CN212292942U - 基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，包括废水原水箱、废水原水泵、定向驱动电渗析装置、极水箱、极水泵、废水浓水箱、废水浓水泵、废水淡水箱和废水淡水泵；脱硫废水连接至废水原水箱入口，废水原水箱出口通过废水原水泵连接定向驱动电渗析装置的废水入口；定向驱动电渗析装置的浓水出口连接废水浓水箱入口，废水浓水箱出口通过废水浓水泵连接至最终处理系统；定向驱动电渗析装置的淡水出口连接废水淡水箱，废水淡水箱通过废水淡水泵连接至脱硫系统。本实用新型的有益效果是：本实用新型设置了定向驱动电渗析装置，能够在不脱除废水中钙镁硬度即非软化的前提下，对脱硫废水进行有效浓缩减量。

Description

基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统

技术领域

本实用新型属于环保水处理技术领域，具体涉及一种基于非软化及定向驱动电渗析技术的燃煤电厂湿法脱硫废水浓缩减量处理系统。

背景技术

湿法石灰石脱硫工艺中运行过程中，会产生部分外排废水，俗称脱硫废水。排放脱硫废水的主要目的是将脱硫系统运行中不断富集的氯盐、氟化物、镁盐、重金属以及部分悬浮物排出，以保证脱硫反应持续进行。由于脱硫废水水量大、含盐量高，导致脱硫废水末端处理(直接旁路烟气蒸发方法或蒸发结晶方法)设备规模大、处理成本高。因此，目前的研究都致力于在脱硫废水末端处理前首先进行浓缩减量，以降低末端处理的难度。

脱硫废水浓缩处理方法，目前已有专利申请(中国专利申请号：CN201610528018.8、 CN201611025190.8、CN201510625606.9、CN201610039141.3、CN201910624504.3)。现有的脱硫废水浓缩技术主要包括高压反渗透膜技术、常规电渗析技术、正渗透技术、多效蒸发浓缩技术等，这些技术的共同特点是要先对脱硫废水进行完全的软化处理，将废水中的硬度去除 99.9％以上，再进行后续浓缩步骤。脱硫废水软化处理时要使用大量药剂，例如按照常规的双碱法，需要用到氢氧化钙、氢氧化钠、碳酸钠等，药剂消耗成本一般为50-70元/吨水，同时软化过程会产生难处理的副产物氢氧化镁和碳酸钙。使用药剂的成本高、产生固体废弃物的数量多、处理步骤繁琐复杂，使得以上脱硫废水浓缩方法难以得到大规模的推广应用。有必要开发一种新型脱硫废水浓缩减量处理系统，在无需先软化处理的情况下，以高效、经济、绿色的方式对脱硫废水进行浓缩减量处理。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于非软化及定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，以最有限的成本高效实现脱硫废水浓缩处理的目标。

这种基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，包括废水原水箱、废水原水泵、定向驱动电渗析装置、极水箱、极水泵、废水浓水箱、废水浓水泵、废水淡水箱和废水淡水泵；脱硫废水连接至废水原水箱入口，废水原水箱出口通过废水原水泵连接定向驱动电渗析装置的废水入口；定向驱动电渗析装置的浓水出口连接废水浓水箱入口，废水浓水箱出口通过废水浓水泵连接至最终处理系统；定向驱动电渗析装置的淡水出口连接废水淡水箱，废水淡水箱通过废水淡水泵连接至脱硫系统；极水箱出口通过极水泵连接定向驱动电渗析装置的极水入口，定向驱动电渗析装置的极水出口连接极水箱入口，形成极水系统循环；定向驱动电渗析装置连接有冷却水系统。

作为优选：系统中各装置之间设有电动阀，所有电动阀的开关接入远程控制系统；各装置之间通过PE管连接；水泵出口均设置逆止阀；系统的总进水口设置有浊度表、pH表、电导率表和温度计，淡水出水口和浓水出水口均设有pH表和电导率表；所有水箱设置有液位计，所有表计信号接入远程控制系统。

作为优选：定向驱动电渗析装置模块化，即设置若干个定向驱动电渗析模块串联或并联。

作为优选：定向驱动电渗析装置设置有正极板和负极板，并配有直流电源，正负极板间间隔排列阳离子交换膜和阴离子交换膜，一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜组成一个膜对；定向驱动电渗析装置的阴离子交换膜为定向一二价分离膜，阳离子交换膜为普通膜。

作为优选：定向驱动电渗析装置设置有电压设定和电流调节装置。

作为优选：废水原水箱底部、定向驱动电渗析装置的浓水出口管道以及定向驱动电渗析装置的淡水出口管道上均设置有取样阀。

作为优选：极水箱上部设置有排气口。

本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型设置了定向驱动电渗析装置，能够在不脱除废水中钙镁硬度即非软化的前提下，对脱硫废水进行有效浓缩减量。

(2)本实用新型在废水不软化的前提下，节约了大量的软化药剂，减少了软化系统运行能耗，有效提高了废水浓缩的经济性。

(3)本实用新型在废水不软化的前提下，不增加因常规软化产生的大量沉淀物的数量，简化了处理系统，具有绿色环保的特点。

(4)本实用新型对脱硫废水中的硫酸根和钙离子进行回用，大幅减少了废弃物产生，部分实现了脱硫废水的资源化回用。

(5)本实用新型利用特殊电渗析系统对离子定向驱动的能力，将脱硫废水中易富集的有害离子Cl^-和F^-排出，同时带出部分Ca²⁺和Mg²⁺，而将有益的SO₄ ^2-离子回用，有效保持了脱硫浆液吸收系统的整体盐类平衡。

附图说明

图1为基于非软化及定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统流程图；

图2为定向驱动电渗析运行原理图。

附图标记说明：废水原水箱1、废水原水泵2、定向驱动电渗析装置3、极水箱4、极水泵5、废水浓水箱6、废水浓水泵7、废水淡水箱8、废水淡水泵9。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

所述基于非软化及定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，包括废水原水箱 1、废水原水泵2、定向驱动电渗析装置3、极水箱4、极水泵5、废水浓水箱6、废水浓水泵 7、废水淡水箱8和废水淡水泵9；脱硫废水连接废水原水箱1入口，废水原水箱1出口通过废水原水泵2连接定向驱动电渗析装置3的废水入口；定向驱动电渗析装置3的浓水出口连接废水浓水箱6入口，废水浓水箱6出口通过废水浓水泵7连接至最终处理系统；定向驱动电渗析装置3的淡水出口连接废水淡水箱8，废水淡水箱8通过废水淡水泵9连接至脱硫系统；极水箱4出口通过极水泵5连接定向驱动电渗析装置3的极水入口，定向驱动电渗析装置3的极水出口连接极水箱4入口，形成极水系统循环；定向驱动电渗析装置3连接有冷却水系统。

各装置之间设有电动阀，所有电动阀的开关接入远程控制系统；各级装置之间以抗腐蚀能力强的PE管连接；水泵出口均设置逆止阀；装置的总进水口设置有浊度表、pH表、电导率表和温度计，淡水出水口和浓水出水口均设有pH表和电导率表，所有水箱设置有液位计，所有表计信号接入远程控制系统。

定向驱动电渗析装置模块化，可以根据水量大小和最终出水水质要求设置多个模块串联或并联处理。

定向驱动电渗析装置模块，设置有正极板和负极板，配有直流电源，正负极板间间隔排列阳离子交换膜和阴离子交换膜。一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜组成一个膜对，膜对排列以正极-阳膜-阴膜-阳膜-阴膜-阳膜-负极排列，可以根据处理水量的大小增加或减少膜对。

定向驱动电渗析装置模块之间，串接有冷却装置，用于出水降温。

定向驱动电渗析装置设置有电压设定和电流调节装置。

定向驱动电渗析装置，其膜对的阴离子交换膜为定向一二价分离膜，允许一价阴离子透过，不允许二价阴离子透过；膜对的阳离子交换膜为普通膜，允许任何价位的阳离子通过。

废水原水箱底部、电渗析浓水出口管道、电渗析淡水出口管道上均设置有取样阀，方便人工取样分析水质。

极水箱上部设置有排气口，方便排出运行过程产生的微量氯气和氢气。

非软化定向驱动电渗析系统对进水的要求：进水可以且不限于燃煤电厂的脱硫废水，其含盐量不超过60000mg/L,氯离子浓度不超过30000mg/L，硫酸根不超过10000mg/L，钙镁硬度不超过20000mg/L，氟离子不超过20mg/L,pH为4-10范围内，浊度小于2NTU，悬浮物不超过1mg/L，温度为5-35℃。

在电渗析电场的作用下，进入系统的脱硫废水中的阴离子向正极移动，遇到阴离子交换膜,由于该膜具有一二价离子定向驱动性质，只允许一价阴离子主要是氯离子和氟离子通过，到达浓水侧，二价的硫酸根离子被截留，留在淡水侧；废水中的阳离子向负极移动，遇到阳离子交换膜，此膜是普通膜，不具有定向驱动性质，所有价位的阳离子均可通过，因此部分阳离子通过，到达浓水侧。浓水侧阴阳离子混合后，得到以氯化钙、氯化镁为主的氯盐。淡水侧中留下硫酸钙和少量硫酸镁等盐类，此类可回用盐类和大部分水返回至脱硫浆液吸收塔回用。

通过控制浓水通道循环水量和运行时长，可以得到含有高浓度氯化物的浓水，氯离子含量可以达到60000mg/L以上(与原水水质和运行控制有关)。

而淡水侧氯化物含量可以降低至1500mg/L以下(与原水水质和运行控制有关)，硫酸根离子的含量基本保持不变。

浓水的基水可以是除盐水、自来水和废水，推荐采用脱硫废水原水。使浓水流量为原水流量的33％左右，经过定向驱动电渗析装置处理后，原水中95％以上的氯化物转移至浓水侧，浓水中的氯离子浓度同步上升，最高可达60000mg/L。处理后得到的浓水可以送至最终处理系统进一步处理，从而成功将脱硫废水浓缩，达到减量的目的。处理后的淡水可以返回至脱硫吸收塔，将SO^2-和部分Ca²⁺资源化回用。

基于非软化及定向驱动电渗析技术的燃煤电厂湿法脱硫废水浓缩减量处理方法，包括以下步骤：

1)配制极水：在极水箱中加入溶解好的氯化钠，用适量除盐水稀释成约3％质量浓度的氯化钠溶液作为极水；

2)运行极水系统：启动极水泵，开启相关出口阀门，保持该状态连续运行；

3)开启废水原水泵，打开相关出口阀，保持该状态连续运行；

4)运行冷却水系统：开启相关冷却水进出口阀，使冷却水系统投入运行；后续系统运行过程中若发现温度超限，则可逐渐调大冷却水进出口阀门开度，直至符合要求；

5)启动定向驱动电渗析装置，设定运行电压，逐渐调节电流至设定值；若有多级装置，则逐级投运定向驱动电渗析装置；

6)该定向驱动电渗析装置连续运行过程中，淡水侧的氯离子逐渐转移至浓水侧富集，淡水侧最终得到的是以硫酸盐为主的可回用盐类；

7)当废水浓水箱液位达到一定高度后，开启废水浓水泵和相关阀门，将浓水送至后续的最终处理系统；

8)当废水淡水箱液位达到一定高度后，开启废水淡水泵和相关阀门，将淡水送至烟气脱硫系统回用。

所述的基于非软化及定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统实施例：

某燃煤电厂采用旁路烟气蒸发法处理脱硫废水，利用蒸汽余热将脱硫废水蒸干，结晶盐与烟气中的飞灰一起通过静电除尘除去。该工艺存在运行成本高(约100元/吨)的问题，其主要原因为脱硫废水水量过大(380吨/天)，因此需要对脱硫废水进行浓缩减量处理。

后该电厂采用基于非软化及定向驱动电渗析技术，对脱硫废水进行预处理，以减少进入旁路烟气蒸发系统的脱硫废水水量。配置的系统额定处理流量为20吨/小时，由定向驱动电渗析装置(单个电渗析模块，浓水淡水分别循环处理)、废水原水箱、废水原水泵、极水箱、极水泵、废水淡水箱、废水浓水箱、废水淡水泵、废水浓水泵、冷却水系统及相应的管路和阀门组成。废水浓水泵出口连接旁路烟气干燥塔，浓缩减量后的脱硫废水浓水由原有旁路烟气蒸发系统进行蒸发处理。废水淡水泵出口连接脱硫吸收塔浆液池，高硫酸根浓度、低氯离子浓度的淡水出水返回至脱硫系统进行资源化利用。

某天该系统开始运行，原水进水和浓水基水均为三联箱系统处理后的脱硫废水，水量分别为15吨/小时和5吨/小时。原水氯离子浓度为13200mg/L、硫酸根浓度为3740mg/L、总硬度为8700mg/L。系统运行6小时后，测得收集得到的浓水氯离子浓度50200mg/L、硫酸根浓度为3880mg/L，总硬度为29400mg/L；淡水氯离子浓度910mg/L，硫酸根浓度为3510mg/L，总硬度为1800mg/L。系统试运行的168小时期间，持续监测系统进水(原水)、出水浓水、出水淡水水质，均符合系统设计值。

该装置运行3个月以来，平均每天处理脱硫废水380吨，得到淡水280吨、浓水100吨。设备运行期间状态稳定，对脱硫废水的浓缩减量效果明显，与后续的旁路烟气干燥工艺联用后，极大降低了脱硫废水的处理成本。以上结果表明基于非软化及定向驱动电渗析设备与工艺具有实际可行性。

Claims (7)

1.一种基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：包括废水原水箱(1)、废水原水泵(2)、定向驱动电渗析装置(3)、极水箱(4)、极水泵(5)、废水浓水箱(6)、废水浓水泵(7)、废水淡水箱(8)和废水淡水泵(9)；脱硫废水连接至废水原水箱(1)入口，废水原水箱(1)出口通过废水原水泵(2)连接定向驱动电渗析装置(3)的废水入口；定向驱动电渗析装置(3)的浓水出口连接废水浓水箱(6)入口，废水浓水箱(6)出口通过废水浓水泵(7)连接至最终处理系统；定向驱动电渗析装置(3)的淡水出口连接废水淡水箱(8)，废水淡水箱(8)通过废水淡水泵(9)连接至脱硫系统；极水箱(4)出口通过极水泵(5)连接定向驱动电渗析装置(3)的极水入口，定向驱动电渗析装置(3)的极水出口连接极水箱(4)入口，形成极水系统循环；定向驱动电渗析装置(3)连接有冷却水系统。

2.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：系统中各装置之间设有电动阀，所有电动阀的开关接入远程控制系统；各装置之间通过PE管连接；水泵出口均设置逆止阀；系统的总进水口设置有浊度表、pH表、电导率表和温度计，淡水出水口和浓水出水口均设有pH表和电导率表；所有水箱设置有液位计，所有表计信号接入远程控制系统。

3.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：定向驱动电渗析装置(3)模块化，即设置若干个定向驱动电渗析模块串联或并联。

4.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：定向驱动电渗析装置(3)设置有正极板和负极板，并配有直流电源，正负极板间间隔排列阳离子交换膜和阴离子交换膜，一个阳离子交换膜和一个阴离子交换膜组成一个膜对；定向驱动电渗析装置(3)的阴离子交换膜为定向一二价分离膜，阳离子交换膜为普通膜。

5.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：定向驱动电渗析装置(3)设置有电压设定和电流调节装置。

6.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：废水原水箱(1)底部、定向驱动电渗析装置(3)的浓水出口管道以及定向驱动电渗析装置(3)的淡水出口管道上均设置有取样阀。

7.根据权利要求1所述的基于定向驱动电渗析技术的脱硫废水浓缩减量处理系统，其特征在于：极水箱(4)上部设置有排气口。

Images