CN112062378A - 一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统和方法，其中，零排放处理系统包括依次首尾连通的一级除油机构、氯氧化池、软化机构、二级除油机构和浓缩机构；其中，浓缩机构包括依次连通的纳滤装置、膜浓缩装置和蒸发结晶装置；二级除油机构与纳滤装置连通，纳滤装置与软化机构反向连通。本发明的零排放处理系统可满足复杂的烧结烟气脱硫废水水质的处理需求，特别是含有中低浓度油类和氨氮的废水，能够高效去除有害组分，同时处理过程中产生的淡水能够回用于厂内其他工艺，产生的纳滤浓水可作为药剂回用于软化机构，系统整体运行维护成本低，各个单元各自发挥作用又相互服务从而实现烧结烟气脱硫废水的零排放。

Description

一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统和方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其是涉及一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统和方法。
背景技术
石灰石/石灰-石膏湿法烟气脱硫技术是世界上应用最广泛的脱硫技术，已经有几十年的发展历史，该技术具有成熟可靠、运行稳定、成本低廉、脱硫效率高达95％以上等特点。燃煤电厂湿法烟气脱硫应用这一技术最早，积累经验也最多，因此，燃煤电厂湿法烟气脱硫废水处理方法已经非常成熟。
我国钢铁冶炼工序中烧结工艺是大气的主要污染源，所排出的废气在整个钢铁厂中所占的比例为：烟气17％、SO2 6％、NOx 20％。针对排出烟气中SO2的治理，目前我国钢铁系统已建成的烧结湿法烟气脱硫装置大多是借鉴燃煤电厂湿法脱硫工艺。但是，燃煤电厂湿法烟气脱硫废水水质与烧结湿法烟气脱硫废水水质是有区别的，最大的区别就是前者无氨氮，后者有氨氮，且变化幅度很大，另外重金属离子含量前者不如后者高，且重金属离子的种类随烧结矿的成分变化而变化。
如某钢厂烧结机脱硫废水中钙镁浓度为1700-2000mg/L，氨氮浓度为250-1000mg/L，pH值在4-6之间，SS最高时可达20000mg/L，色度最高时可达1500倍以上，Cl-最高时可达20000mg/L以上，硬度最高时可达5000mg/L以上，同时含有多种重金属离子。因此，烧结机湿法脱硫废水成分复杂、对设备的腐蚀性大、处理困难。
目前，国内烧结烟气脱硫技术处于刚刚起步阶段，烧结脱硫废水处理无先例可循，现有的脱硫废水处理系统及方法处理后的废水水质虽可达到国家排放标准，但是这些废水处理系统及方法复杂，投资和运行成本较高。而随着环保要求的逐步提高，如何实现烧结脱硫废水零排放，更是成为企业环保处理过程中极为困扰与棘手的问题。因此，开发一种可实现废水零排放而费用又低廉的用于烧结脱硫废水的处理系统及方法，是本领域技术人员亟需解决的一项技术问题。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，该系统能够实现烧结烟气脱硫废水的零排放处理；
本发明的第二目的在于提供一种烧结烟气脱硫废水零排放处理方法，旨在解决烧结烟气脱硫废水处理方法复杂、投资和运行成本较高的问题。
本发明提供一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，包括依次首尾连通的一级除油机构、氯氧化池、软化机构、二级除油机构和浓缩机构；
其中，所述浓缩机构包括依次连通的纳滤装置、膜浓缩装置和蒸发结晶装置；
所述二级除油机构与所述纳滤装置连通，所述纳滤装置与所述软化机构反向连通。
进一步，还包括多级并联设置的三联箱预处理机构；
每级所述三联箱预处理机构均包括依次连通的中和池、反应池和絮凝池；
所有所述絮凝池均与所述一级除油机构连通。
进一步，所述一级除油机构包括隔油池；
所述软化机构包括依次连通的一级反应器和二级反应器；
所述二级除油机构包括依次连通的气浮池和活性炭过滤器；
其中，所有所述絮凝池均与所述隔油池连通；所述隔油池、所述氯氧化池、所述一级反应器、所述二级反应器、所述气浮池、所述活性炭过滤器和所述纳滤装置依次连通；
所述纳滤装置与所述一级反应器反向连通。
进一步，还包括浓缩脱水设备，且所述絮凝池、所述隔油池、所述一级反应器、所述二级反应器和所述气浮池均与所述浓缩脱水设备连通。
进一步，所述膜浓缩装置为反渗透设备、均相膜电渗析设备或膜蒸馏设备中的任意一种。
本发明还公开了上述零排放处理系统处理烧结烟气脱硫废水的方法，包括以下步骤：
S1、利用三联箱预处理机构对烧结烟气脱硫废水进行预处理，得到上清液，并将所述上清液引入隔油池中去除部分悬浮油及重油；
S2、将隔油池出水引入氯氧化池，并投加次氯酸钠降低氨氮含量；
S3、将氯氧化池出水依次引入一级反应器和二级反应器，以降低钙镁离子浓度；
S4、将二级反应器出水依次引入气浮池和活性炭过滤器，去除残留悬浮物及残余油类；
S5、将活性炭过滤器出水引入纳滤装置，分别得到含一价盐废水和含二价盐废水；将所述含一价盐废水依次排放至膜浓缩装置和蒸发结晶装置，实现烧结烟气脱硫废水的零排放。
进一步，步骤S1中，所述上清液于隔油池中的停留时间为1-6h。
进一步，步骤S2具体包括：将隔油池出水引入氯氧化池后，首先调节pH至6-8，然后投加次氯酸钠反应30-40min；
其中，次氯酸钠药剂投加量摩尔比为N(氨氮)：次氯酸钠为1：(1-3)。
进一步，步骤S3具体包括：将氯氧化池出水引入一级反应器，并投加质量浓度为5-10％的碱性试剂、0.5-25％的硫酸钠和0.1-3％的絮凝剂，经一级反应器处理后废水中钙离子浓度小于800mg/L；一级反应器澄清出水引入二级反应器，并投加质量浓度为1-10％的碳酸钠和0.1-3％的絮凝剂，至出水钙镁离子浓度小于10mg/L。
进一步，步骤S4中，气浮池运行时，容器压力为0.2-0.5MPa，回流比为5-100％，出水油类含量小于5mg/L；活性炭过滤器运行时，过滤器内使用800-1000m2/g的活性炭填料，且出水含油量低于1mg/L。
本发明的烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，包括依次首尾连通的一级除油机构、氯氧化池、软化机构、二级除油机构和浓缩机构，其中，一级除油机构可初步去除废水中的悬浮油和重油，以提高后续除氨氮和废水软化效率；一级除油机构后设置的氯氧化池可及时去除废水中有毒有害的氨氮，减少废水处理过程氨氮气味的溢出；软化机构后再设置二级除油机构，一方面是为了防止废水中钙镁离子悬浮物堵塞气浮池管道，另一方面深度去除废水中悬浮物及油类可有效降低后续浓缩机构中膜污染的问题。综上，本发明的零排放处理系统中各设备选用灵活，组合简单，投资成本相对较低，可满足复杂的烧结烟气脱硫废水水质的处理需求，特别是含有中低浓度(如300-700mg/L)油类和氨氮的废水，能够高效去除有害组分，实现烧结厂脱硫废水的零排放处理，同时处理过程中产生的淡水能够回用于厂内其他生产工艺，产生的纳滤浓水可作为药剂回用于软化机构，系统整体运行维护成本低，各个单元各自发挥作用又相互服务从而实现烧结烟气脱硫废水的零排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明烧结烟气脱硫废水零排放处理系统的示意图；
图2为本发明烧结烟气脱硫废水零排放处理流程的示意图。
附图标记说明：
1：三联箱预处理机构；2：隔油池；3：氯氧化池；4：一级反应器；5：浓缩脱水设备；6：二级反应器；7：气浮池；8：活性炭过滤器；9：纳滤装置；10：膜浓缩装置；11：蒸发结晶装置。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
如图1所示，本发明提供一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，包括依次首尾连通的一级除油机构、氯氧化池3、软化机构、二级除油机构和浓缩机构；其中，所述浓缩机构包括依次连通的纳滤装置9、膜浓缩装置10和蒸发结晶装置11；所述二级除油机构与所述纳滤装置9连通，所述纳滤装置9与所述软化机构反向连通。
本发明的烧结烟气脱硫废水零排放处理系统包括一级除油机构、氯氧化池3、软化机构、二级除油机构和浓缩机构，而浓缩机构包括依次连通的纳滤装置9、膜浓缩装置10和蒸发结晶装置11。其中，一级除油机构可初步去除废水中的悬浮油和重油，以提高后续除氨氮和废水软化效率；一级除油机构后设置的氯氧化池3可及时去除废水中有毒有害的氨氮，减少废水处理过程氨氮气味的溢出；软化机构后再设置二级除油机构，一方面是为了防止废水中钙镁离子悬浮物堵塞气浮池7管道，另一方面深度去除废水中悬浮物及油类可有效降低后续浓缩机构中膜污染的问题，然后废水进入依次连通的纳滤装置9、膜浓缩装置10和蒸发结晶装置11，纳滤装置9产生的含二价盐废水可回用于软化机构，膜浓缩装置10和蒸发结晶装置11产生的淡水可回用于其他生产工艺，最终经蒸发结晶装置11处理后浓盐水被制备成结晶盐，整个废水处理过程中均无废水的产生，实现了废水零排放处理。
在上述技术方案的基础上，进一步，还包括多级并联设置的三联箱预处理机构1；每级所述三联箱预处理机构1均包括依次连通的中和池、反应池和絮凝池；所有所述絮凝池均与所述一级除油机构连通。
本发明的零排放处理系统还包括多级并联设置的三联箱预处理机构1，利用三联箱预处理机构1可初步去除废水的部分硬度、重金属离子和悬浮物等。三联箱预处理机构1包括依次连通的中和池、反应池和絮凝池，首先将烧结厂脱硫废水泵入中和池，其内部设置有加药部件和pH在线监测仪，通过添加质量浓度为5-10％的碱试剂调节pH至8-9；然后将废水溢流至反应池，在反应池内添加重金属螯合剂，停留时间为20-50min，以沉淀形式去除重金属离子；最后将反应池废水溢流至絮凝池，池内添加絮凝剂，水利约停留50min，去除废水中悬浮物澄清后废水引入隔油池2。
在上述技术方案的基础上，进一步优选地，所述一级除油机构包括隔油池2；所述软化机构包括依次连通的一级反应器4和二级反应器6；所述二级除油机构包括依次连通的气浮池7和活性炭过滤器8；其中，所有所述絮凝池均与所述隔油池2连通；所述隔油池2、所述氯氧化池3、所述一级反应器4、所述二级反应器6、所述气浮池7、所述活性炭过滤器8和所述纳滤装置9依次连通；所述纳滤装置9与所述一级反应器4反向连通。
每级三联箱预处理机构1中絮凝池的出水均通过配水槽进入隔油池2，在隔油池2内，废水沿水平方向流动，悬浮油由集油管或设置在池面的刮油机推送到集油管中流入脱水罐。在隔油池2中沉淀下来的重油及其它杂质，集聚到池底污泥斗中。隔油池2与氯氧化池3连通，氯氧化池3内设置有加药部件和pH在线监测仪，可通过投加次氯酸钠药剂去除废水中的氨氮物质。氯氧化池3依次与一级反应器4和二级反应器6连通，一级反应器4和二级反应器6内均设置有加药部件，可分别通过投加适宜的药剂降低钙镁离子浓度。二级反应器6与气浮池7连通，根据油类含量气浮池7可设置1-2级，在气浮池7运行时，将全部废水用水泵加压，在泵前或泵后注入空气，空气溶解于废水，通过减压阀将废水送入气浮池7，废水中气泡黏附废水中的乳化油或悬浮物逸出水面，在水面形成浮渣，用刮板将浮渣排入浮渣槽，经浮渣管排出池外。当废水中乳化油含量较高时，可投加有机聚合物破乳剂(AP型破乳剂、AE型破乳剂)、气浮助剂(PAC、PAM等)，提高气浮处理效果。为进一步去除废水中的悬浮物及残余油类物质，在气浮池7后还设置有活性炭过滤器8，活性炭过滤器8内使用高效活性填料，来水经活性炭过滤器8上部进入，流经活性炭过滤层，从底部流出。活性炭过滤器8出水连接至纳滤装置9，纳滤装置9采用多级纳滤，并使用卷式膜组件，废水经纳滤装置9处理后，可分别得到含一价盐废水和含二价盐废水，含二价盐废水可回用于一级反应器4，而含二价盐废水可直接进入膜浓缩装置10进一步提高废水中盐组分的浓度。膜浓缩装置10产淡水可回用于其他生产工艺，产浓水可直接进入蒸发结晶装置11，蒸发结晶装置11处理过程中浓缩倍率为40-50倍，可将浓盐水制备成氯化钠结晶盐，同时产生淡水回用其他生产工艺。
在上述优选技术方案的基础上，进一步，还包括浓缩脱水设备5，且所述絮凝池、所述隔油池2、所述一级反应器4、所述二级反应器6和所述气浮池7均与所述浓缩脱水设备5连通。
本发明的零排放处理系统还包括浓缩脱水设备5，即絮凝池、隔油池2、一级反应器4、二级反应器6和气浮池7中的污泥、油类浮渣均可直接排放至浓缩脱水设备5，由浓缩脱水设备5处理后外运至第三方进行处置。
在上述技术方案的基础上，更为优选地，所述膜浓缩装置10为反渗透设备、均相膜电渗析设备或膜蒸馏设备中的任意一种。
为进一步提高废水中盐组分浓度，使废水中盐组分质量浓度范围维持在6-18％，可选用的膜浓缩装置10有反渗透设备、均相膜电渗析设备和膜蒸馏设备。
使用上述优选技术方案中的零排放处理系统对某烧结厂湿法脱硫废水进行处理，处理水量为20t/h，所处理脱硫废水的水质情况如表1。
表1待处理脱硫废水的水质情况
Figure BDA0002697914940000081
Figure BDA0002697914940000091
具体操作步骤如下，处理流程图如图2所示：
S1、将烧结烟气脱硫废水依次通过三联箱中的中和池、反应池和絮凝池。其中，向中和池内投加质量浓度为8％的碱性药剂石灰乳，调节中和池内废水pH值至8左右；将中和池废水引入反应池，并加入重金属螯合剂TMT-15，其有效物质量含量不低于15％，密度约为1.1g/cm3，充分搅拌均匀去除重金属，水力停留时间约30min；反应池废水溢流至絮凝池，池内添加质量浓度为0.2％的絮凝剂PAM，水力停留时间约50min，分离得到上清液。将上清液泵入平流式隔油池，水力停留时间2h，废水中悬浮油通过池面的刮油器推送到集油管，送至浓缩脱水；
S3、隔油池中废水以重力流引入氯氧化池，首先向氯氧化池中投加药剂调节pH至7，然后再投加次氯酸钠药剂量为25-75kg/h，控制反应时间为30min。
S4、将氯氧化池反应后出水引入一级反应器，向一级反应器中投加石灰乳药剂，并控制浓度在8％左右，搅拌反应20min，使pH稳定在11左右。再投加硫酸钠药剂，控制浓度为8％左右，反应后再投加3％的PFS絮凝剂，以沉淀形式去除废水中的镁离子和部分钙离子，以初步降低废水硬度，一级反应器出水钙离子浓度为700ppm；一级反应器出水引入二级反应器，并依次投加6％的纯碱药剂和2％的PAM絮凝剂，快速搅拌静置，使澄清出水硬度控制在8ppm左右。一级反应器和二级反应器产生的沉淀物进入浓缩脱水进行减量化处理，然后外运至第三方进行处置；
S5、将二级反应器澄清出水泵入气浮池，气浮池设为一级气浮和二级气浮，即首先将全部废水用水泵加压，采用泵前注入空气，容器压力为0.5MPa，回流比30％，并向气浮池内加入有机聚合破乳剂，每一级反应时间20min，出水含油为4m/L，最后用池面刮板刮取浮渣，浮渣进入浓缩脱水统一处理处置；气浮池出水进入活性炭吸附器，填料采用1000m2/g的高效活性炭填料，废水从上部流入活性炭吸附器，经滤层吸附从底部流出，进一步去除油类和悬浮物，吸附后出水油类含量小于1ppm；
S6、活性炭吸附后的废水进入纳滤进行分盐，其中，纳滤使用卷式膜组件，纳滤膜耐受压力70bar，截留分子量为300Dalton，浊度控制在1.0NTU以下，纳滤膜截留二价盐组分，所截留的二价盐组分富含硫酸根，可回用于上述的一级反应器；透过纳滤膜的氯化钠溶液进入真空式膜蒸馏设备，以降低后续蒸发结晶负荷，膜组件使用聚偏氟乙烯中空纤维膜，设备进水温度为65℃，真空度为-0.09atm，脱盐率为99.5％，膜通量为8-13L/(m3 h)，处理后盐组分质量浓度控制在15％左右，膜蒸馏处理后产淡水可会用于其他工艺过程；产浓盐水进入多效强制循环蒸发结晶装置，将浓盐水制备成结晶盐，产淡水回用于其他生产工艺，整体工艺无废水产生，实现了废水零排放处理。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种烧结烟气脱硫废水零排放处理系统，其特征在于，包括依次首尾连通的一级除油机构、氯氧化池(3)、软化机构、二级除油机构和浓缩机构；
其中，所述浓缩机构包括依次连通的纳滤装置(9)、膜浓缩装置(10)和蒸发结晶装置(11)；
所述二级除油机构与所述纳滤装置(9)连通，所述纳滤装置(9)与所述软化机构反向连通。
2.根据权利要求1所述的零排放处理系统，其特征在于，还包括多级并联设置的三联箱预处理机构(1)；
每级所述三联箱预处理机构(1)均包括依次连通的中和池、反应池和絮凝池；
所有所述絮凝池均与所述一级除油机构连通。
3.根据权利要求2所述的零排放处理系统，其特征在于，所述一级除油机构包括隔油池(2)；
所述软化机构包括依次连通的一级反应器(4)和二级反应器(6)；
所述二级除油机构包括依次连通的气浮池(7)和活性炭过滤器(8)；
其中，所有所述絮凝池均与所述隔油池(2)连通；所述隔油池(2)、所述氯氧化池(3)、所述一级反应器(4)、所述二级反应器(6)、所述气浮池(7)、所述活性炭过滤器(8)和所述纳滤装置(9)依次连通；
所述纳滤装置(9)与所述一级反应器(4)反向连通。
4.根据权利要求3所述的零排放处理系统，其特征在于，还包括浓缩脱水设备(5)，且所述絮凝池、所述隔油池(2)、所述一级反应器(4)、所述二级反应器(6)和所述气浮池(7)均与所述浓缩脱水设备(5)连通。
5.根据权利要求1-4任一项所述的零排放处理系统，其特征在于，所述膜浓缩装置(10)为反渗透设备、均相膜电渗析设备或膜蒸馏设备中的任意一种。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述的零排放处理系统处理烧结烟气脱硫废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、利用三联箱预处理机构(1)对烧结烟气脱硫废水进行预处理，得到上清液，并将所述上清液引入隔油池(2)中去除部分悬浮油及重油；
S2、将隔油池(2)出水引入氯氧化池(3)，并投加次氯酸钠降低氨氮含量；
S3、将氯氧化池(3)出水依次引入一级反应器(4)和二级反应器(6)，以降低钙镁离子浓度；
S4、将二级反应器(6)出水依次引入气浮池(7)和活性炭过滤器(8)，去除残留悬浮物及残余油类；
S5、将活性炭过滤器(8)出水引入纳滤装置(9)，分别得到含一价盐废水和含二价盐废水；将所述含一价盐废水依次排放至膜浓缩装置(10)和蒸发结晶装置(11)，实现烧结烟气脱硫废水的零排放。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S1中，所述上清液于隔油池(2)中的停留时间为1-6h。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：将隔油池(2)出水引入氯氧化池(3)后，首先调节pH至6-8，然后投加次氯酸钠反应30-40min；
其中，次氯酸钠药剂投加量摩尔比为N(氨氮)：次氯酸钠为1：(1-3)。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S3具体包括：将氯氧化池(3)出水引入一级反应器(4)，并投加质量浓度为5-10％的碱性试剂、0.5-25％的硫酸钠和0.1-3％的絮凝剂，经一级反应器(4)处理后废水中钙离子浓度小于800mg/L；一级反应器(4)澄清出水引入二级反应器(6)，并投加质量浓度为1-10％的碳酸钠和0.1-3％的絮凝剂，至出水钙镁离子浓度小于10mg/L。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S4中，气浮池(7)运行时，容器压力为0.2-0.5MPa，回流比为5-100％，出水油类含量小于5mg/L；活性炭过滤器(8)运行时，过滤器内使用800-1000m2/g的活性炭填料，且出水含油量低于1mg/L。
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