

步骤七、将纳滤装置产水依次通入至高压反渗透装置和电渗析装置，进行深度浓缩分离；

步骤八、将纳滤装置和电渗析装置产水作为循环水回用，实现脱硫废水再利用；

步骤九、通过膜分盐浓缩单元处理后的浓缩废水中盐以NaCl为主，将浓缩废水通入至电解制氯单元；电解制氯单元产生的湿氯气经冷却干燥后，与部分氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，用于电厂循环水杀菌，实现次氯酸钠的回收利用；

步骤十、电解制氯单元产生的湿氢气依次通入氢气纯化回收单元的除氯装置、除水装置和脱氧装置，再经变压变温吸附装置提纯回收，得到高纯氢气，通入氢冷发电机的氢冷系统，替代电厂电解水制氢系统；

当电解制氯单元采用无隔膜电解系统时，步骤十中电解制氯单元的无隔膜电解系统产生的次氯酸钠溶液还可用于电厂循环水杀菌。

当电解制氯单元采用离子交换膜电解系统时，步骤十中电解制氯单元的离子交换膜电解系统产生的氢氧化钠溶液返送至三联箱参与反应，离子交换膜电解系统产生的氯气经与部分氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，用于电厂循环水杀菌。

本发明技术方案的有益效果在于通过软化预处理、膜分盐浓缩、电解制氯和氢气纯化回收四个单元的科学组合，在实现零排放的基础上，对各个环节的产物进行合理处理和回收利用，提高了废水处理效率，降低了资源成本，达到了脱硫废水资源化综合利用的目的。

附图说明

图1是电解制氯单元采用无隔膜电解系统的一种脱硫废水处理系统框图；

图2是电解制氯单元采用离子交换膜电解系统的一种脱硫废水处理系统框图；

图3是无隔膜电解系统结构示意图；

图4是离子交换膜电解系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。

本发明具体实施例中，提供了一种脱硫废水处理系统，如图1、图2所示。该系统由软化预处理单元1、膜分盐浓缩单元2、电解制氯单元3和氢气纯化回收单元4四个单元构成。所述软化预处理单元包括通过管路依次连接的废水收集池11、三联箱12、澄清池13、管式超滤装置14及与之配套的污泥收集池15、脱水机16、絮凝剂加药装置121、助凝剂加药装置122、软化药剂加药装置123和阻垢剂加药装置124。所述澄清池13通过污泥收集池15与脱水机16连接，所述脱水机16与废水收集池11连接。所述软化药剂加药装置123添加的软化药剂应包括氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠中任意一种或两种及以上任意组合。所述膜分盐浓缩单元2包括纳滤装置21、高压反渗透装置22和电渗析装置23中任意一种或两种及以上任意组合。如图1、图3所示，所述电解制氯单元3可为无隔膜电解系统31，该无隔膜电解系统31包括无隔膜电解槽311及相应电解电极312。图2、图4所示，所述电解制氯单元3可为离子交换膜电解系统32，所述离子交换膜电解系统32包括离子交换膜电解槽321、阳离子交换膜322及电解电极323。所述氢气纯化回收单元4包括除氯装置41、除水装置42、脱氧装置43和变压变温吸附装置44。所述无隔膜电解系统结构示意图如图3所示，所述离子交换膜电解系统结构示意图如图4所示。

电厂脱硫废水通入废水收集池中进行收集；

废水收集池11出水进入三联箱12，絮凝剂加药装置121、助凝剂加药装置122、软化药剂加药装置123和阻垢剂加药装置124向废水中投入絮凝剂、助凝剂、软化药剂和阻垢剂进行混合并反应；

将混合后的废水通入至澄清池13内沉淀2小时以上；

将澄清池13中产生的沉淀通入至污泥收集池15中，并送至脱水机16中进行脱水，脱水后的污泥外送，过滤液返送至废水收集池11中再次处理；

将澄清池13上层清液通入至管式超滤装置14，进行过滤；

通过软化预处理单元1处理后，可去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物，防止后续反渗透膜结垢，同时去除大部分重金属离子；

将管式超滤装置14产生的废水通入至纳滤装置21内，进行一价盐与二价盐分离；

将纳滤装置21产水依次通入至高压反渗透装置22和电渗析装置23，进行深度浓缩分离；

将高压反渗透装置21和电渗析装置22产水作为循环水回用，实现脱硫废水再利用；

通过膜分盐浓缩单元2处理后的浓缩废水中盐以NaCl为主，通入至电解制氯单元3；

电解制氯单元3采用所述无隔膜电解系统31时，无隔膜电解系统31产生的次氯酸钠溶液可用于电厂循环水杀菌，实现次氯酸钠的回收利用；

无隔膜电解系统31电解产生的湿氢气依次通入氢气纯化回收单元4，至除氯装置41、除水装置42和脱氧装置43，再经变压变温吸附装置44提纯回收后得到高纯氢气，纯度可达99.9％以上，可用于氢冷发电机的氢冷系统，替代电厂电解水制氢系统；

电解制氯单元3采用所述离子交换膜电解系统32时，离子交换膜电解系统32产生的氢氧化钠溶液可返送至三联箱参与反应，减少氢氧化钠用量，降低加药成本；

电解制氯单元3进一步包含一冷却干燥装置33，离子交换膜电解系统32电解产生的湿氯气经冷却干燥装置33冷却干燥后，可与离子交换膜电解系统32产生的部分氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，用于电厂循环水杀菌，实现次氯酸钠的回收利用；

离子交换膜电解系统32电解产生的湿氢气通入氢气纯化回收单元4，至除氯装置41、除水装置42和脱氧装置43，再经变压变温吸附装置44提纯回收后得到高纯氢气，纯度可达99.9％以上，可用于氢冷发电机的氢冷系统，替代电厂电解水制氢系统。

本发明进一步提供一种采用该脱硫废水处理系统的脱硫废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将电厂脱硫废水通入废水收集池中进行收集；

步骤二、废水收集池出水进入三联箱，向废水中投入絮凝剂、助凝剂、软化药剂和阻垢剂进行混合并反应；

步骤三、将混合后的废水通入至澄清池内沉淀2小时以上；

步骤四、将澄清池中产生的沉淀通入至污泥收集池中，并送至脱水机中进行脱水，脱水后的污泥外送，过滤液返送至废水收集箱中再次处理；

步骤五、将澄清池上层清液通入至管式超滤装置，进行过滤；通过软化预处理单元处理后，可去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物，防止后续反渗透膜结垢，同时去除大部分重金属离子；

步骤六、将软化预处理单元中管式超滤装置产生的废水，通入至膜分盐浓缩单元的纳滤装置内，进行一价盐与二价盐分离；

步骤七、将纳滤装置产水依次通入至高压反渗透装置和电渗析装置，进行深度浓缩分离；

步骤八、将纳滤装置和电渗析装置产水作为循环水回用；

步骤九、通过膜分盐浓缩单元处理后的浓缩废水中盐以NaCl为主，将浓缩废水通入至电解制氯单元；

步骤十、电解制氯单元产生的氢气依次通入氢气纯化回收单元的除氯装置、除水装置和脱氧装置，再经变压变温吸附装置提纯回收，得到高纯氢气，通入氢冷发电机的氢冷系统。其中，当电解制氯单元采用无隔膜电解系统时，无隔膜电解系统产生的次氯酸钠溶液还可用于电厂循环水杀菌。当电解制氯单元采用离子交换膜电解系统时，离子交换膜电解系统产生的氢氧化钠溶液返送至三联箱参与反应，离子交换膜电解系统产生的氯气经与部分氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，用于电厂循环水杀菌。

本发明通过软化预处理单元和膜分盐浓缩单元处理，将90％以上脱硫废水回收作为循环水再利用，提高了水资源利用效率；将浓缩废水通入电解制氯单元，电解制取氢氧化钠溶液作为软化预处理单元加药回用，制取次氯酸钠溶液用于循环水杀菌回用，制取高纯氢气用于氢冷发动机的氢冷系统。该系统在零排放的基础上，实现了脱硫废水资源化综合利用，提高了资源利用效率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种脱硫废水处理系统，具有软化预处理单元、膜分盐浓缩单元和电解制氯单元，其中，软化预处理单元用于去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物和重金属离子，膜分盐浓缩单元对经过软化预处理单元的废水进行一价盐与二价盐分离和深度浓缩分离，电解制氯单元对膜分盐浓缩单元产生的浓缩废水进行电解制氯；其特征在于，该系统具有氢气纯化回收单元，对电解制氯单元产生的氢气进行回收再利用，该软化预处理单元与膜分盐浓缩单元相连，膜分盐浓缩单元与电解制氯单元相连，电解制氯单元与氢气纯化回收单元相连。

2.根据权利要求1的一种脱硫废水处理系统，其特征在于，所述氢气纯化回收单元包括除氯装置、除水装置、脱氧装置和变压变温吸附装置，其中，除氯装置前级与电解制氯单元连接，后级依次与除水装置、脱氧装置和变压变温吸附装置连接，对电解制氯单元产生的氢气进行回收，并输送至发电机氢冷却系统。

3.根据权利要求2所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：所述软化预处理单元包括依次连接的废水收集池、三联箱、澄清池和管式超滤装置；所述膜分盐浓缩单元包括纳滤装置、高压反渗透装置和电渗析装置中一种或两种及以上组合；所述电解制氯单元采用无隔膜电解系统或离子交换膜电解系统。

4.根据权利要求3所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：所述软化预处理单元包括污泥收集池、脱水机、絮凝剂加药装置、助凝剂加药装置、软化药剂加药装置和阻垢剂加药装置，所述澄清池通过污泥收集池与脱水机连接，所述脱水机与废水收集池连接。

5.根据权利要求4所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：电解制氯单元采用无隔膜电解系统，所述无隔膜电解系统包括无隔膜电解槽及相应电解电极。

6.根据权利要求4所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：电解制氯单元采用离子交换膜电解系统，所述离子交换膜电解系统包括离子交换膜电解槽、阳离子交换膜及相应电解电极。

7.根据权利要求6所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：电解制氯单元包括一冷却干燥装置，该冷却干燥装置与离子交换膜电解系统相连。

8.根据权利要求4所述的脱硫废水处理系统，其特征在于：所述软化药剂加药装置采用的软化药剂，包括氢氧化钙、碳酸钠、氢氧化钠中任意一种或两种及以上任意组合。

9.利用权利要求4至8的脱硫废水处理系统的脱硫废水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将电厂脱硫废水通入废水收集池中进行收集；

步骤二、废水收集池出水进入三联箱，向废水中投入絮凝剂、助凝剂、软化药剂和阻垢剂进行混合并反应；

步骤三、将混合后的废水通入至澄清池内沉淀2小时以上；

步骤四、将澄清池中产生的沉淀通入至污泥收集池中，并送至脱水机中进行脱水，脱水后的污泥外送，过滤液返送至废水收集箱中再次处理；

步骤五、将澄清池上层清液通入至管式超滤装置，进行过滤；通过软化预处理单元处理后，可去除脱硫废水中硬度和固体悬浮物，防止后续反渗透膜结垢，同时去除大部分重金属离子；

步骤六、将软化预处理单元中管式超滤装置产生的废水，通入至膜分盐浓缩单元的纳滤装置内，进行一价盐与二价盐分离；

步骤七、将纳滤装置产水依次通入至高压反渗透装置和电渗析装置，进行深度浓缩分离；

步骤八、将纳滤装置和电渗析装置产水作为循环水回用；

步骤九、通过膜分盐浓缩单元处理后的浓缩废水中盐以NaCl为主，将浓缩废水通入至电解制氯单元；

步骤十、电解制氯单元产生的氢气依次通入氢气纯化回收单元的除氯装置、除水装置和脱氧装置，再经变压变温吸附装置提纯回收，得到高纯氢气，通入氢冷发电机的氢冷系统。

10.根据权利要求9所述的脱硫废水处理方法，其特征在于，所述浓缩废水通入的电解制氯单元采用无隔膜电解系统，在步骤十中，无隔膜电解系统产生的次氯酸钠溶液用于电厂循环水杀菌。

11.根据利用权利要求9所述的脱硫废水处理方法，其特征在于，所述浓缩废水通入的电解制氯单元采用离子交换膜电解系统，在步骤十中，离子交换膜电解系统产生的氢氧化钠溶液返送至三联箱参与反应，离子交换膜电解系统产生的氯气经与部分氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液，用于电厂循环水杀菌。