CN211546233U - 一种脱硫废水资源化处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及脱硫废水处理领域，尤其涉及一种脱硫废水资源化处理系统，包括三联箱机构、石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构、纯碱絮凝机构、纳滤机构、膜蒸馏机构和双极膜电渗析机构；所述三联箱机构、所述石灰乳絮凝机构、所述芒硝絮凝机构、所述纯碱絮凝机构、所述纳滤机构、所述膜蒸馏机构和所述双极膜电渗析机构依次相连通；所述纳滤机构与所述芒硝絮凝机构相连通。本实用新型提供的脱离废水资源化处理系统，既能使燃煤电厂脱硫废水得到资源化利用，又可实现废水的零排放处理。

Description

一种脱硫废水资源化处理系统

技术领域

本实用新型涉及脱硫废水处理领域，尤其涉及一种脱硫废水资源化处理系统。

背景技术

石灰石-石膏湿法脱硫技术是目前燃煤电厂应用最广泛的脱硫技术，燃煤电厂脱硫废水因其特殊的脱硫工艺、烟气成分及吸附剂种类等，具有成分复杂(含有大量悬浮物、重金属、盐类)、硬度高、水质波动大等特点，处理起来较为困难。传统脱硫废水的处理方法主要为三联箱法，包含中和、沉淀、絮凝、澄清等工艺过程。该方法虽然比较成熟，其工艺流程和投资运行成本也较低。但无法满足废水零排放，其出水仍含有大量的溶解盐，直接排放会严重影响土壤和水体质量，即使排入市政污水厂，也会造成生化池微生物死亡，进而使出水水质恶化。

近年来，脱离废水零排放的技术路线被越来越多的燃煤火电厂采纳，其主要技术路线分为蒸发结晶类和烟道蒸发类。但是蒸发结晶类工艺运行能耗过高，多个工程案例表明其经济性存在较大问题。此外，蒸发后的结晶盐大多是NaCl、Na₂SO₄等成分组成的杂盐，有些甚至被归类为危险废物，处置费用高，而末端产生的结晶盐因纯度不高而难以商业流通，因此，该方法难以实现真正的脱离废水资源化。而烟道蒸发类工艺存在易产生积灰堵塞、设备腐蚀、大量氯进入粉煤灰等问题。

由此可见，目前的处理方法均难以实现脱离废水的高值化和资源化利用。而国内脱硫废水零排放工艺尚处于广泛研究和初步应用阶段，因此，为克服现有零排放工艺的运行成本高、难以资源化等缺点，开发适应性强、运行成本低的脱硫废水零排放处理技术和设备具有重要的经济、社会和环境效益。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题之一是提供一种脱硫废水水资源化处理系统，解决现有脱硫废水处理设备运行成本高、难以实现资源化的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种脱硫废水资源化处理系统，包括三联箱机构、石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构、纯碱絮凝机构、纳滤机构、膜蒸馏机构和双极膜电渗析机构；

所述三联箱机构、所述石灰乳絮凝机构、所述芒硝絮凝机构、所述纯碱絮凝机构、所述纳滤机构、所述膜蒸馏机构和所述双极膜电渗析机构依次相连通；

所述纳滤机构与所述芒硝絮凝机构相连通；

在本实用新型的脱硫废水资源化处理系统中，三联箱机构、石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构、纯碱絮凝机构、纳滤机构、膜蒸馏机构和双极膜电渗析机构依次相连通，脱硫废水首先经三联箱机构处理去除部分硬度、重金属离子、悬浮物等，然后将三联箱机构处理后的废水依次泵入石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构、纯碱絮凝机构中，进一步去除脱硫废水中的钙镁离子，使得絮凝后出水满足后续膜处理过程的进水条件，各种絮凝机构对废水进行深度软化后，进行纳滤机构系统分盐，将废水中的盐成分分为一价盐和二价盐，其中二价盐可回用芒硝絮凝机构，一价盐可引入膜蒸馏机构中进行减量化处理，膜蒸馏机构减量化处理后，分别得到浓盐水和淡水，淡水可以直接用于电厂其他工艺过程，而浓盐水进一步被泵入双极膜电渗析机构中，由双极膜电渗析机构将浓盐水离解为酸液、碱液和盐液，而该盐液可进一步进入到膜蒸馏机构中进一步浓缩处理。该脱硫废水资源化处理系统可实现对燃煤电厂脱硫废水的零排放处理，同时实现了高盐废水的资源化利用。

进一步，还包括污泥处理机构；

所述三联箱机构、所述石灰乳絮凝机构、所述芒硝絮凝机构和所述纯碱絮凝机构均与所述污泥处理机构相连通。

三联箱机构、石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构和纯碱絮凝机构的底部均设置有污泥排出口，而污泥排出口均与污泥处理机构相连通，用于及时排除絮凝机构中的沉降物。污泥处理机构包括浓缩池和压滤装置，其中浓缩池与各絮凝机构的污泥排出口相连通，用于进一步浓缩絮凝沉淀物，而浓缩池底部出口与压滤装置相连通，用于进一步脱水。

进一步，还包括调节池，所述调节池设置在所述膜蒸馏机构和所述双极膜电渗析机构之间，并与所述膜蒸馏机构和所述双极膜电渗析机构相连通。

调节池设置在膜蒸馏机构和双极膜电渗析机构之间，并分别于膜蒸馏机构和双极膜电渗析机构相连通，调节池内还设置有电导率和pH在线监测仪，经膜蒸馏机构处理后的浓盐水泵入调节池内，由调节池调节一价盐浓盐水的酸碱值及一价盐组分的质量浓度，进而再将该浓盐水注入双极膜电渗析机构中，以便于双极膜电渗析机构完成对废水的离解。

进一步，所述双极膜电渗析机构包括双极膜电渗析装置、酸室、碱室和盐室；

所述酸室、所述碱室和所述盐室分别与所述双极膜电渗析装置相连通；

所述双极膜电渗析装置与所述调节池相连通；

所述酸室、所述碱室均与所述调节池相连通；

所述盐室与所述膜蒸馏机构相连通。

双极膜电渗析机构包括双极膜电渗析装置、酸室、碱室和盐室，其中酸室、碱室和盐室分别用于盛放双极膜电渗析装置离解得到的盐酸、氢氧化钠和氯化钠，而酸室、碱室均与调节池相连通，这样双极膜电渗析装置离解得到的部分酸碱液可分别回用到调节池，大部分所得酸碱液用于电厂其他生产工艺，而双极膜电渗析装置离解得到的氯化钠溶液可再次回到膜蒸馏机构，进一步浓缩分离，实现对脱硫废水的资源化利用。

使用上述废水处理系统处理废水的方法，包括如下步骤：

S1、利用所述三联箱机构对脱硫废水进行预处理后，分离得到澄清液；

S2、将所述澄清液依次进行石灰乳絮凝处理、芒硝絮凝处理和纯碱絮凝处理；

S3、将所述纯碱絮凝处理后的废水排放至所述纳滤机构中，分别得到含二价盐废水和含一价盐废水；

S4、将所述含一价盐废水进行膜蒸馏，分别得到浓盐水和淡水；

S5、将所述浓盐水泵入所述双极膜电渗析机构中，分别得到酸液、碱液和盐液。

使用上述脱硫废水资源化处理系统处理废水时，首先使用三联箱机构去除部分钙镁离子、悬浮物、重金属等物质，再将出水依次引入石灰乳絮凝机构、芒硝絮凝机构、纯碱絮凝机构中，进一步降低脱硫废水的硬度，然后将将废水泵入纳滤机构中，由纳滤机构对废水进行分盐处理，分别得到含二价盐废水和含一价盐废水，其中二价盐可以直接回用芒硝絮凝机构，而一价盐可直接进行膜蒸馏，分别得到浓盐水和淡水，淡水可直接用于电厂其他工艺中，而一价盐可进一步进行双极膜电渗析处理，最终实现电厂脱硫废水的零排放处理和资源化利用。

进一步，步骤S1具体包括：

将脱硫废水泵入中和箱，并将脱硫废水调至碱性；

将碱性脱硫废水溢流至反应箱，并加入重金属螯合剂，以沉淀形式去除重金属；

将反应箱废水溢流至絮凝箱，并加入絮凝剂，分离得到澄清液。

三联箱机构包括中和箱、反应箱和絮凝箱。其中，中和箱中设置有pH检测仪，中和箱主要用于将脱硫废水调至碱性，并且在pH为8-9时，效果最佳，碱性剂可使用浓度为5-10％的氢氧化钠，废水处理前期，可通过外界添加的方式，待工业稳定后，可直接使用双极膜电渗析机构碱室中的碱液。通过中和箱将废水调至碱性后，将废水溢流至反应箱，并向反应箱内加入重金属螯合剂，并保证反应时间为20-50min，这样可以沉淀的形式去除重金属离子。然后再将废水溢流至絮凝箱，并向箱内添加絮凝剂，并保证絮凝时间在20-50min。使用三联箱法预处理可初步去除部分重金属离子及悬浮物，并降低废水硬度，便于后期对废水的处理。

这里的絮凝剂可选用聚丙烯酰胺。

进一步，步骤S2具体包括：

所述石灰乳絮凝处理时，将所述澄清液泵入所述石灰乳絮凝机构中，并依次投加质量浓度为5-10％的石灰乳药剂和絮凝剂；

所述芒硝絮凝处理时，将所述石灰乳絮凝机构出水排放至所述芒硝絮凝机构中，并依次投加质量浓度为1-30％的硫酸钠药剂和质量浓度为0.1-0.3％的絮凝剂，将芒硝絮凝机构出水硬度调节至2500-3500mg/L；

所述纯碱絮凝处理时，将所述芒硝絮凝机构出水排放至所述纯碱絮凝机构中，并依次投加质量浓度为5-10％的碳酸钠药剂和质量浓度为0.1-0.3％的絮凝剂，将纯碱絮凝机构出水硬度调节至低于10mg/L。

将三联箱机构处理后的脱硫废水泵入石灰乳絮凝机构中，并投加质量浓度为5-10％的石灰乳药剂，将废水中的镁离子以氢氧化镁的形式沉淀，然后再加入絮凝剂，进一步提高镁离子的絮凝。

将石灰乳絮凝机构出水排放至芒硝絮凝机构中，先投加质量浓度为1-30％的硫酸钠药剂，将废水中的钙离子以硫酸钙的形式沉淀，然后再加入质量浓度为0.1-0.3％的絮凝剂，进一步提高钙离子的絮凝，絮凝后出水钙离子的浓度范围为0-800g/L。

将芒硝絮凝机构出水排放至纯碱絮凝机构中，先投加质量浓度为5-10％的碳酸钠药剂，并保持20-50min，将废水中的钙离子以碳酸钙的形式沉沉，然后再加入质量浓度为0.1-0.3％的絮凝剂，进一步提高钙镁离子的絮凝，絮凝后钙镁离子的浓度小于10mg/L。

进一步，步骤S3中，所述纳滤分盐处理时，纳滤膜组件的耐受压力为0-75bar，截留分子量为300Dalton，浊度控制在0.1-1.0NTU。

纯碱絮凝机构出水连接至纳滤机构，纳滤机构使用多级卷式膜组件，纳滤机构将二价盐组分截留，而所截留的二价盐组分富含硫酸根，可回用芒硝絮凝机构，透过纳滤膜的氯化钠溶液进入膜蒸馏机构。

进一步，步骤S4中，所述膜蒸馏浓缩处理时，控制膜蒸馏的进水温度为40-70℃，流量为5-20m³/h，真空度为0.5-0.9atm。

纳滤机构分盐后，将含一价盐废水泵入膜蒸馏机构，并在进水温度为40-70℃，流量为5-20m³/h，真空度为0.5-0.9atm的条件下进行膜蒸馏，膜蒸馏可去除废水中的挥发性物质，这样可分别得到一价浓盐水和一价淡水，淡水可直接用于电厂其他工艺中，而一价浓盐水继续使用双极膜电渗析机构进一步处理。

进一步，步骤S5中，

将所述浓盐水排放至所述调节池内，并控制所述浓盐水中氯化钠的质量浓度为10-20％，pH为7-9；

将所述调节池出水排放至所述双极膜电渗析装置中，分别得到酸液、碱液和盐液；

其中，控制双极膜电渗析的条件为：进水流速为5-20m³/h，电流不超过350A，电压为200-400V，温度为10-40℃。

在将一价浓盐水泵入双极膜电渗析机构进行处理之前，首先需要将浓盐水排放至调节池内，并控制浓盐水中一价盐组分的质量浓度为10-20％，pH为7-9，然后再将适宜浓度及酸碱度的浓盐水泵入双极膜电渗析装置中，并在进水流量为5-20m³/h，电流为350A，电压为200-400V，温度为10-40℃的条件下，对废水进行离解，离解得到的酸液、碱液和混盐液可分别用于上述机构。这样，经过絮凝、纳滤、膜蒸馏和双极膜电渗析机构处理后可实现脱硫废水的零排放和资源化。与现有技术相比，本实用新型提供一种脱硫废水水资源化处理系统，具有以下技术效果：

1、本实用新型提供的脱离废水资源化处理系统，既能使燃煤电厂脱硫废水得到资源化利用，又可实现废水的零排放处理；

2、本系统中的石灰乳、芒硝和纯碱絮凝系统可有效去除脱硫废水中钙镁离子，大幅降低了药剂成本，并且有效避免后续膜工艺设备的堵塞与污染问题，降低了废水处理成本；

3、纳滤和膜蒸馏机构所产浓盐水通过双极膜电渗析系统制备出盐酸和氢氧化钠溶液，可回用于燃煤电厂中和、软化以及其他工艺的pH调节，有效避免混盐的产生，并为火电厂节省了药剂成本；

4、本实用新型中系统整体运行维护成本低，各个机构各自发挥作用又相互服务，进而实现了脱硫废水的零排放和资源化。

附图说明

图1为本实用新型一种脱硫废水水资源化处理系统示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、三联箱机构，2、石灰乳絮凝机构，3、芒硝絮凝机构，4、纯碱絮凝机构，5、纳滤机构，6、膜蒸馏机构，7、双极膜电渗析装置，8、污泥处理机构，9、调节池，10、酸室，11、碱室，12、盐室。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“中心”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供一种脱硫废水水资源化处理系统，包括三联箱机构1、石灰乳絮凝机构2、芒硝絮凝机构3、纯碱絮凝机构4、纳滤机构5、膜蒸馏机构6和双极膜电渗析机构；所述三联箱机构1、所述石灰乳絮凝机构2、所述芒硝絮凝机构3、所述纯碱絮凝机构4、所述纳滤机构5、所述膜蒸馏机构6和所述双极膜电渗析机构依次相连通；所述纳滤机构5与所述芒硝絮凝机构3相连通。

脱硫废水先进入三联箱机构1，由三联箱机构1初步去除废水中重金属、悬浮物等，并降低废水硬度，然后将三联箱机构1处理后的废水注入石灰乳絮凝机构2中，由石灰乳絮凝机构2进一步降低废水中的镁离子浓度，然后再将废水依次注入芒硝絮凝机构3和纯碱絮凝机构4中，进一步降低废水中的钙镁离子浓度，经石灰乳絮凝机构2、芒硝絮凝机构3、纯碱絮凝机构4深度除钙镁后，将废水注入纳滤机构5中进行分盐处理，经纳滤机构5处理分别得到含一价盐废水和含二价盐废水，二价盐可回用芒硝絮凝机构3，而一价盐可直接注入膜蒸馏机构6中，经膜蒸馏机构6分别得到浓盐水和淡水，浓盐水进入双极膜电渗析机构，废水经双极膜电渗析机构处理后可制备盐酸和氢氧化钠酸碱液，而该酸碱液可用于前述机构或其他生产工艺中。该废水处理系统有效减少了药剂的使用，降低了运行成本，解决了现有废水处理系统能耗高、分离不彻底，难以实现资源化利用的问题。

在上述技术方案的基础之上，进一步，还包括污泥处理机构8；所述三联箱机构1、所述石灰乳絮凝机构2、所述芒硝絮凝机构3和所述纯碱絮凝机构4均与所述污泥处理机构8相连。

三联箱机构1、石灰乳絮凝机构2、芒硝絮凝机构3和纯碱絮凝机构4的底部均设置有污泥排出口，而污泥排出口均与污泥处理机构8相连通，用于及时排除絮凝机构中的沉降物。污泥处理机构8包括浓缩池和压滤装置，其中浓缩池与各絮凝机构的污泥排出口相连通，用于进一步浓缩絮凝沉淀物，而浓缩池底部出口与压滤装置相连通，用于进一步脱水。

在上述技术方案的基础之上，优选地，还包括调节池9，所述调节池9设置在所述膜蒸馏机构6和所述双极膜电渗析机构之间，并与所述膜蒸馏机构6和所述双极膜电渗析机构相连通。

调节池9内还设置有电导率和pH在线监测仪，经膜蒸馏机构6处理后的浓盐水泵入调节池9内，由调节池9调节一价盐浓盐水的酸碱值及一价盐组分的质量浓度，进而再将该浓盐水注入双极膜电渗析机构中，以便于双极膜电渗析机构完成对废水的离解。

在上述技术方案的基础之上，进一步优选地，所述双极膜电渗析机构包括双极膜电渗析装置7、酸室10、碱室11和盐室12；所述酸室10、所述碱室11和所述盐室12分别与所述双极膜电渗析装置7相连通；所述双极膜电渗析装置7与所述调节池9相连通；所述酸室10、所述碱室11均与所述调节池9相连通；所述盐室12与所述膜蒸馏机构6相连通。

双极膜电渗析机构包括双极膜电渗析装置7、酸室10、碱室11和盐室12，这样酸室10、碱室11和盐室12分别用于盛放双极膜电渗析装置7离解得到的酸液、碱液和盐液，而该酸碱液可分别回用调节池9及其他中和、除硬度、树脂再生等工艺，进而实现脱硫废水的资源化利用。

使用上述优选的脱硫废水资源化处理系统处理某电厂脱硫废水。

1、利用三联箱机构1预处理脱硫废水。将脱硫废水依次通过中和箱、反应箱和絮凝箱。向中和箱内投加浓度为5-10％碱性药剂石灰乳，至废水的pH值为8-9。然后将废水溢流到反应箱，并向反应箱中添加重金属螯合剂TMT-15，其中TMT-15有效物含量不低于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20-50min。然后反应箱废水溢流至絮凝箱，并在箱内添加浓度为0.2％的絮凝剂聚丙烯酰胺，水力停留时间约50min，分离出澄清液。

2、三联箱机构1预处理后澄清液泵入石灰乳絮凝系统，装置内设有加药和搅拌装置，其中，石灰乳的加药浓度控制在7％左右，搅拌反应15min，并使pH稳定在11左右，去除废水中的镁离子，初步降低废水硬度。反应后再投加质量浓度为1-3％聚合硫酸铁絮凝剂，进一步降低废水硬度。

3、石灰乳絮凝后澄清水溢流入芒硝絮凝机构3，并投加浓度10％的硫酸钠药剂，将芒硝出水硬度调节至2500-3500mg/L。待芒硝反应完成后，依次打开絮凝池中的搅拌装置、聚丙烯酰胺加药泵，并控制聚丙烯酰胺质量浓度为0.1-0.3％。

4、芒硝絮凝机构3澄清出水进入纯碱絮凝机构4，然后投加10％碳酸钠药剂，使出水硬度控制小于10mg/L，待纯碱絮凝反应完成后，依次打开絮凝池中的搅拌装置、聚丙烯酰胺加药泵，并控制聚丙烯酰胺质量浓度为0.1-0.3％。石灰乳、芒硝和纯碱絮凝系统的污泥进入浓缩池及后续压滤装置进行减量化处理。

5、将纯碱絮凝机构4出水输送至纳滤机构5进行分盐处理。纳滤设备使用卷式膜组件，并控制纳滤机构5条件为纳滤膜耐受压力0-75bar，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，可回用于上述的芒硝絮凝机构3，透过纳滤膜的氯化钠溶液进入膜蒸馏机构6。

6、将纳滤机构5出水输送至膜蒸馏机构6，进水温度为40-70℃，真空度0.5-0.9atm。膜蒸馏产淡水可收集用于双极膜电渗析机构初始用水，产浓盐水在进入双极膜电渗析机构之前先进入调节池9，调节池9内设有电导率和pH在线监测仪，并控制调节池9内一价盐组分质量浓度控制在10％-20％，pH控制在7-9。

7、调节池9内的含一价盐废水泵入双极膜电渗析机构，双极膜电渗析机构采用循环进液方式运行。酸碱盐室12流量控制在8t/h，盐室12与酸室10体积比设为2:1，盐室设为6m³，酸室和碱室分别设为3m³，在电流为350A，温度为40℃下可获得5-8％的盐酸液和5-10％的氢氧化钠溶液，其中，氢氧化钠溶液可制备碱液也可作为补充药剂，如回用于石灰乳絮凝过程去除镁离子或其他电厂生产工艺，而双极膜电渗析机构处理后的淡盐水进入到膜蒸馏机构6，重复浓缩过程。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种脱硫废水资源化处理系统，其特征在于，包括三联箱机构(1)、石灰乳絮凝机构(2)、芒硝絮凝机构(3)、纯碱絮凝机构(4)、纳滤机构(5)、膜蒸馏机构(6)和双极膜电渗析机构；

所述三联箱机构(1)、所述石灰乳絮凝机构(2)、所述芒硝絮凝机构(3)、所述纯碱絮凝机构(4)、所述纳滤机构(5)、所述膜蒸馏机构(6)和所述双极膜电渗析机构依次相连通；

所述纳滤机构(5)与所述芒硝絮凝机构(3)相连通。

2.根据权利要求1所述的处理系统，其特征在于，还包括污泥处理机构(8)；

所述三联箱机构(1)、所述石灰乳絮凝机构(2)、所述芒硝絮凝机构(3)和所述纯碱絮凝机构(4)均与所述污泥处理机构(8)相连通。

3.根据权利要求2所述的处理系统，其特征在于，还包括调节池(9)，所述调节池(9)设置在所述膜蒸馏机构(6)和所述双极膜电渗析机构之间，并与所述膜蒸馏机构(6)和所述双极膜电渗析机构相连通。

4.根据权利要求1-3任一项所述的处理系统，其特征在于，所述双极膜电渗析机构包括双极膜电渗析装置(7)、酸室(10)、碱室(11)和盐室(12)；

所述酸室(10)、所述碱室(11)和所述盐室(12)分别与所述双极膜电渗析装置(7)相连通；

所述双极膜电渗析装置(7)与调节池(9)相连通；

所述酸室(10)、所述碱室(11)均与调节池(9)相连通；

所述盐室(12)与所述膜蒸馏机构(6)相连通。

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