CN111217430A - 一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，包括过滤装置和单价阴离子电渗析装置；原脱硫废水处理系统出口与过滤装置入口相连，过滤装置出口与单价阴离子电渗析装置入口相连，单价阴离子电渗析装置的淡水出口与回用单元相连，单价阴离子电渗析装置的浓水出口与后续脱硫废水零排放单元相连；所述单价阴离子电渗析装置包括淡水箱、淡水循环泵、电渗析膜堆、浓水箱、浓水循环泵、阴极液箱、阴极液循环泵、阳极液箱和阳极液循环泵。本发明的有益效果是：本发明的电渗析装置设有单价阴离子交换膜，采用电渗析装置对脱硫废水进行浓缩减量的同时，利用单价阴离子交换膜做到了钙离子与硫酸根离子的分离，从而避免膜面结垢。

Description

一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统和方法

技术领域

本专利涉及一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统和方法，属于脱硫废水零排放技术领域。

背景技术

燃煤电厂为提高水的综合利用率，将反渗透浓水、循环水排污水等各类排水作为湿法烟气脱硫系统工艺水源，脱硫废水成为燃煤电厂系统末端水质最恶劣的废水。针对国家在环境保护、节能减排方面的要求以及火电厂废水零排放的实际情况，电厂脱硫废水的处理工艺将成为废水零排放是否成功实施的关键性因素。

脱硫废水主要包括悬浮物、氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐以及微量重金属等污染物，同时具有极高硬度、极低碱度和极高氯离子的特点。脱硫废水常规处理是经预澄清处理后，采用三联箱工艺，通过中和、沉降、絮凝和澄清等处理过程去除废水中的悬浮物和重金属，产生的污泥进入压滤机脱水后外运，脱硫清水回用于灰库搅拌或煤场喷淋。脱硫清水的这种回用方式，会影响灰渣的回用质量和煤场及输煤系统的喷淋运行，并未从根本上解决脱硫废水的末端处理，只是转移至其他系统。

目前，燃煤电厂脱硫废水零排放技术，主要分为蒸发结晶技术和烟气蒸发技术两大类。前者需要消耗大量蒸汽，后者需要消耗高温烟气，运行能耗较高。为降低运行成本，往往先对脱硫废水进行软化预处理后，通过纳滤、反渗透等膜技术进行浓缩减量，浓缩液再进行蒸发结晶或烟气蒸发。然而，由于脱硫废水水质硬度极高，软化药剂成本昂贵，脱硫废水浓缩减量的经济效益不明显。因此，开发一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，对于降低脱硫废水零排放运行费用，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统和方法。

这种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，包括过滤装置和单价阴离子电渗析装置；原脱硫废水处理系统出口与过滤装置入口相连，过滤装置出口与单价阴离子电渗析装置入口相连，单价阴离子电渗析装置的淡水出口与回用单元相连，单价阴离子电渗析装置的浓水出口与后续脱硫废水零排放单元相连；所述单价阴离子电渗析装置包括淡水箱、淡水循环泵、电渗析膜堆、浓水箱、浓水循环泵、阴极液箱、阴极液循环泵、阳极液箱和阳极液循环泵；脱硫废水分别与淡水箱入口和浓水箱入口相连；淡水箱出口与淡水循环泵入口相连，淡水循环泵出口与电渗析膜堆淡水入口相连，电渗析膜堆淡水出口与淡水箱入口相连；浓水箱出口与浓水循环泵入口相连，浓水循环泵出口与电渗析膜堆浓水入口相连，电渗析膜堆浓水出口与浓水箱入口相连；阴极液箱出口与阴极液循环泵入口相连，阴极液循环泵出口与电渗析膜堆阴极液入口相连，电渗析膜堆阴极液出口与阴极液箱入口相连；阳极液箱出口与阳极液循环泵入口相连，阳极液循环泵出口与电渗析膜堆阳极液入口相连，电渗析膜堆阳极液出口与阳极液箱入口相连；淡水箱溢流出口为单价阴离子电渗析装置淡水出口，浓水箱溢流出口为单价阴离子电渗析装置浓水出口；电渗析膜堆设有阴膜和阳膜，阴膜为单价阴离子交换膜，阳膜为普通阳离子交换膜。

作为优选：过滤装置采用砂滤器。

作为优选：所述单价阴离子电渗析装置的电渗析膜堆包括阳极板、阳极室、阳极膜、阳膜、浓水室、阴膜、淡水室、阴极膜、阴极室和阴极板，即电渗析膜堆从阳极端到阴极端依次包括阳极板、阳极室、阳极膜、阳膜、浓水室、阴膜、淡水室、阳膜、浓水室、阴膜、淡水室···浓水室、阴膜、淡水室、阳膜、浓水室、阴膜、阴极膜、阴极室和阴极板，由阴膜和阳膜间隔形成淡水室和浓水室；电渗析膜堆设有一路淡水进口母管和一路淡水出口母管，淡水室之间并联；电渗析膜堆设有一路浓水进口母管和一路浓水出口母管，浓水室之间并联。

作为优选：所述阴极膜为耐碱性的阴离子交换膜，阳极膜为高强度的阳离子交换膜。

作为优选：所述单价阴离子交换膜具有单价阴离子选择透过性，只允许氯离子、硝酸根等一价阴离子透过，而拦截硫酸根等高价阴离子和全部阳离子。单价阴离子交换膜选用日本ASTOM株式会社CIMS离子交换膜或日本AGC株式会社CSO离子交换膜中的一种。

作为优选：单价阴离子电渗析装置的淡水出口与脱硫塔系统除雾器冲洗水箱相连。

作为优选：单价阴离子电渗析装置的浓水出口与后续蒸发结晶或烟道蒸发单元相连。

这种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统的操作方法，包括以下步骤：

第一步，原水过滤工序：

经三联箱处理后的脱硫废水进入过滤装置去除悬浮物；

第二步，电渗析工序：

过滤装置产水经保安过滤器过滤后，利用盐酸或硫酸调节pH值为3-6后作为电渗析原水，然后分别进入电渗析膜堆中由阴膜和阳膜间隔形成的淡水室和浓水室；进入淡水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回淡水箱，淡水箱溢流得到电渗析装置淡水出水；进入浓水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回浓水箱，浓水箱溢流得到电渗析装置浓水出水；所述的单价阴离子电渗析装置为连续操作过程。

作为优选：第一步中，在原三联箱处理单元加过量的氢氧化钙，调节pH至10.5以上，以去除氟离子和二氧化硅，防止单价阴离子电渗析装置发生膜面结垢。

作为优选：第二步中，电渗析原水中的大部分硫酸根被拦截在淡水室，而大部分氯离子、钙离子和钠离子进入浓水室中。

本发明的有益效果是：

1、本发明的电渗析装置设有单价阴离子交换膜，采用电渗析装置对脱硫废水进行浓缩减量的同时，利用单价阴离子交换膜做到了钙离子与硫酸根离子的分离，从而避免膜面结垢。

2、本发明的脱硫废水浓缩倍率可根据实际需要调节，浓缩倍率越低，运行能耗越低。

3、本发明的脱硫废水浓缩减量系统无需加药软化，系统结构简单，运行费用极低。

附图说明

图1为本专利的工艺流程示意图；

图2为单价阴离子电渗析装置工艺流程示意图；

图3为单价阴离子电渗析原理图。

附图标记说明：1-淡水箱；2-淡水循环泵；3-电渗析膜堆；4-浓水箱；5-浓水循环泵；6-阴极液箱；7-阴极液循环泵；8-阳极液箱；9-阳极液循环泵；10-过滤装置；11-单价阴离子电渗析装置。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明提出的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其核心为单价阴离子电渗析装置，该装置为单价阴离子交换膜和普通阳离子交换膜组成的改进型电渗析装置。正常运行时，单价阴离子电渗析的淡水出水主要是不饱和的硫酸钙和硫酸钠溶液，可回用；单价阴离子电渗析装置的浓水出水主要是氯化钙、氯化镁和氯化钠溶液，浓水可以进入后续旁路烟道蒸发单元处理实现脱硫废水零排放。由于单价阴离子交换膜的选择性透过作用，阻隔了钙离子和硫酸根离子在浓水室的富集结垢，浓缩倍率可达4-5倍。与传统全软化的脱硫废水浓缩减量工艺相比，本发明工艺无需加药软化，系统极为简单，运行费用极低。

普通电渗析中阴阳离子膜对任何离子都可产生浓缩作用，而本工艺的电渗析装置中阴膜采用单价选择性阴膜，阳膜采用普通阳膜，因此可以只将单价阴离子和所有阳离子浓缩，即浓水侧虽然有大量的Ca²⁺和Cl^-，但是由于SO₄ ^2-主要被截留在淡水侧，浓水侧SO₄ ^2-浓度相对低，不会发生CaSO₄结垢现象。单价阴离子电渗析装置的淡水侧主要是不饱和的硫酸钙和硫酸钠溶液，可回用；单价阴离子电渗析装置的浓水侧主要是氯化钙、氯化镁和氯化钠，进入后续蒸发结晶或烟道蒸发单元处理实现脱硫废水零排放。

所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，包括过滤装置10和单价阴离子电渗析装置11。如图1所示，原脱硫废水处理系统出口与过滤装置10入口相连，过滤装置10出口与单价阴离子电渗析装置11入口相连，单价阴离子电渗析装置11的淡水出口与回用单元相连，单价阴离子电渗析装置11的浓水出口与后续脱硫废水零排放单元相连。

所述单价阴离子电渗析装置11包括淡水箱1、淡水循环泵2、电渗析膜堆3、浓水箱4、浓水循环泵5、阴极液箱6、阴极液循环泵7、阳极液箱8、阳极液循环泵9。如图2所示，脱硫废水分别与淡水箱1入口和浓水箱4入口相连；淡水箱1出口与淡水循环泵2入口相连，淡水循环泵2出口与电渗析膜堆3淡水入口相连，电渗析膜堆3淡水出口与淡水箱1入口相连；浓水箱4出口与浓水循环泵5入口相连，浓水循环泵5出口与电渗析膜堆3浓水入口相连，电渗析膜堆3浓水出口与浓水箱4入口相连；阴极液箱6出口与阴极液循环泵7入口相连，阴极液循环泵7出口与电渗析膜堆3阴极液入口相连，电渗析膜堆3阴极液出口与阴极液箱6入口相连；阳极液箱8出口与阳极液循环泵9入口相连，阳极液循环泵9出口与电渗析膜堆3阳极液入口相连，电渗析膜堆3阳极液出口与阳极液箱8入口相连；淡水箱1入口为单价阴离子电渗析装置11脱硫废水入口，淡水箱1溢流出口为单价阴离子电渗析装置11淡水出口，浓水箱4溢流出口为单价阴离子电渗析装置11浓水出口。所述单价阴离子电渗析装置的系统组成可与普通电渗析装置相同。

实施例：

本部分原水为某燃煤电厂脱硫废水清水池废水，水质如表1所示。

表1某燃煤电厂脱硫废水清水池废水水质分析表

分析项目	单位	数据
			Ca<sup>2+</sup>	mg/L	3750
Mg<sup>2+</sup>	mg/L	700
			Na<sup>+</sup>	mg/L	4000
K<sup>+</sup>	mg/L	67
			NH<sub>4</sub><sup>+</sup>	mg/L	15
SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>	mg/L	2400
			Cl<sup>-</sup>	mg/L	13000
F<sup>-</sup>	mg/L	8
			NO<sub>3</sub><sup>-</sup>	mg/L	382
HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>	mg/L	5
			TDS	mg/L	24327
COD	mg/L	100
			SiO<sub>2</sub>	mg/L	54
pH	/	8.26
			SS	mg/L	18

第一步，原水过滤工序：

在原三联箱处理单元加过量的氢氧化钙(若进水水质中氟离子和二氧化硅浓度较高，应先去除氟离子和二氧化硅)，调节pH至10.5以上，以去除氟离子和二氧化硅，防止单价阴离子电渗析装置发生膜面结垢。经三联箱处理后的脱硫废水进入砂滤器去除悬浮物(若进水水质中悬浮物浓度较高则应先进入过滤装置去除悬浮物)，处理后废水中悬浮物浓度不高于1mg/L。

第二步，电渗析工序：

上述砂滤器产水经保安过滤器过滤后，利用硫酸调节pH值为3-6后进入淡水箱作为电渗析原水，电导率33mS/cm。

单价阴离子电渗析装置采用普通阳离子交换膜+单价阴离子交换膜。淡水箱初始加入电渗析原水，使用泵连续添加；浓水箱初始加入电渗析原水，电渗析阳极液使用3％的硫酸钠溶液，阴极液使用3％氯化钠溶液。

所述的电渗析装置为连续操作过程。电渗析原水分别进入电渗析膜堆中由阴膜和阳膜间隔形成的淡水室和浓水室；进入淡水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回淡水箱，淡水箱溢流得到电渗析装置淡水出水；进入浓水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回浓水箱，浓水箱溢流得到电渗析装置浓水出水。

单价阴离子交换膜具有单价阴离子选择透过性，只允许单价阴离子透过，而拦截高价阴离子和全部阳离子。如图3所示，单价阴离子电渗析装置淡水侧主要是不饱和的硫酸钙和硫酸钠溶液，电导率19mS/cm，可回用于脱硫塔系统除雾器冲洗水补水；浓水侧主要是氯化钙、氯化镁和氯化钠溶液，电导率170mS/cm，浓水可进入后续旁路烟道蒸发单元处理实现脱硫废水零排放。

Claims (10)

1.一种无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，包括过滤装置(10)和单价阴离子电渗析装置(11)；原脱硫废水处理系统出口与过滤装置(10)入口相连，过滤装置(10)出口与单价阴离子电渗析装置(11)入口相连，单价阴离子电渗析装置(11)的淡水出口与回用单元相连，单价阴离子电渗析装置(11)的浓水出口与后续脱硫废水零排放单元相连；所述单价阴离子电渗析装置(11)包括淡水箱(1)、淡水循环泵(2)、电渗析膜堆(3)、浓水箱(4)、浓水循环泵(5)、阴极液箱(6)、阴极液循环泵(7)、阳极液箱(8)和阳极液循环泵(9)；脱硫废水分别与淡水箱(1)入口和浓水箱(4)入口相连；淡水箱(1)出口与淡水循环泵(2)入口相连，淡水循环泵(2)出口与电渗析膜堆(3)淡水入口相连，电渗析膜堆(3)淡水出口与淡水箱(1)入口相连；浓水箱(4)出口与浓水循环泵(5)入口相连，浓水循环泵(5)出口与电渗析膜堆(3)浓水入口相连，电渗析膜堆(3)浓水出口与浓水箱(4)入口相连；阴极液箱(6)出口与阴极液循环泵(7)入口相连，阴极液循环泵(7)出口与电渗析膜堆(3)阴极液入口相连，电渗析膜堆(3)阴极液出口与阴极液箱(6)入口相连；阳极液箱(8)出口与阳极液循环泵(9)入口相连，阳极液循环泵(9)出口与电渗析膜堆(3)阳极液入口相连，电渗析膜堆(3)阳极液出口与阳极液箱(8)入口相连；淡水箱(1)溢流出口为单价阴离子电渗析装置(11)淡水出口，浓水箱(4)溢流出口为单价阴离子电渗析装置(11)浓水出口；电渗析膜堆(3)设有阴膜和阳膜，阴膜为单价阴离子交换膜，阳膜为普通阳离子交换膜。

2.根据权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，过滤装置采用砂滤器。

3.根据权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，所述单价阴离子电渗析装置(11)的电渗析膜堆(3)包括阳极板、阳极室、阳极膜、阳膜、浓水室、阴膜、淡水室、阴极膜、阴极室和阴极板，由阴膜和阳膜间隔形成淡水室和浓水室；电渗析膜堆(3)设有一路淡水进口母管和一路淡水出口母管，淡水室之间并联；电渗析膜堆(3)设有一路浓水进口母管和一路浓水出口母管，浓水室之间并联。

4.根据权利要求3所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，所述阴极膜为耐碱性的阴离子交换膜，阳极膜为高强度的阳离子交换膜。

5.根据权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，所述单价阴离子交换膜具有单价阴离子选择透过性。

6.根据权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，单价阴离子电渗析装置(11)的淡水出口与脱硫塔系统除雾器冲洗水箱相连。

7.根据权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统，其特征在于，单价阴离子电渗析装置(11)的浓水出口与后续蒸发结晶或烟道蒸发单元相连。

8.一种如权利要求1所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，原水过滤工序：

经三联箱处理后的脱硫废水进入过滤装置(10)去除悬浮物；

第二步，电渗析工序：

过滤装置产水经保安过滤器过滤后，利用盐酸或硫酸调节pH值为3-6后作为电渗析原水，然后分别进入电渗析膜堆(3)中由阴膜和阳膜间隔形成的淡水室和浓水室；进入淡水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回淡水箱(1)，淡水箱溢流得到电渗析装置淡水出水；进入浓水室的电渗析原水，经过电场作用后，返回浓水箱(1)，浓水箱溢流得到电渗析装置浓水出水。

9.根据权利要求8所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统的操作方法，其特征在于，第一步中，在原三联箱处理单元加过量的氢氧化钙，调节pH至10.5以上，以去除氟离子和二氧化硅。

10.根据权利要求8所述的无需软化的脱硫废水浓缩减量系统的操作方法，其特征在于，第二步中，电渗析原水中的大部分硫酸根被拦截在淡水室，而大部分氯离子、钙离子和钠离子进入浓水室中。

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