申请日2017.03.13
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F9/04; C02F101/10; C02F103/18
摘要
本发明公开一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，反渗透膜系统原水罐出口接保安过滤器，保安过滤器出口分别接高压泵入口和能量回收装置入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一反渗透膜组件入口，第一反渗透膜组件出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二反渗透膜组件入口，第二反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和能量回收装置入口，能量回收装置出口接增压泵入口，增压泵出口接第一循环泵入口。本发明还公开一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺。本发明有效提高脱硫废水浓缩效果，实现资源化利用，减少环境污染，降低投资成本和运行费用。
摘要附图
权利要求书
1.一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：包括还原剂储罐、酸储罐、反渗透膜系统原水罐、加酸搅拌离心泵、进水泵、阻垢剂储罐、保安过滤器、高压泵、第一循环泵、第一反渗透膜组件、第二循环泵、第二反渗透膜组件、能量回收装置和增压泵;还原剂储罐安装在反渗透膜系统原水罐旁边位置，酸储罐通过管路与反渗透膜系统原水罐连接，加酸搅拌离心泵安装在反渗透膜系统原水罐旁边位置，反渗透膜系统原水罐进口接脱硫废水，出口接保安过滤器，保安过滤器与反渗透膜系统原水罐之间安装进水泵，保安过滤器旁边安装阻垢剂储罐;保安过滤器出口分别接高压泵入口和能量回收装置入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一反渗透膜组件入口，第一反渗透膜组件出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二反渗透膜组件入口，第二反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和能量回收装置入口，能量回收装置出口接增压泵入口，增压泵出口接第一循环泵入口。
2.如权利要求1所述的一种脱硫 废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：还原剂储罐出口接还原剂计量泵入口，还原剂计量泵出口接反渗透膜系统原水罐进水管路，酸储罐出口接酸计量泵入口，酸计量泵出口接反渗透膜系统原水罐入口，阻垢剂储罐出口接阻垢剂计量泵入口，阻垢剂计量泵出口接进水泵出口与保安过滤器进口之间的管路。
3.如权利要求1所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：加酸搅拌离心泵入口接反渗透膜系统原水罐出口，加酸搅拌离心泵出口接反渗透膜系统原水罐入口。
4.如权利要求1所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：第一反渗透膜组件和第二反渗透膜组件的产水输送至外部回收利用设备;第二反渗透膜组件的浓水通过能量回收装置出口输送至外部处理设备。
5.如权利要求1所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，其特征在于：第一反渗透膜组件为微管式反渗透膜组件MTRO，第二反渗透膜组件为碟管式反渗透膜组件DTRO;微管式反渗透膜组件MTRO和碟管式反渗透膜组件DTRO集成安装。
6.一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：包括以下步骤：
一，经预处理的脱硫废水进入反渗透膜系统原水罐前添加还原剂，通过加酸调节反渗透膜系统原水罐内脱硫废水至pH值为6-6.5，由加酸搅拌离心泵充分搅拌酸和脱硫废水;
二，调酸后的脱硫废水添加阻垢剂，再经过保安过滤器，然后一路通过高压泵，另一路依次通过能量回收装置和增压泵，增压后的脱硫废水进入第一循环泵，第一循环泵流出的脱硫废水进入第一反渗透膜组件进行浓缩，得到的部分浓水进入第二循环泵，第二循环泵流出的脱硫废水进入第二反渗透膜组件继续浓缩，得到的最终浓水通过能量回收装置将其压能传递给部分保安过滤器出水，该部分脱硫废水再通过增压泵增压后与高压泵出水一起进入第一循环泵。
7.如权利要求6所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：还原剂为质量分数为10%的亚硫酸氢钠溶液，投加量为10-100ppm;酸为质量分数为98%的浓硫酸或者质量分数为30-37%的盐酸，浓硫酸投加量为0.5-2.0kg每m3脱硫废水，盐酸投加量为1.5-3.5kg每m3脱硫废水。
8.如权利要求6所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：阻垢剂主要成分为有机磷酸盐和聚丙烯酸脂，投加量为1-5ppm。
9.如权利要求6所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：高压泵和增压泵出口脱硫废水压力为55-80bar，第一循环泵出口脱硫废水压力为60-90bar，经过第一反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为55-80bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第一循环泵入口，第一循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水直接进入第二循环泵，第二循环泵直接回收该浓水压力并将脱硫废水增压至60-90bar，经过第二反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为55-80bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第二循环泵入口，第二循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水通过能量回收装置将其压能传递给部分保安过滤器出水，该部分脱硫废水再通过增压泵增压5-15bar后与高压泵出水混合进入第一循环泵。
10.如权利要求6所述的一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，其特征在于：能量回收装置为采用正位移原理的PX压力交换式能量回收装置。
说明书
一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置及工艺
技术领域
本发明涉及脱硫废水处理技术领域，尤其是指一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置及工艺。
背景技术
SO2的排放污染成为制约火电建设的重要因素，在现有火力发电的脱硫技术中，石灰石/石膏湿法烟气脱硫工艺技术成熟，应用最为广泛，但用该法进行脱硫时，排出一部分吸收塔浆液作为脱硫废水。脱硫废水中含有大量的悬浮物、Cl-、F-、SO42-、Ca2+、Mg2+等物质，同时含有微量的重金属离子，污染性强。
脱硫废水常规处理方法为化学沉淀法，操作较简单，但占地面积大，出水不稳定，且出水含盐量高难以回收利用，外排还会引起二次污染;直接利用蒸发技术或电渗析技术，投资成本和运行费用高，难以进一步推广，且电渗析技术出水难以满足回用要求;膜技术是一种无相变的高效分离技术，设备体积小、结构简单，能够实现废水的低成本净化、脱盐，而直接利用膜技术时，需要对脱硫废水进行严格的预处理，因此，如何利用膜技术与其他废水处理技术有效结合是脱硫废水深度处理并实现零排放要求的关键。
申请号为201510275955.2中国专利，脱硫废水零排放工艺及系统，脱硫废水加药软化除硬后进行管式超滤膜过滤，管式超滤膜产水进行纳滤分盐，纳滤产水进入海水反渗透SWRO一步浓缩，由于脱硫废水受到各种因素影响，水质变化大，采用SWRO一步浓缩时对进水要求严格，对预处理要求高且预处理药剂成本大。
申请号为201610189904.2中国专利，一种全膜法对脱硫废水深度处理膜分离组合零排放系统，脱硫废水加药软化除硬后进行TMF过滤，TMF产水进行纳滤分盐，纳滤产水先进入SWRO 浓缩后再进入DTRO浓缩，SWRO浓水是先泄压收集至SWRO浓水罐再由高压泵增压进入DTRO浓缩，且DTRO浓水也是直接泄压收集至DTRO浓水罐待后续蒸发处理，未利用SWRO浓水和DTRO浓水的高压能，导致能量损失。
申请号为201310555063.9中国专利，一种脱硫废水零排放处理装置及方法，脱硫废水加药软化除硬后进行循环膜过滤后，循环膜出水先进入海水膜浓缩再进入耐污染高压膜浓缩，利用涡轮能量回收装置回收海水膜和耐污染高压膜浓水压力，但在能量回收过程中存在压能-机械能-压能2次能量转换，存在能量损失，且膜浓水量较少，涡轮能量回收装置能量回收效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置及工艺，以保证反渗透膜系统稳定运行，有效提高脱硫废水浓缩效果，实现资源化利用，减少环境污染，同时降低投资成本和运行费用。
为了达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合装置，包括还原剂储罐、酸储罐、反渗透膜系统原水罐、加酸搅拌离心泵、进水泵、阻垢剂储罐、保安过滤器、高压泵、第一循环泵、第一反渗透膜组件、第二循环泵、第二反渗透膜组件、能量回收装置和增压泵;还原剂储罐安装在反渗透膜系统原水罐旁边位置，酸储罐通过管路与反渗透膜系统原水罐连接，加酸搅拌离心泵安装在反渗透膜系统原水罐旁边位置，反渗透膜系统原水罐进口接脱硫废水，出口接保安过滤器，保安过滤器与反渗透膜系统原水罐之间安装进水泵，保安过滤器旁边安装阻垢剂储罐;保安过滤器出口分别接高压泵入口和能量回收装置入口，高压泵出口接第一循环泵入口，第一循环泵出口接第一反渗透膜组件入口，第一反渗透膜组件出口接第一循环泵入口和第二循环泵入口，第二循环泵出口接第二反渗透膜组件入口，第二反渗透膜组件出口接第二循环泵入口和能量回收装置入口，能量回收装置出口接增压泵入口，增压泵出口接第一循环泵入口。
进一步，还原剂储罐出口接还原剂计量泵入口，还原剂计量泵出口接反渗透膜系统原水罐进水管路，酸储罐出口接酸计量泵入口，酸计量泵出口接反渗透膜系统原水罐入口，阻垢剂储罐出口接阻垢剂计量泵入口，阻垢剂计量泵出口接进水泵出口与保安过滤器进口之间的管路。
进一步，加酸搅拌离心泵入口接反渗透膜系统原水罐出口，加酸搅拌离心泵出口接反渗透膜系统原水罐入口。
进一步，第一反渗透膜组件和第二反渗透膜组件的产水输送至外部回收利用设备;第二反渗透膜组件的浓水通过能量回收装置出口输送至外部处理设备。
进一步，第一反渗透膜组件为微管式反渗透膜组件MTRO，第二反渗透膜组件为碟管式反渗透膜组件DTRO;微管式反渗透膜组件MTRO和碟管式反渗透膜组件DTRO集成安装。
一种脱硫废水反渗透膜浓缩组合工艺，包括以下步骤：
一，经预处理的脱硫废水进入反渗透膜系统原水罐前添加还原剂，通过加酸调节反渗透膜系统原水罐内脱硫废水至pH值为6-6.5，由加酸搅拌离心泵充分搅拌酸和脱硫废水;
二，调酸后的脱硫废水添加阻垢剂，再经过保安过滤器，然后一路通过高压泵，另一路依次通过能量回收装置和增压泵，增压后的脱硫废水进入第一循环泵，第一循环泵流出的脱硫废水进入第一反渗透膜组件进行浓缩，得到的部分浓水进入第二循环泵，第二循环泵流出的脱硫废水进入第二反渗透膜组件继续浓缩，得到的最终浓水通过能量回收装置将其压能传递给部分保安过滤器出水，该部分脱硫废水再通过增压泵增压后与高压泵出水一起进入第一循环泵。
进一步，脱硫废水预处理包括但不限于化学加药软化除硬、TMF过滤或纳滤分盐，预处理脱硫废水Ca2+为1-300mg/L，Mg2+为1-3000mg/L，SS为1-60mg/L。
进一步，还原剂为质量分数为10%的亚硫酸氢钠溶液，投加量为10-100ppm;酸为质量分数为98%的浓硫酸或者质量分数为30-37%的盐酸，浓硫酸投加量为0.5-2.0kg每m3脱硫废水，盐酸投加量为1.5-3.5kg每m3脱硫废水。
进一步，阻垢剂主要成分为有机磷酸盐和聚丙烯酸脂，投加量为1-5ppm。
进一步，保安过滤器为过滤精度5-10μm的芯式或袋式精密过滤器。
进一步，高压泵和增压泵出口脱硫废水压力为55-80bar，第一循环泵出口脱硫废水压力为60-90bar，经过第一反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为55-80bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第一循环泵入口，第一循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水直接进入第二循环泵，第二循环泵直接回收该浓水压力并将脱硫废水增压至60-90bar，经过第二反渗透膜组件浓缩后的浓水压力为55-80bar，该段浓水在高压的驱动下部分回流至第二循环泵入口，第二循环泵直接回收该浓水压力，另一部分浓水通过能量回收装置将其压能传递给部分保安过滤器出水，该部分脱硫废水再通过增压泵增压5-15bar后与高压泵出水混合进入第一循环泵。
进一步，第一循环泵和第二循环泵入口耐高压80bar。
进一步，能量回收装置为采用正位移原理的PX压力交换式能量回收装置。
进一步，反渗透膜浓缩组合工艺系统设计压力为90bar，运行压力为65-85bar;所述MTRO膜通量为13-18LMH，回收率为40-50%，将脱硫废水含盐量从30-40g/L浓缩到70-80g/L;所述DTRO膜通量为8-13LMH，回收率为40-50%，将脱硫废水含盐量从70-80g/L浓缩到100-110g/L;所述MTRO和DTRO整体回收率为65-75%。
进一步，脱硫废水经反渗透膜浓缩组合工艺处理后产水含盐量小于2g/L，直接回用于工业用水;所述最终浓水用于灰场进行喷洒处理或进行MVR蒸发结晶处理。
采用上述方案后，本发明将耐高压的高脱盐率的微管式反渗透膜组件MTRO和耐高压的高脱盐率的碟管式反渗透膜组件DTRO两种形式的反渗透膜组件通过高压泵、第一循环泵、第二循环泵、能量回收装置和增压泵等组合集成，占地面积小，基建费用和运行费用较低，且方便维修和日后扩建。
本发明采用的微管式反渗透膜组件MTRO的格网采用梯形结构，脱硫废水在格网形成的通道内流动，如同在管式膜内流动，阻力较菱形格网要小很多，同时，内部横向的加强筋可以增加料液流动时候的紊流，降低膜的浓差极化作用，而常规的SWRO多为卷式膜结构，膜间距狭小，内部流道格网为菱形结构，阻力较大，浓度和粘度提高的时候膜表面的浓差极化现象严重，因此MTRO耐污染能力比SWRO的高;故SWRO对进水要求高，需要对脱硫废水充分除硬软化，对预处理要求严格且预处理成本高，而MTRO对膜进水水质要求较SWRO的低，可满足进水Ca2+为1-300mg/L，Mg2+为1-3000mg/L，SS为1-60mg/L;本发明可以先发挥在低含盐量条件下MTRO膜单支膜组件处理的量大的特点，对脱硫废水先进行第一段MTRO浓缩，再进行第二段DTRO浓缩，保证反渗透膜系统稳定运行的情况下降低系统投资。
本发明的反渗透膜组合工艺充分回收MTRO和DTRO浓水能量，MTRO部分浓水压力被MTRO循环泵直接回收利用，保证MTRO表面足够的流量和错流流速以避免膜污染，另一部分浓水压力被DTRO循环泵直接回收利用;DTRO部分浓水压力被DTRO循环泵直接回收利用，保证DTRO表面足够的流量和错流流速以避免膜污染，另一部分浓水压力即最终浓水压力通过能量回收装置将其压能传递给部分高压泵进水，通过增压泵增压至高压泵出水压力后与高压泵出水一起进入MTRO循环泵，降低对高压泵的能耗要求;能量回收装置为采用正位移原理的PX压力交换式能量回收装置，在能量回收过程中只有存在压能-压能1次能量转换，能量损失小，能量回收效率高达90-95%，比涡轮机的转换效率高1/3。
本发明可将脱硫废水含盐量从30-40g/L浓缩到100-110g/L，整体回收率为65-75%，减少了脱硫废水量，为后续浓水处理创造更有利的条件。