CN210393972U - 一种脱硫废水资源化处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种脱硫废水资源化处理方法，其通过均质、预处理、通烟气中的二氧化碳分离碳酸钙、投加氨水制取氢氧化镁以及电解制取次氯酸钠来实现脱硫废水软化过程中的资源综合利用，在处理过程中，所有产水都可以回流至前端继续处理，实现了脱硫废水的零排放，同时节约水资源，降低了脱硫废水的处理成本；本实用新型对于电厂脱硫废水及脱硫塔烟气进行了最大限度的回收利用，对电厂造成环境污染治理具有重大的指导意义。
Description
技术领域
本实用新型属于脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种脱硫废水资源化处理系统。
背景技术
湿式石灰石石膏法烟气脱硫是我国燃煤电厂普遍应用的处理脱硫废水的技术。湿式石灰石石膏法烟气脱硫系统在实际运行中会产生脱硫废水，脱硫废水的pH值一般在4～6之间，脱硫废水中含有大量的石膏、飞灰和硫酸盐悬浮颗粒，脱硫废水中的阳离子主要为钙、镁、钠离子和少量重金属离子。阴离子中氯离子浓度可高达20000mg/L，脱硫废水如果直接排放到环境中，将会给环境带来难以逆转的污染。政策要求火电厂今后要做到节水减排、废水回用、尽可能降低外排水量，排水必须达标。涉及重点是深度节水和废水达标排放甚至零排放。实现废水零排放的关键是实现脱硫废水(包括流入脱硫系统的循环冷却排污水和反渗透产生的高盐废水)零排放。脱硫废水简单处置方式有干灰拌湿、灰场抑尘或补入渣系统，这种方式最简单且成本很低，但可消耗废水量少，对除渣系统的腐性和重金属排放控制问题尚未解决。脱硫废水的预处理及固化处置技术路线众多，但技术成熟度、基建成本、运行费用差异很大。预处理技术是末端废水零排放系统中最重要的部分。燃煤电厂脱硫废水多采用物化法处理，处理后的废水虽能达标排放，但盐分及氯离子的含量仍很高，导致水体矿化及土壤碱化，也会造成资源浪费。因此，研究脱硫废水零排放工艺，不向环境中排出任何废液，回用废水并回收废水中的有用资源，是火力发电厂实现可持续发展的必由之路。总之，脱硫废水处理技术还需开发投资运行成本较低及高附加值资源化利用的技术。
脱硫废水中含有大量的钙、镁、氯离子，其中钙离子可以转化为碳酸钙回用至脱硫塔。镁离子可以用于制备纳米级氢氧化镁。纳米级氢氧化镁作为阻燃剂具有两大优点，一是因为粒径减小，可提高其与高聚物之间的填充性能和分散性能，从而使氢氧化镁的添加量大大降低；二是当添加量一定时，粒径减小，制品的机械、物理性能指标提高。超细粉末与常规颗粒材料相比，具有一系列优异的光、电、声、磁、热、力学、催化等方面许多特殊的性质。纳米级氢氧化镁可使其在橡塑材料中的分散性和相容性大大改善，对材料的加工性能和机械力学性能的影响大为降低。纳米级氢氧化镁的另一大用途是制备超细氧化镁。超细氧化镁在陶瓷、搪瓷、医学和航空材料上均有广泛的用途。超细氧化镁与高聚物等的复合材料，具有良好的微波吸收系数，它不仅可用作化妆品、油漆、香粉的充填材料，而且可用为脂肪分解剂或医药品的擦光剂。
用脱硫废水为原料制取纳米级氢氧化镁粉体可以创造一定的经济效益。通过将氯化钠溶液电解得到次氯酸钠，作为医用消毒剂进行售卖；从而实现了脱硫废水的资源综合利用，符合节能减排理念，具有深远的现实意义。
实用新型内容
本实用新型致力于解决上述难题，提出一种脱硫废水资源化处理方法，在脱硫废水处理软化过程中，将钙镁离子分步进行处理，通过通入CO2来使钙离子转化为碳酸钙，通过制取纳米级氢氧化镁来回收镁离子，最后通过电解制备次氯酸钠，不仅达到了净化脱硫废水的目的，还实现了资源的综合利用。
本实用新型为解决上述技术问题，所采用的技术方案如下：
本实用新型包括如下步骤：
(1)预处理阶段：将脱硫废水在均质池中充分均质后进行预处理，以除去油脂、COD、氨氮、悬浮颗粒物和重金属离子；此过程中的化学反应如下：
M2++S2-＝MS↓
其中，M2+为重金属离子，S2-为重捕剂；
然后进行固液分离，得到一级上清液和废物浓浆，将废物浓浆脱水干燥后填埋处理，脱除的水回流至均质池中继续参与循环；
(2)制取碳酸钙浓浆：将一级上清液通入反应池中，并用氢氧化钠溶液控制pH为8.0-8.5，向其中通过二氧化碳气体，生成碳酸钙沉淀，经过固液分离，得到二级上清液和碳酸钙浓浆；将碳酸钙浓浆直接回用到脱硫过程中；此过程中发生的化学反应如下：
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O
Mg(OH)2+CO2＝MgCO3↓+H2O
Ca2++2OH-＝Ca(OH)2
Mg2++2OH-＝Mg(OH)2
(3)制取氢氧化镁：将二级上清液导入反应釜中，向其中投加氨水，生成氢氧化镁沉淀，经过固液分离，得到三级上清液和氢氧化镁浓浆，将氢氧化镁浓浆过滤后脱水干燥得到氢氧化镁固体产品；此过程中发生的化学反应如下：
Mg2++2NH3·H2O＝Mg(OH)2↓+2NH4 +
(4)制取次氯酸钠：将三级上清液通过超滤、纳滤、反渗透之后所得浓水侧为次氯酸钠溶液，产水侧作为生产用水回流使用；电解所得次氯酸钠可以用作医用消毒剂进行售卖；此过程中发生的化学反应如下：
NaCl+H2O(无隔膜电解)＝NaClO+H2↑
作为本实用新型的进一步改进，步骤(2)中所述二氧化碳气体为经过捕集装置捕集的脱硫塔烟气，即将脱硫塔烟气在捕集装置中进行捕集，以达到除杂提纯的目的，然后通过风机向反应池底部鼓风，使气液充分接触，充分反应。捕集装置为市售产品，通过购买获得，其具体结构和使用原理是本领域普通技术人员应当得知的公知常识，且并非本实用新型的实用新型点，在此不做赘述。
作为本实用新型的进一步改进，所述预处理过程如下：将均质后的脱硫废水依次通过曝气池、除油反应器、臭氧反应器和混凝反应器中进行反应，在混凝反应器中加入硫化剂和混凝剂，经过固液分离后将悬浮颗粒物和重金属离子初步去除；所述硫化剂为有机硫化剂TMT15，混凝剂为铁盐和高分子絮凝剂；曝气过程采用鼓风曝气，即在曝气池底部安装风机。
作为本实用新型的进一步改进，除油过程中采用除油树脂作为过滤介质。
作为本实用新型的进一步改进，所述步骤(2)-(3)中固液分离采用管式膜进行。
作为本实用新型的进一步改进，步骤(3)中将氢氧化镁浓浆经过板框压滤机进行脱水、盘式干燥机干燥，然后进入纳米研磨机进行研磨，得到纳米级氢氧化镁粉体，板框压滤机脱除的水分导入均质池中继续参与循环。
作为本实用新型的进一步改进，步骤(3)中投加分散剂。
作为本实用新型的进一步改进，步骤(3)中氨水浓度为25％，为保证镁离子充分反应，氨水应过量，氨水投加量按Mg2+摩尔量的2.2倍投加；分散剂为PEG或DMF，投加量按2mL/100mL废水；反应温度110℃，反应时间5h，反应釜内压强为2atm，控制pH 为10；反应后陈化1.5h，陈化温度70～80℃。
与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：
本实用新型主要用于处理脱硫废水，在处理软化过程中，将钙镁离子分步进行处理，通过通入CO2来使钙离子转化为碳酸钙，通过制取纳米级氢氧化镁来回收镁离子，通过将氯化钠溶液电解得到次氯酸钠，作为医用消毒剂进行售卖；从而实现了脱硫废水的资源综合利用，符合节能减排理念，具有深远的现实意义。
本实用新型利用脱硫塔烟气作为二氧化碳的来源，不仅能够大大减少二氧化碳的排放量，而且使二氧化碳作为原料参与到副产品的制备中，真正实现了变废为宝。
传统方法使用NaOH沉淀Mg2+，pH往往控制在11.5，甚至更高，而使用氨水，反应pH控制在10左右即可，反应条件温和，pH较低，对设备伤害小。氢氧根离子与镁离子反应迅速，结合在瞬间发生，导致团聚现象发生，反应物接触不均匀反应不充分，也会导致氢氧化镁粘稠沉降速度变慢，难于分离。氨水电离缓慢，且氨水本身就是一种分散剂，使得反应充分均匀，且在分散剂(PEG、DMF)的作用下，使氢氧化镁缓慢均匀的结晶成核，不会发生团聚现象，且生成的氢氧化镁粒径均一，晶型为六边薄片状。
通过超滤纳滤反渗透装置采用电解制氯的方式直接制成次氯酸钠溶液作为消毒剂使用，对脱硫废水中的氯离子进行资源化回收。
在处理过程中，所有产水都可以回流至前端继续处理，实现了脱硫废水的零排放，同时节约水资源，降低了脱硫废水的处理成本。
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-曝气池；4-除油反应器；5-臭氧反应器；6-混凝反应器； 7-板框压滤机1；8-反应池；9-抽水泵1；10-管式膜1；11-反应釜；12-抽水泵2；13-换热器；14-抽水泵3；15-管式膜2；16-板框压滤机2；17-盘式干燥机；18-纳米研磨机；19-抽水泵4；20-超滤装置；21-纳滤装置；22-反渗透装置；23-电解池；
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：
反应池(8)，其用于分离钙离子，所述反应池(8)的入水口与的混凝反应器(6)上部相连，所述反应池(8)的出水口通过抽水泵1(9)与管式膜1(10)入水口相连。将一级上清液通入反应池(8)中，用氢氧化钠溶液控制pH为8.0-8.5，从底部向其中通过二氧化碳气体，生成碳酸钙沉淀，经过固液分离，得到二级上清液和碳酸钙浓浆，将碳酸钙浓浆直接回用到脱硫塔中。
反应釜(11)，其用于分离镁离子，所述反应釜(11)的入水口与管式膜1(10)出水口相连，所述反应釜(11)的出水口通过抽水泵2(12)、换热器(13)和抽水泵3(14) 与管式膜2(15)入水口相连。向反应釜(11)中通入氨水，生成氢氧化镁沉淀，从而从体系中分离出来。
电解池(23)，其用于分离钠、氯离子通过电解制取次氯酸钠。电解池(23)的入水口与反渗透装置(22)相连。将三级上清液通过超滤装置(20)、纳滤装置(21)、反渗透装置(22)之后所得浓水侧通入电解池(23)电解后得到次氯酸钠溶液，纳滤装置(21)的浓水侧进入均质池(2)，反渗透装置(22)产水侧作为生产用水回流使用。
所述预处理单元包括均质池(2)、曝气池(3)、除油反应器(4)、臭氧反应器(5)、混凝反应器(6)、板框压滤机1(7)。所述均质池(2)的入水口通过脱硫废水管道连通至脱硫塔(1)，所述均质池(2)出水口与曝气池(3)相连。曝气池(3)的出水口与除油反应器(4)的入水口相连，除油反应器(4)的出水口与臭氧反应器(5)的入水口相连，臭氧反应器(5)的出水口与混凝反应器(6)的入水口相连，混凝反应器(6)的下部与板框压滤机1(7)相连，出水口与反应池(8)相连。板框压滤机1(7)所得产水回流至均质池。预处理单元是将脱硫废水在均质池中充分均质后进行预处理，以除去油脂、COD、氨氮、悬浮颗粒物和重金属离子。
所述镁离子提纯单元包括板框压滤机2(16)、盘式干燥机(17)和纳米研磨机(18)。所述管式膜2(15)的排泥口所排泥浆进入板框压滤机2(16)进行压滤，然后进入盘式干燥机(17)进行干燥，最后进入纳米研磨机(18)研磨后得到纳米级氢氧化镁粉体。板框压滤机2(16)所得产水回流至均质池。
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资源化处理的步骤如下：
(1)将脱硫废水在均质池中充分均质后进行预处理，以除去油脂、COD、氨氮、悬浮颗粒物和重金属离子；此过程中的化学反应如下：
M2++S2-＝MS↓
其中，M2+为重金属离子，S2-为重捕剂；
然后进行固液分离，得到一级上清液和废物浓浆，将废物浓浆脱水干燥后填埋处理，脱除的水回流至均质池中继续参与循环；
所述预处理过程如下：将均质后的脱硫废水依次通过曝气池、除油反应器、臭氧反应器和混凝反应器中进行反应，在混凝反应器中加入硫化剂和混凝剂，经过管式膜固液分离后将悬浮颗粒物和重金属离子初步去除；所述硫化剂为有机硫化剂TMT15，混凝剂为铁盐和高分子絮凝剂；曝气过程采用鼓风曝气，即在曝气池底部安装风机；除油过程中采用除油树脂作为过滤介质。
(2)将一级上清液通入反应池中，并用氢氧化钠溶液控制pH为8.0-8.5，向其中通入二氧化碳气体，生成碳酸钙沉淀，经过管式膜固液分离，得到二级上清液和碳酸钙浓浆；将碳酸钙浓浆直接回用到脱硫过程中；此过程中发生的化学反应如下：
Ca(OH)2+CO2＝CaCO3↓+H2O
Mg(OH)2+CO2＝MgCO3↓+H2O
Ca2++2OH-＝Ca(OH)2
Mg2++2OH-＝Mg(OH)2
所述二氧化碳气体为经过捕集装置捕集的脱硫塔烟气，即将脱硫塔烟气在捕集装置中进行捕集，以达到除杂提纯的目的，然后通过风机向反应池底部鼓风，使气液充分接触，充分反应。
(3)将二级上清液导入反应釜中，向其中投加氨水，生成氢氧化镁沉淀，经过管式膜固液分离，得到三级上清液和氢氧化镁浓浆，将氢氧化镁浓浆过滤后脱水干燥得到氢氧化镁固体产品；氨水浓度为25％，为保证镁离子充分反应，氨水应过量，氨水投加量按Mg2+摩尔量的2.2倍投加；分散剂为PEG或DMF，投加量按2mL/100mL废水；反应温度110℃，反应时间5h，反应釜内压强为2atm，控制pH为10；反应后陈化1.5h，陈化温度70～80℃。此过程中发生的化学反应如下：
Mg2++2NH3·H2O＝Mg(OH)2↓+2NH4 +
然后将氢氧化镁浓浆经过板框压滤机进行脱水、盘式干燥机干燥，然后进入纳米研磨机进行研磨，得到纳米级氢氧化镁粉体，板框压滤机脱除的水分导入均质池中继续参与循环；
(4)将三级上清液通过超滤、纳滤、反渗透之后所得浓水侧为次氯酸钠溶液，产水侧作为生产用水回流使用；电解产生的次氯酸钠可以用作医用消毒剂进行售卖；
此过程中发生的化学反应如下：
NaCl+H2O(无隔膜电解)＝NaClO+H2↑
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 (3)
1.一种脱硫废水资源化处理系统，其特征在于，包括：反应池(8)，其用于分离钙离子，所述反应池(8)的入水口与混凝反应器(6)的上部相连，所述反应池(8)的出水口通过抽水泵1(9)与管式膜1(10)入水口相连；反应釜(11)，其用于分离镁离子，所述反应釜(11)的入水口与管式膜1(10)的出水口相连，所述反应釜(11)的出水口通过抽水泵2(12)、换热器(13)和抽水泵3(14)与管式膜2(15)相连；电解池(23)，其用于分离钠、氯离子；超滤装置(20)入水口通过抽水泵4(19)与管式膜2(15)出水口相连，所述超滤装置(20)出水口与纳滤装置(21)入水口相连，所述纳滤装置(21)淡水侧出口与反渗透装置(22)入水口相连，所述反渗透装置(22)浓水侧出水口与电解池(23)的入水口相连，纳滤装置(21)浓水侧出口与均质池(2)相连，反渗透装置(22)淡水侧作为生产用水回流使用。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫废水资源化处理的系统，其特征在于，预处理单元包括均质池(2)、曝气池(3)、除油反应器(4)、臭氧反应器(5)、混凝反应器(6)、板框压滤机1(7)；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)出水口与曝气池(3)入水口相连，曝气池(3)的出水口与除油反应器(4)的入水口相连，除油反应器(4)的出水口与臭氧反应器(5)的入水口相连，臭氧反应器(5)的出水口与混凝反应器(6)的入水口相连，混凝反应器(6)的下部与板框压滤机1(7)相连，出水口与反应池(8)相连，板框压滤机1(7)的出水口与均质池(2)相连。
3.根据权利要求1所述的一种脱硫废水资源化处理的系统，其特征在于，镁离子提纯单元包括板框压滤机2(16)、盘式干燥机(17)和纳米研磨机(18)；所述管式膜2(15)的排泥口与板框压滤机2(16)相连，板框压滤机2(16)与盘式干燥机(17)相连，盘式干燥机(17)与纳米研磨机(18)相连，板框压滤机2(16)出水口与均质池(2)相连。
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