CN111606400A - 一种低成本脱硫废水预处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本脱硫废水预处理方法，包括将脱硫废水通入一级反应器中，并在所述一级反应器中添加电石渣，将所述一级反应器中反应后的脱硫废水输送至一级沉淀池内；将完成一级沉淀后的脱硫废水输送至气浮室内，并在气浮室内通入火电厂烟气或者高浓度CO2，得到去除Ca2+的脱硫废水；将去除Ca2+的脱硫废水通入二级反应器中，并在所述二级反应器中添加碳酸钠；将二级反应器中反应后的脱硫废水输送至二级沉淀池内。本发明利用电石渣内的Ca(OH)2代替石灰，其与传统石灰处理不同的是，电石渣中含有一定量(8％至10％)的Mg/Al类水滑石，该物质是层状双阳离子氢氧化合物，其间电子能都与外界发生离子交换，因此具有良好的吸附性，有利于改善氢氧化镁的沉降性能。

Description

一种低成本脱硫废水预处理方法
技术领域
本发明涉及脱硫废水处理技术领域，特别是涉及一种低成本脱硫废水预处理方法。
背景技术
目前，90％以上已投入运行的燃煤发电机组均采用石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，湿法烟气脱硫工艺中脱硫吸收塔内浆液反复循环利用，浆液可溶盐不断浓缩，为确保脱硫性能和维持系统内Cl-平衡，需要不断排放含有大量重金属离子的废水。通常情况下，燃煤电厂废水零排放的工艺路线主要有预处理- 浓缩减量-多效蒸发技术、机械蒸汽再压缩蒸发结晶、烟道蒸发等，高含盐量易导致设备的结垢、腐蚀，影响系统的稳定运行，因此必须在浓缩减量工艺前对脱硫废水进行预处理，脱硫废水的预处理效果及处理成本成为了实现脱硫废水的零排放的技术关键。
现有预处理方法有如下内容：
(1)化学沉淀法：目前，我国90％燃煤电厂采用化学沉淀法对脱硫废水进行预处理，即传统的三联箱工艺，其工艺流程为：脱硫废水一般呈弱酸性，在中和箱中加入碱性试剂(石灰乳或NaOH等)可以提升废水pH，促使废水中的重金属离子与氢氧根离子结合生成氢氧化物沉淀，同时使钙离子与氟离子结合生成氟化钙沉淀，使得重金属离子得到一定程度的去除。经中和箱处理后，废水中的部分重金属含量仍较高，因此，要向沉淀箱中加入硫化物(硫化钠或有机硫TMT-15等)，使得脱硫废水中的汞和铅等重金属离子与其反应生成络合物，进而通过絮凝沉淀得到去除。在中和和沉淀反应后，废水中仍存在大量的悬浮物，因此在废水中加入絮凝剂(铁盐、铝盐或聚丙烯酰胺等)，不仅可以有效去除废水中的悬浮物，同时可使废水中的胶体沉淀逐渐聚集长大，使其沉淀速度加快，同时在絮凝箱中投加助凝剂，可进一步增强絮凝剂活性，有效吸附废水中的细小颗粒，提高悬浮物及胶体沉淀的沉降速率；
(2)石灰-Na2CO3/CO2法：传统的化学沉淀法不能满足废水深度处理要求，因此，一些研究人员提出了石灰-Na2CO3法预处理脱硫废水工艺。其主要工艺原理是首先在废水中加入石灰乳调节废水pH值，使镁硬度转化为钙硬度，同时去除废水中重金属离子，然后在废水中加入Na2CO3药剂，进一步去除钙硬度，使废水硬度离子降至1至2mmol/L。经絮凝沉淀后的出水进入下一工艺环节。该方法能够有效去除废水硬度，避免其在后续水处理设备中产生结垢，但该项工艺需要消耗较大量的药剂，泥渣产量大，运行成本较高。国内广东河源电厂采用上述工艺对脱硫废水进行预处理，能够较好满足后续水处理设备要求，经预处理后的废水进入蒸发结晶设备实现废水零排放，其中，碳酸钠+氢氧化钠二级沉淀处理工艺和石灰+碳酸钠二级沉淀处理工艺；
(3)离子交换法：离子交换剂主要有离子交换树脂、沸石和硫化煤等。这种方法工艺成熟，处理效果稳定，处理容量大，能够去除废水中较难分离的重金属离子，多用于食品、医药行业以及锅炉软水的制备；
(4)电絮凝法：电絮凝法(Electrocoagulation，EC)也称电凝聚，是通过电解使金属阳极溶解并水解成为金属氢氧化物，利用其絮凝性来凝聚水中的胶体物质，从而达到去除废水中污染物的一种电化学处理方法。铁、铝是常用的阳极材料。其主要机理为：絮凝作用，即“牺牲阳极”，阳极电解氧化产生金属氢氧化物絮凝剂，其与水中的污染物结合生成絮凝体，经沉淀、气浮后被去除；气浮作用，即经电解作用产生的气体，以微小气泡的形式与水中的胶体、乳状油等物质粘附在一起上升到水表面从而被去除；氧化—还原作用，即经电解作用，水中的有机物部分被氧化成低分子有机物，同时，阴极产生的氢还原能力较强，也可对废水中的污染物产生还原作用，使污染物得到降解。电絮凝结合了电化学、化学混凝、气浮3种技术，实现了较短电解时间内高效去除污染物的目的。近年来，电絮凝技术已经逐步应用于给水处理及电镀、化工、制药、造纸等工业废水处理中，其占地面积小，操作简单，污泥量少。
上述现有的化学预处理工艺中主要存在以下问题：流程长，工艺复杂，出水水质波动性较大难以达到排放标准或后续工艺进水要求；石灰处理后形成的氢氧化镁沉降速率慢，导致澄清和沉淀设备占地面积大；加药量大，能耗高，直接运行成本高；投资费用大，运维费用高，均化处理成本高；
针对传统双碱法预处理工艺中存在的上述技术弊端，本发明拟解决石灰处理的沉降速率慢问题，提高整体流程的处理效率，降低运行成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种低成本脱硫废水预处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，以改进脱硫废水预处理工艺，提高预处理效率，降低投资成本及运行费用。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种低成本脱硫废水预处理方法，包括如下步骤：
一级反应处理：将脱硫废水通入一级反应器中，并在所述一级反应器中添加电石渣，完成一级反应，其中，所述电石渣与脱硫废水的反应过程为：
MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaSO4
MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2；
将所述一级反应器中反应后的脱硫废水输送至一级沉淀池内，完成一级沉淀；
气浮处理：将完成一级沉淀后的脱硫废水输送至气浮室内，并在所述气浮室内通入火电厂烟气或者高浓度CO2，得到去除Ca2+的脱硫废水，其中，气浮反应过程为：
Figure RE-GDA0002576736450000031
Figure RE-GDA0002576736450000032
Figure RE-GDA0002576736450000033
Figure RE-GDA0002576736450000034
Figure RE-GDA0002576736450000035
二级反应处理：将去除Ca2+的脱硫废水通入二级反应器中，并在所述二级反应器中添加碳酸钠，完成二级反应；将所述二级反应器中反应后的脱硫废水输送至二级沉淀池内，完成二级沉淀；经所述二级沉淀池后排出符合标准的水。
优选的，所述一级沉淀池内产生的部分泥渣回流至所述一级反应器内，且泥渣回流比控制在1∶10至20之间；
优选的，所述电石渣的投加量为8至12g/L，所述一级反应器内所述电石渣与脱硫废水的反应时间为10min至30min，反应温度为15℃至40℃；
优选的，所述一级反应器的内衬作防腐处理，并在所述电石渣与脱硫废水反应过程处理过程中施加机械搅拌；
优选的，所述气浮室内脱硫废水和火电厂烟气或者高浓度CO2的反应温度在30℃以下，反应时间为15min至30min，气固比为0.02至0.08。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的所提供的低成本脱硫废水预处理方法中利用电石渣内的 Ca(OH)2代替石灰，其与传统石灰处理不同的是，电石渣中含有一定量(8％至 10％)的Mg/Al类水滑石(Al2Mg4(OH)12(CO3)(H2O)3)，该物质是层状双阳离子氢氧化合物，其间电子能都与外界发生离子交换，因此具有良好的吸附性，有利于改善氢氧化镁的沉降性能；同时，由于电石渣是生产过程中“废品”，所以达到了“以废治废”的目的，并降低了处理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明低成本脱硫废水处理工艺流程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种低成本脱硫废水预处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，以改进脱硫废水预处理工艺，提高预处理效率，降低投资成本及运行费用。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种低成本脱硫废水预处理方法，包括如下步骤：
一级反应处理：将脱硫废水通入一级反应器中，并在所述一级反应器中添加电石渣，完成一级反应，其中，所述电石渣与脱硫废水的反应过程为：
MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaSO4
MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2；
将所述一级反应器中反应后的脱硫废水输送至一级沉淀池内，完成一级沉淀；
气浮处理：将完成一级沉淀后的脱硫废水输送至气浮室内，并在所述气浮室内通入火电厂烟气或者高浓度CO2，得到去除Ca2+的脱硫废水，其中，气浮反应过程为：
Figure RE-GDA0002576736450000051
Figure RE-GDA0002576736450000052
Figure RE-GDA0002576736450000053
Figure RE-GDA0002576736450000054
Figure RE-GDA0002576736450000055
二级反应处理：将去除Ca2+的脱硫废水通入二级反应器中，并在所述二级反应器中添加碳酸钠，完成二级反应；将所述二级反应器中反应后的脱硫废水输送至二级沉淀池内，完成二级沉淀；经所述二级沉淀池后排出符合标准的水。
本发明中所述一级沉淀池内产生的部分泥渣回流至所述一级反应器内，且泥渣回流比控制在1∶10至20之间；
本发明中所述电石渣的投加量为8至12g/L，所述一级反应器内所述电石渣与脱硫废水的反应时间为10min至30min，反应温度为15℃至40℃；
本发明中所述一级反应器的内衬作防腐处理，并在所述电石渣与脱硫废水反应过程处理过程中施加机械搅拌；
本发明中所述气浮室内脱硫废水和火电厂烟气或者高浓度CO2的反应温度在30℃以下，反应时间为15min至30min，气固比为0.02至0.08。
结合上述技术方案，以电厂脱硫系统石膏旋流器出水作为脱硫废水，其预处理过程如下：
(1)脱硫废水的主要水质参数如下表所示。
Figure RE-GDA0002576736450000061
(2)电石渣成分
Figure RE-GDA0002576736450000062
(3)一级反应处理效率及泥渣沉降性提升
电石渣投加10.5g/L，投料初始平均粒径为2至3μm，反应时间为15分钟。Mg2+浓度将至0.68mmol/L以下，去除率可达到99％以上；反应结束采用激光衍射粒度分析仪测得：电石渣处理后沉淀颗粒大于10μm的比例为80％。氢氧化镁泥渣压实区形成速率提高三倍左右，相同沉降高度下升降时间减少 1/3，泥渣室上升流速提高3倍左右，澄清池总占地面积减少40％。
(4)一级反应软化成本核算
石灰市场价格约为500元/吨，电石渣市场价格约为120元/吨。按脱硫废水处理量为20m3/h，石灰处理成本为4.0元/吨，电石渣处理成本为1.26元/ 吨，运行加药成本减少68.5％。
(5)烟气气浮-碳酸钠处理效率及软化成本核算
CO2气体流量为1L/min，烟气中CO2气体含量为15％，温度为15℃，反应时间为15min，溶液中Ca2+的最大去除率为28.82％，溶液中剩余Ca2+通过投加 Na2CO3去除，Na2CO3的投加量为6.45g/L，此时溶液中Ca2+的去除率达到99％以上，相较于石灰-Na2CO3法，采用石灰-CO2-Na2CO3法可以节省2.15g/L Na2CO3用量，处理每升废水可节省25％Na2CO3用量。按脱硫废水量为20m3/h估算，直接采用Na2CO3处理的直接成本为13.76元/吨；气浮系统用气压力为0.2MPa，能耗为0.03kw/Nm3，因此烟气气浮-碳酸钠工艺软化成本为10.92元，减少20.6％。
(7)整体工艺直接运行成本核算
石灰-碳酸钠的软化成本为17.76元/吨，电石渣-CO2-碳酸钠的软化成本为12.18元，因此本实施例的脱硫废水软化成本比传统软化工艺节约31.4％。
(8)系统出水水质
该工艺的出水水质如下所示。
Figure RE-GDA0002576736450000071
Figure RE-GDA0002576736450000081
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种低成本脱硫废水预处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
一级反应处理：将脱硫废水通入一级反应器中，并在所述一级反应器中添加电石渣，完成一级反应，其中，所述电石渣与脱硫废水的反应过程为：
MgSO4+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaSO4
MgCl2+Ca(OH)2＝Mg(OH)2↓+CaCl2；
将所述一级反应器中反应后的脱硫废水输送至一级沉淀池内，完成一级沉淀；
气浮处理：将完成一级沉淀后的脱硫废水输送至气浮室内，并在所述气浮室内通入火电厂烟气或者高浓度CO2，得到去除Ca2+的脱硫废水，其中，气浮反应过程为：
Figure RE-FDA0002576736440000011
Figure RE-FDA0002576736440000012
Figure RE-FDA0002576736440000013
Figure RE-FDA0002576736440000014
Figure RE-FDA0002576736440000015
二级反应处理：将去除Ca2+的脱硫废水通入二级反应器中，并在所述二级反应器中添加碳酸钠，完成二级反应；将所述二级反应器中反应后的脱硫废水输送至二级沉淀池内，完成二级沉淀；经所述二级沉淀池后排出符合标准的水。
2.根据权利要求1所述的低成本脱硫废水预处理方法，其特征在于：将所述一级沉淀池内产生的部分泥渣回流至所述一级反应器内，且泥渣回流比控制在1:10至20之间。
3.根据权利要求1或2所述的低成本脱硫废水预处理方法，其特征在于：所述电石渣的投加量为8至12g/L，所述一级反应器内所述电石渣与脱硫废水的反应时间为10min至30min，反应温度为15℃至40℃。
4.根据权利要求3所述的低成本脱硫废水预处理方法，其特征在于：所述一级反应器的内衬作防腐处理，并在所述电石渣与脱硫废水反应过程处理过程中施加机械搅拌。
5.根据权利要求1所述的低成本脱硫废水预处理方法，其特征在于：所述气浮室内脱硫废水和火电厂烟气或者高浓度CO2的反应温度在30℃以下，反应时间为15min至30min，气固比为0.02至0.08。
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