CN115246693A - 等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统及方法，包含高温过滤系统、冷却结晶器和硫酸钙沉淀池，高温过滤系统的进水口连接高盐废水，高温过滤系统的出水口连接冷却结晶器的进水口，冷却结晶器的出水口连接硫酸钙沉淀池的进口，硫酸钙沉淀池下端结晶出口排出硫酸钙晶体。本发明利用硫酸钙在盐酸中溶解度特性，实现了无添加、无二次污染的从高盐水中分离硫酸钙，简化了高盐废水处理的工艺流程并降低了回收成本。

Description

等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统及方法
技术领域
本发明涉及一种硫酸钙回收系统及方法，特别是一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统及方法，属于高盐废水资源化回收利用领域。
背景技术
工业高盐废水中的氯盐和硫酸盐等都具有实际存在的利用价值，直接浓缩排放会造成环境的污染和资源的浪费，因此需对高盐废水中的盐类进行回收利用。但高盐废水往往成分复杂，需要对不同盐类进行分别处理和回收利用。
等离子体飞灰熔融技术是一种新兴的飞灰无害化、资源化处理工艺，其烟气水洗产生的废水是一种盐含量高达15%~23%的高盐废水，化学成分复杂，含大量Na+、Cl-、SO4 2-、Ca2+以及H+。目前在我国高盐废水领域对该类高盐废水的资源化技术甚少涉及。在实际运行过程中，高盐废水中高浓度的SO4 2-、Ca2+会使烟气水洗过程、废水降温及输送过程中出现析晶现象，引起管道堵塞问题，产生的硫酸钙固体会导致废水中不溶性固体颗粒物含量增高，增加固体危险废物排放量。同时，废水中高浓度的SO4 2-需要投加钡盐或钙盐等方式分离。
氯碱行业中，采用投加钡盐或钙盐去除SO4 2-，以满足浓度<5g/L的行业要求，但该方法存在药剂投加量大、运行成本高、且存在二次污染的风险。
专利《等离子体烟气处理高浓度盐水中分离SO4 2-制CaSO4的方法与系统》（CN109231252 B）中通过纳滤膜分离浓缩SO4 2-，并加入氯化钙溶液，从废水中分离SO4 2-制得CaSO4，最终实现SO4 2-的分离和回收。但是该回收工艺系统复杂、需投加氯化钙溶液，增加药剂成本及蒸发结晶蒸发能耗。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统及方法，回收工艺简单且成本低廉。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：包含高温过滤系统、冷却结晶器和硫酸钙沉淀池，高温过滤系统的进水口连接高盐废水，高温过滤系统的出水口连接冷却结晶器的进水口，冷却结晶器的出水口连接硫酸钙沉淀池的进口，硫酸钙沉淀池下端结晶出口排出硫酸钙晶体。
进一步地，所述高温过滤系统包含粗过滤器和精密过滤器，粗过滤器的进水口连接高盐废水，粗过滤器的出水口连接精密过滤器的进水口，精密过滤器的出水口与冷却结晶器的进水口连接。
进一步地，所述粗过滤器和精密过滤器上设置有反冲洗装置。
进一步地，所述反冲洗装置包含第一提升泵，第一提升泵的进水口与硫酸钙沉淀池出水口连接，粗过滤器和精密过滤器的上端设置有与滤网内腔连通的反冲洗进水口，粗过滤器和精密过滤器的侧面下端设置有反冲洗出水口，第一提升泵的第一出水口与粗过滤器和精密过滤器上端反冲洗进水口连接，第一提升泵的第二出水口连接高盐水净化系统。
进一步地，所述冷却结晶器包含结晶器罐体、外部夹层、内部盘管和第二提升泵，结晶器罐体侧面上端开有循环进水口，结晶器罐体上端开有进水口，结晶器罐体下端开有出水口，结晶器罐体下端出水口分别连接第二提升泵一端和硫酸钙沉淀池进口，第二提升泵的另一端连接结晶器罐体的循环进水口，外部夹层设置在结晶器罐体的外侧，外部夹层侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层上端开有夹层冷却水出口，内部盘管固定在结晶器罐体内侧并且内部盘管下端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体下端，内部盘管上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体上端。
进一步地，所述冷却结晶器包含结晶器罐体、外部夹层、内部列管和第二提升泵，结晶器罐体侧面下端开有循环进水口，结晶器罐体上端开有进水口，结晶器罐体下端开有出水口，结晶器罐体下端出水口分别连接第二提升泵一端和硫酸钙沉淀池进口，第二提升泵的另一端连接结晶器罐体的循环进水口，外部夹层设置在结晶器罐体的外侧，外部夹层侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层上端开有夹层冷却水出口，内部列管固定在结晶器罐体内侧并且内部列管上端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体下端，内部列管上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体上端。
进一步地，所述冷却结晶器还包含搅拌器，结晶器罐体下端为弧形，搅拌器采用与结晶器罐体底部形状匹配的U型搅拌器。
一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的回收方法，其特征在于包含以下步骤：
烟气水洗废水进入粗过滤器将大颗粒不溶性固体分离，粗过滤器的滤液进入精密过滤器，精密过滤器将小颗粒的不溶性固体颗粒去除，精密过滤器的滤液进入冷却结晶器，粗过滤器和精密过滤器滤网上的不溶性颗粒物定期通过反冲洗设备进行反洗；
在冷却结晶器中，溶液降温后硫酸钙晶体结晶析出，降温溶液进入硫酸钙沉淀池；
在硫酸钙沉淀池中，硫酸钙晶体与溶液完全分离，上层清液大部分通过提升泵排至高盐水净化系统，小部分用于高温过滤器的反冲洗。
进一步地，烟气水洗废水为80℃-95℃高温废水，冷却结晶器将高盐水冷却至25℃-40℃，CaSO4溶解度可以降低70-80%，大量的高纯度硫酸钙晶体从溶液中结晶析出。
进一步地，当需要进一步降低SO4 2-浓度时，则加入适量Ca2+。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明针对等离子体飞灰熔融烟气水洗产生的高盐（15%~23%）、高SO4 2-（10-20g/L）、强酸性（0.5-1.1mol/L）废水，进行硫酸钙的分离及资源化，区别于传统的加盐分离或去除工艺，本发明利用硫酸钙在盐酸中溶解度特性，实现了无添加、无二次污染的从高盐水中分离硫酸钙；
2、本发明的冷却结晶器采用内部废水强制循环，并通过内管和外夹层配合，实现了高效的冷却速度和效果；
3、高温过滤器将不溶性固体颗粒与硫酸钙晶体分离，有效改善水洗废水不溶性固体颗粒物含量高的问题；
4、高温过滤器反冲洗采用分离硫酸钙固体后的高盐水，减少外部水的引入，降低高盐水处理系统的处理负荷。
附图说明
图1是本发明的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的示意图。
图2是本发明的冷却结晶器的示意图。
图3是本发明的硫酸钙在不同浓度及温度的盐酸中的溶解度特性表。
具体实施方式
为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，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晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明的一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，包含高温过滤系统、冷却结晶器4和硫酸钙沉淀池5，高温过滤系统的进水口连接高盐废水，高温过滤系统的出水口连接冷却结晶器4的进水口，冷却结晶器4的出水口连接硫酸钙沉淀池5的进口，硫酸钙沉淀池5下端结晶出口排出硫酸钙晶体。
高温过滤系统包含粗过滤器1和精密过滤器2，粗过滤器1的进水口连接高盐废水，粗过滤器1的出水口连接精密过滤器2的进水口，精密过滤器2的出水口与冷却结晶器4的进水口连接。粗过滤器，采用砂滤过滤器或刮刀自清洗过滤器，配备反冲洗设备，材质选用钢衬玻璃钢、钢衬陶瓷、钛材或者碳化硅。精密过滤器，采用袋式、芯式或篮式过滤器，配备反冲洗设备。
粗过滤器1和精密过滤器2上设置有反冲洗装置。反冲洗装置包含第一提升泵6，第一提升泵6的进水口与硫酸钙沉淀池5出水口连接，粗过滤器1和精密过滤器2的上端设置有与滤网内腔连通的反冲洗进水口，粗过滤器1和精密过滤器2的侧面下端设置有反冲洗出水口，第一提升泵6的第一出水口与粗过滤器1和精密过滤器2上端反冲洗进水口连接，第一提升泵6的第二出水口连接高盐水净化系统。高温过滤系统中的反冲洗设备采用冷却结晶后的高盐水进行冲洗，避免外部水的引入。
如图2所示，冷却结晶器4包含结晶器罐体7、外部夹层8、内部盘管9和第二提升泵3，结晶器罐体7侧面上端开有循环进水口，结晶器罐体7上端开有进水口，结晶器罐体7下端开有出水口，结晶器罐体7下端出水口分别连接第二提升泵3一端和硫酸钙沉淀池5进口，第二提升泵3的另一端连接结晶器罐体7的循环进水口，外部夹层8设置在结晶器罐体7的外侧，外部夹层8侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层8上端开有夹层冷却水出口，内部盘管9固定在结晶器罐体7内侧并且内部盘管9下端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体7下端，内部盘管9上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体7上端。冷却结晶器4还包含搅拌器10，结晶器罐体7下端为弧形，搅拌器10采用与结晶器罐体底部形状匹配的U型搅拌器。冷却结晶器采用间接换热反应釜，反应釜外壁设置冷却水夹套，内部设置已拆卸的盘管或列管，管内走冷却水。反应釜材质选用钢衬玻璃钢或搪瓷，换热管材质选用石墨、碳化硅或钛。冷却结晶器设置循环管路，高盐水通过循环泵进行强制循环换热。冷却结晶器底部为圆锥形，便于沉积在底部的硫酸钙晶体外排。
实施例2：
如图1所示，本发明的一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，包含高温过滤系统、冷却结晶器4和硫酸钙沉淀池5，高温过滤系统的进水口连接高盐废水，高温过滤系统的出水口连接冷却结晶器4的进水口，冷却结晶器4的出水口连接硫酸钙沉淀池5的进口，硫酸钙沉淀池5下端结晶出口排出硫酸钙晶体。
高温过滤系统包含粗过滤器1和精密过滤器2，粗过滤器1的进水口连接高盐废水，粗过滤器1的出水口连接精密过滤器2的进水口，精密过滤器2的出水口与冷却结晶器4的进水口连接。
粗过滤器1和精密过滤器2上设置有反冲洗装置。反冲洗装置包含第一提升泵6，第一提升泵6的进水口与硫酸钙沉淀池5出水口连接，粗过滤器1和精密过滤器2的上端设置有与滤网内腔连通的反冲洗进水口，粗过滤器1和精密过滤器2的侧面下端设置有反冲洗出水口，第一提升泵6的第一出水口与粗过滤器1和精密过滤器2上端反冲洗进水口连接，第一提升泵6的第二出水口连接高盐水净化系统。
如图2所示，冷却结晶器4包含结晶器罐体7、外部夹层8、内部列管和第二提升泵3，结晶器罐体7侧面上端开有循环进水口，结晶器罐体7上端开有进水口，结晶器罐体7下端开有出水口，结晶器罐体7下端出水口分别连接第二提升泵3一端和硫酸钙沉淀池5进口，第二提升泵3的另一端连接结晶器罐体7的循环进水口，外部夹层8设置在结晶器罐体7的外侧，外部夹层8侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层8上端开有夹层冷却水出口，内部列管固定在结晶器罐体7内侧并且内部列管下端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体7下端，内部列管上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体7上端。冷却结晶器4还包含搅拌器10，结晶器罐体7下端为弧形，搅拌器10采用与结晶器罐体底部形状匹配的U型搅拌器。
实施例3：
一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的回收方法，包含以下步骤：
烟气水洗废水进入粗过滤器将大颗粒不溶性固体分离，粗过滤器的滤液进入精密过滤器，精密过滤器将小颗粒的不溶性固体颗粒去除，精密过滤器的滤液进入冷却结晶器，粗过滤器和精密过滤器滤网上的不溶性颗粒物定期通过反冲洗设备进行反洗。
烟气水洗废水为80℃-95℃高温废水，含有Na+、Cl-、SO4 2-、Ca2+以及H+等离子，废水盐含量为15%~23%，H+浓度为0.5~1.1mol/L, SO4 2-浓度为10~20g/L， Ca2+浓度为3~7g/L。
在冷却结晶器中，溶液降温后硫酸钙晶体结晶析出，降温溶液进入硫酸钙沉淀池。
冷却结晶器将高盐水冷却至25℃-40℃，根据硫酸钙在不同浓度及温度的盐酸中的溶解度特性如图3所示，将高温水洗废水（80℃-95℃，H+浓度为0.5-1.1mol/L）冷却至25℃-40℃，CaSO4溶解度可以降低75%左右。大量的高纯度硫酸钙晶体从溶液中结晶析出。若需进一步降低SO4 2-浓度，可引入适量Ca2+。
在硫酸钙沉淀池中，硫酸钙晶体与溶液完全分离，上层清液大部分通过提升泵排至高盐水净化系统，小部分用于高温过滤器的反冲洗。硫酸钙沉淀池，采用立式沉淀池或斜板沉淀池，设置易拆卸和清理结构，材质选用钢衬玻璃钢、钢衬环氧树脂或防腐涂层。冷却结晶器及硫酸钙沉淀池设置成易拆卸清理型式，保证了硫酸钙在设备中的结晶析出和收集，避免了烟气水洗废水在设备和管道内的堵塞问题。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：包含高温过滤系统、冷却结晶器和硫酸钙沉淀池，高温过滤系统的进水口连接高盐废水，高温过滤系统的出水口连接冷却结晶器的进水口，冷却结晶器的出水口连接硫酸钙沉淀池的进口，硫酸钙沉淀池下端结晶出口排出硫酸钙晶体。
2.根据权利要求1所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述高温过滤系统包含粗过滤器和精密过滤器，粗过滤器的进水口连接高盐废水，粗过滤器的出水口连接精密过滤器的进水口，精密过滤器的出水口与冷却结晶器的进水口连接。
3.根据权利要求2所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述粗过滤器和精密过滤器上设置有反冲洗装置。
4.根据权利要求3所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述反冲洗装置包含第一提升泵，第一提升泵的进水口与硫酸钙沉淀池出水口连接，粗过滤器和精密过滤器的上端设置有与滤网内腔连通的反冲洗进水口，粗过滤器和精密过滤器的侧面下端设置有反冲洗出水口，第一提升泵的第一出水口与粗过滤器和精密过滤器上端反冲洗进水口连接，第一提升泵的第二出水口连接高盐水净化系统。
5.根据权利要求1所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述冷却结晶器包含结晶器罐体、外部夹层、内部盘管和第二提升泵，结晶器罐体侧面上端开有循环进水口，结晶器罐体上端开有进水口，结晶器罐体下端开有出水口，结晶器罐体下端出水口分别连接第二提升泵一端和硫酸钙沉淀池进口，第二提升泵的另一端连接结晶器罐体的循环进水口，外部夹层设置在结晶器罐体的外侧，外部夹层侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层上端开有夹层冷却水出口，内部盘管固定在结晶器罐体内侧并且内部盘管下端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体下端，内部盘管上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体上端。
6.根据权利要求1所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述冷却结晶器包含结晶器罐体、外部夹层、内部列管和第二提升泵，结晶器罐体侧面下端开有循环进水口，结晶器罐体上端开有进水口，结晶器罐体下端开有出水口，结晶器罐体下端出水口分别连接第二提升泵一端和硫酸钙沉淀池进口，第二提升泵的另一端连接结晶器罐体的循环进水口，外部夹层设置在结晶器罐体的外侧，外部夹层侧面下端开有夹层冷却水进口，外部夹层上端开有夹层冷却水出口，内部列管固定在结晶器罐体内侧并且内部列管上端盘管冷却水进口固定在结晶器罐体下端，内部列管上端盘管冷却水出口固定在结晶器罐体上端。
7.根据权利要求5或6所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统，其特征在于：所述冷却结晶器还包含搅拌器，结晶器罐体下端为弧形，搅拌器采用与结晶器罐体底部形状匹配的U型搅拌器。
8.一种权利要求1-7任一项所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的回收方法，其特征在于包含以下步骤：
烟气水洗废水进入粗过滤器将大颗粒不溶性固体分离，粗过滤器的滤液进入精密过滤器，精密过滤器将小颗粒的不溶性固体颗粒去除，精密过滤器的滤液进入冷却结晶器，粗过滤器和精密过滤器滤网上的不溶性颗粒物定期通过反冲洗设备进行反洗；
在冷却结晶器中，溶液降温后硫酸钙晶体结晶析出，降温溶液进入硫酸钙沉淀池；
在硫酸钙沉淀池中，硫酸钙晶体与溶液完全分离，上层清液大部分通过提升泵排至高盐水净化系统，小部分用于高温过滤器的反冲洗。
9.根据权利要求8所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的回收方法，其特征在于：烟气水洗废水为80℃-95℃高温废水，冷却结晶器将高盐水冷却至25℃-40℃，CaSO4溶解度可以降低70-80%，大量的高纯度硫酸钙晶体从溶液中结晶析出。
10.根据权利要求9所述的等离子体飞灰熔融烟气水洗废水中硫酸钙回收系统的回收方法，其特征在于：当需要进一步降低SO4 2-浓度时，则加入适量Ca2+。
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