CN112915752A - 一种烟气及其废水的处理方法和处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种烟气及其废水的处理方法和处理装置。该处理方法包括：将待处理的烟气与氧化剂混合，进行氧化处理；氧化处理的出气的一部分与石灰石浆液混合；另一部分氧化出气与氢氧化铁浆液反应；石膏浆液经过固液分离，分离出石膏和废水；向废水中添加碱调节pH，混合反应；混合反应后的出水进行沉淀分离，沉淀分离后的废水，在蒸汽的作用下，脱除废水中氨氮，向脱除氨氮的废水中添加盐酸，调节pH，实现废水达标排放，完成对烟气的脱硫脱硝并且废水直接达标排放的处理。本发明还提供了一种烟气及其废水的处理装置。本发明的烟气及其废水的处理方法和装置可以实现同时对烟气中的硫化物、氮氧化物和废水的处理。

Description

一种烟气及其废水的处理方法和处理装置
技术领域
本发明涉及一种烟气同时脱硫脱硝及废水的处理方法和装置，属于环境保护技术领域。
背景技术
传统燃煤锅炉会产生大量的烟气，同时烟气中含有大量的SO2和NOx，如不对其进行处理会造成严重的空气污染。
对于SO2的去除主要是通过碱性物质对SO2进行吸收，常有的吸收剂有石灰石，石灰，氧化镁，氨水和海水等，其中石灰石具有来源广，成本低等优点，为最常用的吸收剂。石灰石吸收法又可分为干法和湿法，相对于干法，湿法的去除效率更高，故其为行业主流脱硫工艺，得到大量应用，但湿法会产生大量的脱硫废水，因此废水的有效处理对于脱硫十分关键。
对于烟气中NOx的去除有还原法和氧化法。
还原法主要是通过氨水和尿素来还原烟气中的NOx，根据是否使用催化剂可分为SCR和SNCR。其中，SNCR是在高温(800℃-1100℃)下使用氨直接和NOx反应生成氮气，但其脱硝效率较低，约为30％-70％，而SCR是在催化剂的作用下，在较低的温度(300℃-400℃)下通过氨将NOx还原成氮气，其脱硝效率约为80％-95％，但其运行成本较高。
氧化法是通过氧化剂把烟气中的NO氧化为NO2，相对与NO，NO2更易溶于水，因此能够被脱硫碱液吸收，从而达到脱硝的作用。该方法特别适用于小于锅炉，及用于与SNCR脱硝工艺的补充，进一步降低烟气中NOx的浓度。但该方法也会给脱硫废水带来大量难以处理的硝酸盐氮。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种烟气及其废水的处理方法，该处理方法可以同时进行脱硫脱硝以及废水处理。
本发明的另一目的在于提供一种烟气及其废水的处理装置，该处理装置可以同时进行脱硫脱硝以及废水处理。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种烟气及其废水的处理方法，该处理方法包括以下步骤：
将待处理的烟气与氧化剂混合，进行氧化处理，将烟气中的NO氧化为NO2，NO的氧化率为80％以上；
氧化处理的出气大部分与石灰石浆液混合，脱除NO2和SO2，得到直接达标排放的烟气和石膏浆液；
石膏浆液经过固液分离，分离出石膏和废水，其中NO2和SO2的吸收率为90％以上；另一小部分的氧化处理后的废气同氢氧化铁混合，生成硫酸亚铁溶液；
将废水与得到的硫酸亚铁溶液混合，添加碱调节pH至9-10，混合反应2h-4h；反应后，废水中95％以上的硝酸盐氮转换为氨氮和氮气；
混合反应后的出水进行沉淀分离，沉淀分离后的废水，在蒸汽的作用下，脱除废水中氨氮，氨氮脱除率为99％以上，向脱除氨氮的废水中添加盐酸，调节pH至6-9，实现废水达标排放，完成对烟气的脱硫脱硝并且废水直接达标排放的处理。
在本发明的烟气及其废水的处理方法中，首先，烟气中的NO经过氧化后转化为NO2，氧化后的烟气与石灰石浆液混合，除去烟气中的NO2和SO2，脱硫脱硝后的烟气可以直接达标排放；石膏浆液经过固液分离后，生成石膏直接外运，废水同氢氧化亚铁和硫酸亚铁在碱性条件下进行混合反应，混合反应后硝酸盐转化为氨氮，金属离子转化为氢氧化物沉淀，经过沉淀分离，废水通过气蒸脱除氨氮，最后进行中和，实现废水的达标排放。本发明的烟气的处理方法可以同时处理烟气中的硫化物、氮化物和废水，以实现烟气和废水均能直接达标排放。
本发明的烟气及其废水的处理方法中，大部分的烟气与石灰石浆液混合脱除NO2和SO2，脱硫脱硝后的石灰浆液再经过固液分离器，分离出石膏和废水。小部分的烟气与氢氧化铁进行还原反应，烟气中的SO2同氢氧化铁反应生成硫酸亚铁溶液(如下式所示)，并经过沉淀池去除溶液中的悬浮物；剩余的SO2回流至氧化处理后的出料烟气中，被进一步净化。
SO2+Fe(OH)3→FeSO4+H2O
在本发明的一具体实施方式中，该烟气的处理方法中还包括以下步骤：
将待处理的烟气进行氧化处理后，一部分氧化处理的出气与石灰石浆液反应脱除NO2和SO2，另一部分氧化处理的出气与氢氧化铁混合，进行还原处理，得到硫酸亚铁溶液。
在本发明的一具体实施方式中，采用的氧化剂为H2O2或O3。采用的碱为液碱或石灰乳。
在本发明的一具体实施方式中，氧化处理时，以氧化剂和烟气中的NO的摩尔比计，投加比为0.8-1.1：1。其中，氧化处理的出气的一部分与石灰石浆液混合，石灰石浆液添加量以控制pH在5-6为准。另一部分氧化出气与氢氧化铁浆液反应，氢氧化铁浆液的添加量以控制pH在1.0-2为准。
在本发明的烟气及其废水的处理方法中，废水与碱和还原处理得到的硫酸亚铁溶液，调节pH至9-10，反应2-4h后，废水中的硝酸盐被还原成氨氮和氮气，硝酸盐的还原率大于95％，重金属离子转换为难溶的氢氧化物，然后再在沉淀池中进行沉淀，固体为氢氧化铁沉淀作为还原剂回流至还原处理单元。
在本发明的烟气及其废水的处理方法中，固液分离后的废水，在蒸汽的作用下脱除废水中氨氮，氨氮脱除率可以达到99％以上，脱除氨氮后废水中添加盐酸，调节pH至6-9即可排放。汽蒸产生的氨气在在吸收塔中被水或硫酸吸收，生成氨水或硫酸铵，其中氨水可以作用SNCR法的原料用于脱硝，硫酸铵可以外运资源化处理。
本发明还提供了一种上述烟气及其废水的处理方法采用的处理装置，该处理装置包括依次连通的石灰石喷淋塔、固液分离设备、混合反应池、第一沉淀池、蒸氨塔以及中和池。
在本发明的一具体实施方式中，该处理装置还包括还原塔，还原塔与石灰石喷淋塔连通。用于将还原反应剩余的SO2输送至石灰石喷淋塔。
在本发明的一具体实施方式中，该处理装置还包括第二沉淀池，第二沉淀池分别与还原塔和混合反应池连通。第二沉淀池用于将还原反应得到的出液进行沉淀分离，除去出液中的悬浮物，得到的硫酸亚铁作为还原剂至混合反应池。
在本发明的一具体实施方式中，该处理装置还包括氨气吸收塔，氨气吸收塔与蒸氨塔连通。氨气吸收塔用于回收氨气。
本发明的烟气及其废水的处理装置具体用于处理烟气时，包括以下步骤：
首先，烟气中的NO经过氧化后转化为NO2，然后大部分的烟气进入石灰脱硫塔中去除NO2和SO2达到脱硫脱硝的目的，石膏浆液经过固液分离后，生成石膏外运，废水进入混合反应池反应，反应后硝酸盐转化为氨氮和氮气，金属离子转化为氢氧化物沉淀；然后在沉淀池中分离，废水继续进入蒸氨塔中，通过气蒸脱除氨氮，最后进入中和池中和后达标排放。
其中，大部分的烟气被石灰石喷淋塔脱除NO2和SO2，脱硫脱硝后的石灰浆液再经过固液分离器，分离出石膏和废水。小部分的烟气进入氢氧化铁还原塔，烟气中的SO2同氢氧化铁浆液反应生成硫酸亚铁溶液，并经过沉淀池去除溶液中的悬浮物，剩余的SO2继续进入石灰石喷淋塔中，被进一步净化。
其中，在混合反应池中的碱和还原塔的硫酸亚铁溶液的作用下，调节废水pH至9-10，反应2-4h后，废水中的硝酸盐被还原成氨氮和氮气，硝酸盐的还原率大于95％，重金属离子转换为难溶的氢氧化物(如下式所示)，在沉淀池中进行沉淀，固体回流至还原塔中。
8Fe(OH)2+6H2O+NO3 -→8Fe(OH)3+NH3+OH-
10Fe(OH)2+6H2O+2NO3 -→10Fe(OH)3+N2+2OH-
Me++OH-→MeOH
其中，沉淀分离后的废水，进入蒸氨塔中，在蒸汽的作用下脱除废水中氨氮，氨氮脱除率可以达到99％以上，脱除氨氮后废水在中和池中，通过添加盐酸调节pH至6-9即可排放。汽蒸产生的氨气在在吸收塔中被水或硫酸吸收，生成氨水或硫酸铵，其中氨水可以作用SNCR法的原料用于脱硝，硫酸铵可以外运资源化处理。
本发明的烟气及其废水的处理方法和处理装置可以实现同时对烟气中的硫化物、氮化物和废水的处理，不再需要建设专用的废水处理设施。
附图说明
图1为实施例1的烟气及其废水的处理装置的结构示意图。
主要附图符号说明：
1、石灰石喷淋塔；2、固液分离设备；3、混合反应池；4、第一沉淀池；5、蒸氨塔；6中和池；7、氢氧化铁还原塔；8、第二沉淀池；9、氨气吸收塔。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
如图1所示，本实施例首先提供了一种烟气及其废水的处理装置，该处理装置包括依次连通的石灰石喷淋塔1、固液分离设备2、混合反应池3、第一沉淀池4、蒸氨塔5、中和池6。氢氧化铁还原塔7，氢氧化铁还原塔7与石灰石喷淋塔1连通。第二沉淀池8，第二沉淀池8分别与氢氧化铁还原塔7和混合反应池3连通。氨气吸收塔9，氨气吸收塔9与蒸氨塔5连通。
本实施例还提供了利用上述处理装置完成的烟气及其废水的处理方法，包括以下步骤：
在烟道中投加氧化剂(H2O2/O3)，烟气中的NO氧化成易溶于水的NO2，NO的氧化率可达到80％以上。
大部分的烟气进入石灰石喷淋塔，脱除NO2和SO2，脱硫脱硝后的石灰浆液再经过固液分离设备，分离出石膏和废水，其中NO2和SO2的吸收率可达90％以上。
小部分的烟气进入氢氧化铁还原塔，其中的SO2同氢氧化铁反应生成硫酸亚铁溶液，并经过沉淀池去除溶液中的悬浮物，剩余的SO2继续进入石灰石喷淋塔中，进一步净化。
脱硫废水在混合反应池中被投加碱，和来自氢氧化铁还原塔中的氢氧化亚铁溶液并被调节pH至9-10，反应2-4h后，废水中的硝酸盐被还原成氨氮和氮气，硝酸盐的还原率大于95％，重金属离子转换为难溶的氢氧化物，然后再在沉淀池中进行沉淀，固体回流至氢氧化铁还原塔中。
沉淀分离后的废水，进入蒸氨塔中，在蒸汽的作用(0.5MPa)下被脱除废水中氨氮，氨氮脱除率可以达到99％以上，脱除氨氮后废水在中和池中，通过添加盐酸调节pH至6-9即可排放。
汽蒸产生的氨气在在吸收塔中被水或硫酸吸收，生成氨水或硫酸铵，其中氨水可以作用SNCR法的原料用于脱硝，硫酸铵可以外运资源化处理。
其中，模拟烟气300m3/h，NO 150mg/Nm3，SO2 1500mg/Nm3，温度25℃。采用中试设备进行实验，石灰石喷淋塔的直径为500mm，高度1800mm，氢氧化铁还原塔的直径为200mm，高度1800mm，臭氧投加量为216mg/Nm3，O3和NO的摩尔比为0.9：1，经过臭氧氧化后NO的转化率为81.3％，其中40％的烟气进入氢氧化铁还原塔反应后再同剩余60％的烟气进入石灰石喷淋，最终出水出口NO浓度为80.2mg/Nm3，SO2出口浓度为116mg/Nm3。其中脱硫塔的pH为5.5，氢氧化铁还原塔的pH为1.2。脱硫废水中硝酸盐氮浓度为815mg/L，在混合反应池中被氢氧化亚铁还原后，硝酸盐氮浓度为8.8mg/L，氨氮浓度为657mg/L，反应条件为pH＝9.5，时间4h。
最后再经过蒸氨塔脱除后，废水氨氮浓度为4.6mg/L，总氮浓度为13.4mg/L。

Claims (10)

1.一种烟气及其废水的处理方法，该处理方法包括以下步骤：
将待处理的烟气与氧化剂混合，进行氧化处理，将烟气中的NO氧化为NO2，NO的氧化率为80％以上；
氧化处理的出气的一部分与石灰石浆液混合，脱除NO2和SO2，得到直接达标排放的烟气和石膏浆液；另一部分氧化出气与氢氧化铁浆液反应得到硫酸亚铁溶液；
所述石膏浆液经过固液分离，分离出石膏和废水，其中NO2和SO2的吸收率为90％以上；
将所述废水与得到的硫酸亚铁溶液混合，添加碱调节pH至9-10，混合反应2h-4h，反应后废水中95％以上的硝酸盐转化为氨氮和氮气；
混合反应后的出水进行沉淀分离，沉淀分离后的废水，在蒸汽的作用下，脱除废水中氨氮，氨氮脱除率为99％以上，向脱除氨氮的废水中添加盐酸，调节pH至6-9，实现废水达标排放，完成对烟气的脱硫脱硝并且废水直接达标排放的处理。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述氧化剂为H2O2或O3；
优选地，所述碱为液碱或石灰乳。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其中，氧化处理时，氧化剂和烟气中的NO的摩尔比为0.8-1.1：1。
4.根据权利要求1所述的处理方法，其中，氧化处理的出气的一部分与石灰石浆液混合，调节pH为5-6。
5.根据权利要求1所述的处理方法，其中，另一部分氧化出气与氢氧化铁浆液反应，控制pH在1.0-2。
6.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述在蒸汽作用下脱除废水中的氨氮时，蒸汽压力大于0.2MPa。
7.一种权利要求1-6任一项所述的烟气及其废水的处理方法采用的处理装置，该处理装置包括依次连通的石灰石喷淋塔、固液分离设备、混合反应池、第一沉淀池、蒸氨塔以及中和池。
8.根据权利要求7所述的处理装置，其中，该处理装置还包括还原塔，所述还原塔与石灰石喷淋塔连通。
9.根据权利要求7所述的处理装置，其中，该处理装置还包括第二沉淀池，所述第二沉淀池分别与还原塔和混合反应池连通。
10.根据权利要求7所述的处理装置，其中，该处理装置还包括氨气吸收塔，所述氨气吸收塔与所述蒸氨塔连通。
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