CN209338137U - 一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，包括第一反应池，其用于分离钙离子，所述第一反应池入水口通过预处理单元与脱硫塔连接；所述第一反应池出水口连通第一管式膜装置；第二反应池，其用于分离镁离子，所述第二反应池入水口与第一管式膜装置的出液口相连通；所述第二反应池的出水口连通氢氧化镁提纯单元；本实用新型在软化脱硫废水的过程中，提高了氢氧化镁的纯度，以使其达到可以应用或出售的标准，从而产生经济效益，在处理废水的同时实现变废为宝，符合节能减排的理念。

Description

一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统

技术领域

本实用新型属于废水处理技术领域，具体涉及一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统。

背景技术

我国是一个煤炭大国，统计显示，全国90％的SO₂排放量来自于燃煤，燃煤SO₂的控制更显得迫在眉睫。目前，减少SO₂污染的途径有燃烧前脱硫、燃烧中脱硫和燃烧后脱硫三类。FGD技术属于燃烧后脱硫技术。按脱硫剂性质，FGD技术可分为钙法、镁法、钠法、氨法、有机碱法五种方法。其中钙法脱硫的主要成分为CaCO₃(石灰石)，由于石灰石价格便宜、获取简单，故世界上90％以上的商业化技术使用的都是钙法。目前美国、日本和德国都是以燃烧后脱硫系统为主。按照脱硫剂的存在形式，可分为湿法、半干和干法脱硫三种方法。湿法烟气脱硫技术以其设备简易、脱硫效率高、成本低等优点，在世界上的烟气脱硫技术中占主导地位。其中应用最广泛的治理技术为钙基湿法烟气脱硫技术。但是，在脱除SO₂的同时，也产生了大量的脱硫废水。由于我国主要以钙基湿法烟气脱硫技术为主，所以脱硫废水的主要成分包括Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、COD、重金属离子、悬浮物。

目前，常见的脱硫废水处理手段有以下几种：

化学沉淀法，主要依靠投加大量的纯碱和烧碱来实现。此方法操作简单，能去除大部分COD、重金属离子、悬浮物和二价阳离子。但是，Cl^-和SO₄ ^2-浓度没有降低，且产生大量的泥水混合废物，没有回收有价值的镁离子；且加药量大，经济成本高。

蒸发法(烟道蒸发法)，利用热能将废水蒸发。用此方法处理脱硫废水非常简单。但是，成本非常高，且处理量小。此方法并没有实质性的处理污染物，只是将污染物从液相中，转移到气相中，这就会造成周围环境盐污染、增加烟气中重金属量。另外，在蒸发浓缩过程前，需要进行软化预处理，此过程需要消耗大量药剂，成本代价高。在蒸发浓缩过程中，高浓度的Cl^-会对蒸发设备、烟道造成严重的不可修复的腐蚀，故需要投入大量资金建设耐腐蚀的蒸发设备的烟道。

近年来有学者在化学沉淀法原理的基础上进行了改进，提出了新的处理脱硫废水的方法，主要技术为：将电厂排放的烟道气通入脱硫废水，同时加入Ca(OH)₂，将钙离子大量沉淀；然后，向液相中加入NaOH来制取Mg(OH)₂。但是，此方法也有严重的缺陷。第一，烟道气中不仅含有CO₂，还有一些其他成分，将烟道气通入反应池会阻碍反应。第二，此方法需要将钙镁分离，最终制取Mg(OH)₂，但是在反应过程中却加入大量的Ca(OH)₂，又一次引入Ca²⁺这样不利于钙镁分离。第三，由于钙镁分离不彻底，所以按此工艺路线，最终得到的Mg(OH)₂中必然含有Ca(OH)₂，纯度低故经济效益低。第四，此方法未提及Cl^-、SO₄ ^2-的去向及处理处置。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统。

其在软化废水的过程中，将钙镁离子分步处理，制取氢氧化镁产品，产生经济效益，且能够大量降低成本。且过程中所有产水均回流至前端继续处理，末端产水回用，实现废水零排放，节约水资源，经济性高。

本实用新型为达到上述技术目的，所采用的技术方案如下：

本实用新型包括：

第一反应池，其用于分离钙离子，所述第一反应池入水口通过预处理单元与脱硫塔连接；所述第一反应池出水口连通第一管式膜装置；在第一反应池中投加易溶的碳酸盐，使钙离子转化为碳酸钙沉淀，从而使其从反应体系中分离出来。

第二反应池，其用于分离镁离子，所述第二反应池入水口与第一管式膜装置的出液口相连通；所述第二反应池的出水口连通氢氧化镁提纯单元。通过在第二反应池中投加氢氧根离子，优选氢氧化钠或氢氧化钾，使镁离子转化为氢氧化镁沉淀，从而从体系中分离出来。

作为本实用新型的进一步改进，所述预处理单元包括均质池；所述均质池的入水口通过脱硫废水管道连通脱硫塔；所述均质池出水口与所述第一反应池相连通。由于从脱硫塔直接出来的脱硫废水中存在很多难溶性物质，且水质水量存在一定的波动性，因此需要利用均质池进行均质，使脱硫废水中的难溶物得到初步沉降，上层清液导入下一级反应装置中，以除去这些物质对后续反应的影响。

作为本实用新型的进一步改进，所述氢氧化镁提纯单元包括进液口与所述第二反应池连通的第二管式膜装置；所述第二管式膜装置的出泥口连通第二板框压滤机。氢氧化镁是本实用新型处理废水过程中的副产品，经过第二管式膜装置的过滤，经过第二板框压滤机的脱水浓缩，得到的氢氧化镁产品纯度很高。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二管式膜装置出液口连通膜浓缩装置。膜浓缩装置可以对从第二管式膜装置中过滤出来的滤液进行进一步除杂提纯，从而得到纯度很高的水，可以作为生产用水回用，从而实现零排放的目的。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一板框压滤机的出液口与所述均质池相连通。用第一板框压滤机对碳酸钙沉淀的泥料进行进一步脱水浓缩，脱下的水回流进入均质池中进行重新循环，使没有完全反应的钙离子和镁离子进行再次反应，从而使钙镁离子分离的更充分。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二板框压滤机出液口与所述均质池相连通。用第二板框压滤机对生成的氢氧化镁沉淀泥料进行进一步脱水浓缩，脱下的水回流进入均质池中进行重新循环，使没有完全反应的钙离子和镁离子进行再次反应，从而使钙镁离子分离更加充分。

作为本实用新型的进一步改进，所述第二板框压滤机的固体物料出口连接纳米研磨机，得到纳米级高纯度氢氧化镁产品。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

氢氧化镁是一种应用广泛的化学物质，一般制取氢氧化镁都是采用美菱矿进行制取。而本实用新型在软化脱硫废水的过程中，将钙镁离子进行分步处理，即生成碳酸钙，除去钙离子，然后再加入氢氧化钠或氢氧化钾，生成氢氧化镁，从而制取高纯度的氢氧化镁，可以利用副产品氢氧化镁产生的经济效益大量降低脱硫废水处理过程中的成本，一举两得，真正实现了变废为宝；且过程中所有产水均回流至前端继续处理，末端产水回用，实现废水零排放，节约水资源，经济性高。

管式膜的优点在于，强制性过滤，过滤效率高；截留半径20nm，方便截留氢氧化镁沉淀；能明显解决传统沉淀方法中的挂壁问题；自动化程度高，占地面积小。

附图说明

附图1为本实用新型结构示意图；

附图2为本实用新型的工艺流程图。

附图中：1-脱硫塔；2-均质池；3-第一反应池；4-第一管式膜装置；5-第一板框压滤机；6-第二反应池；7-第二管式膜装置；8-第二板框压滤机；9-膜浓缩装置；10-纳米研磨机；附图中箭头表示物料的流入方向。

具体实施方式

下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型包括：

第一反应池3，其用于分离钙离子，所述第一反应池3入水口通过预处理单元与脱硫塔1连接；所述第一反应池3出水口连通第一管式膜装置4；在第一反应池中投加易溶的碳酸盐，使钙离子转化为碳酸钙沉淀，从而使其从反应体系中分离出来。

第二反应池6，其用于分离镁离子，所述第二反应池6入水口与第一管式膜装置4的出液口相连通；所述第二反应池的出水口连通氢氧化镁提纯单元。通过在第二反应池6中投加氢氧根离子，优选氢氧化钠或氢氧化钾，使镁离子转化为氢氧化镁沉淀，从而从体系中分离出来。

所述预处理单元包括均质池2；所述均质池2的入水口通过脱硫废水管道连通脱硫塔1；所述均质池2出水口与所述第一反应池3相连通。由于从脱硫塔直接出来的脱硫废水中存在很多难溶性物质，且水质水量存在一定的波动性，因此需要利用均质池进行均质，使脱硫废水中的难溶物得到初步沉降，上层清液导入下一级反应装置中，以除去这些物质对后续反应的影响。

所述氢氧化镁提纯单元包括进液口与所述第二反应池6连通的第二管式膜装置7；所述第二管式膜装置7的出泥口连通第二板框压滤机8。氢氧化镁是本实用新型处理废水过程中的副产品，经过第二管式膜装置7的过滤，经过第二板框压滤机8的脱水浓缩，得到的氢氧化镁产品纯度很高。

所述第二管式膜装置7出液口连通膜浓缩装置9。膜浓缩装置可以对从第二管式膜装置7中过滤出来的滤液进行进一步除杂提纯，从而得到纯度很高的水，可以作为生产用水回用，从而实现零排放的目的。

所述第一板框压滤机5的出液口与所述均质池2相连通。用第一板框压滤机5对碳酸钙沉淀的泥料进行进一步脱水浓缩，脱下的水回流进入均质池中进行重新循环，使没有完全反应的钙离子和镁离子进行再次反应，从而使钙镁离子分离的更充分。

所述第二板框压滤机8出液口与所述均质池2相连通。用第二板框压滤机8对生成的氢氧化镁沉淀泥料进行进一步脱水浓缩，脱下的水回流进入均质池2中进行重新循环，使没有完全反应的钙离子和镁离子进行再次反应，从而使钙镁离子分离更加充分。

所述第二板框压滤机8的固体物料出口连接纳米研磨机10，得到纳米级高纯度氢氧化镁产品。

在使用过程中，为了提高物料的流入速度，可以在不同的反应装置之间设置高压泵；为了提高反应速度，可以在反应池中加入搅拌器；这些属于本领域的常规技术手段，且不是实用新型点，在此不做赘述。

利用本实用新型所述的系统进行脱硫废水的钙镁分离的工艺过程如下：

A、从脱硫塔1的脱硫废水管道流出的脱硫废水引入均质池中充分均质，可使得废水中各离子均匀分散，使难溶物沉淀。在此步骤中发生的化学反应方程式为：

Ca²⁺+SO₄ ^2-＝CaSO₄↓

B、均质池2的上清液引入第一反应池3中，向第一反应池3中投加Na₂CO₃或K₂CO₃等碳酸盐，为保证Ca²⁺沉淀完全，所投加的CO₃ ^2-的量按Ca²⁺的摩尔量的1.1～1.3倍最优，由于CO₃ ^2-投加过量，本步骤中也会生成少量MgCO₃沉淀；同时投加重捕剂，投加量按当量投加，使重金属离子沉淀。反应时间为20～50min，pH控制在7.0～8.5，反应温度30～40℃。在此步骤中发生的化学反应方程式为：

Ca²⁺+CO₃ ^2-＝CaCO₃↓

Mg²⁺+CO₃ ^2-＝MgCO₃↓

M²⁺+S^2-＝MS↓

其中M²⁺代表重金属离子。

由于生成了碳酸钙沉淀，此时的反应体系为悬浮液，将悬浮液导入第一管式膜装置中进行过滤，泥料进入第一板框压滤机5中，进行进一步脱水浓缩，得到碳酸钙固体产品，液料进入第二反应池6中。

C、在第二反应池6中加入15％NaOH溶液或其他碱溶液，使Mg²⁺生成氢氧化镁沉淀。碱液应缓慢滴加，滴加量控制在3～5mL/min最优。由于Mg(OH)₂的Ksp为5.61×10^-12，因此将pH控制在10.0～11.5最优。反应时间为20～50min，反应温度60～80℃。反应结束后需陈化60～90min，陈化温度60～80℃。

在此步骤中发生的化学反应方程式为：

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂↓

由于生成氢氧化镁沉淀，此时的反应体系为悬浮液，将悬浮液导入第二管式膜装置7中进行固液分离，泥料进入第二板框压滤机8中进行进一步脱水浓缩，然后干燥后得到高纯度的氢氧化镁固体产品，再经过纳米研磨机进行研磨，得到纳米级的氢氧化镁固体产品。

D、第二管式膜装置7出水端连接至膜浓缩装置9，经膜浓缩处理后，得到的产水可作为新鲜水回用。

以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，包括：

第一反应池(3)，其用于分离钙离子，所述第一反应池(3)入水口通过预处理单元与脱硫塔(1)连接；所述第一反应池(3)出水口连通第一管式膜装置(4)的浓缩槽；

第二反应池(6)，其用于分离镁离子，所述第二反应池(6)入水口与第一管式膜装置(4)的出液口相连通；所述第二反应池的出水口连通氢氧化镁提纯单元。

2.根据权利要求1所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，所述预处理单元包括均质池(2)；所述均质池(2)的入水口通过脱硫废水管道连通脱硫塔(1)；所述均质池(2)出水口与所述第一反应池(3)相连通。

3.根据权利要求2所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，所述氢氧化镁提纯单元包括进液口与所述第二反应池(6)连通的第二管式膜装置(7)的浓缩槽；所述第二管式膜装置(7)的出泥口连通第二板框压滤机(8)。

4.根据权利要求3所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，所述第二管式膜装置(7)出液口连通膜浓缩装置(9)。

5.根据权利要求2所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，还包括第一板框压滤机(5)；所述第一板框压滤机(5)的出液口与所述均质池(2)相连通。

6.根据权利要求3所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，所述第二板框压滤机(8)出液口与所述均质池(2)相连通。

7.根据权利要求3所述的一种利用脱硫废水制取氢氧化镁的系统，其特征在于，所述第二板框压滤机(8)的固体物料出口连接纳米研磨机(10)。