申请日2015.09.16
公开(公告)日2015.12.16
IPC分类号C02F103/18; C02F9/04
摘要
本发明提供了一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理方法及设备，处理方法包括：(A)将脱硫废水经过水质软化处理后，进行反渗透浓缩得到第一分离液以及第一浓缩液;(B)将所述第一浓缩液进行正渗透浓缩后得到第二浓缩液以及第二分离液;(C)第一分离液返回用于生产，第二分离液返回(A)步骤中重新进行反渗透浓缩，第二浓缩液则结晶处理得到固体盐。处理设备包括反渗透系统、正渗透系统以及辅助系统;反渗透系统包括第一进水口、第一分离液出口以及第一浓缩液出口，正渗透系统包括第二进水口、第二浓缩液出口以及第二分离液出口，辅助系统包括回用水箱以及结晶器。本发明的处理方法以及设备实现了废水零排放，绿色环保无污染。
摘要附图
权利要求书
1.一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理方法，其特征在于， 包括如下步骤：
(A)将脱硫废水经过水质软化处理后，进行反渗透浓缩得到 第一分离液以及第一浓缩液;
(B)将所述第一浓缩液进行正渗透浓缩后得到第二浓缩液以 及第二分离液;
(C)第一分离液返回用于生产，第二分离液返回(A)步骤中 重新进行反渗透浓缩，第二浓缩液则结晶处理得到固体盐。
2.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理 方法，其特征在于，软化处理步骤包括：加药剂絮凝处理、澄清后 过滤，离子交换吸附过滤后即可;
优选地，加药剂絮凝处理所用的药剂为氢氧化钠以及碳酸钠。
3.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理 方法，其特征在于，所述步骤(A)中，反渗透浓缩设计为多级处 理，则第一级反渗透浓缩得到的为第一浓缩液，最后一级反渗透浓 缩得到的为第一分离液，其余级别的分离液则继续进入下一级别进 行反渗透浓缩，浓缩液则返回上一级重新进行反渗透浓缩;优选为 2级处理。
4.根据权利要求1所述的烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理 方法，其特征在于，所述步骤(B)中，正渗透浓缩设计为单级或 多级处理，优选为单级处理。
5.采用权利要求1-4任一项所述的处理方法处理脱硫废水的设 备，其特征在于，包括反渗透系统、正渗透系统以及辅助系统;所 述反渗透系统设置有用于水质软化处理后的脱硫废水进入的第一进 水口、第一分离液出口以及第一浓缩液出口，所述正渗透系统设置 有第二进水口、第二浓缩液出口以及第二分离液出口，所述辅助系 统包括回用水箱以及结晶器;
第一分离液出口连接所述回用水箱，第一浓缩液出口连接第二 进水口，第二浓缩液出口连接结晶器，第二分离液出口连接第一进 水口。
6.根据权利要求5所述的处理设备，其特征在于，还包括水质 软化系统，所述水质软化系统包括原水泵、用于加药剂絮凝处理并 澄清的澄清池、多介质过滤器以及离子交换器，所述烟气脱硫系统 排放的脱硫废水依次经过原水泵、澄清池、多介质过滤器以及离子 交换器处理后去往第一进水口;优选地，离子交换器、多介质过滤 器的材质为FPR或HDPE材质，所述原水泵的转动部件的材质为钛 材质。
7.根据权利要求5所述的处理设备，其特征在于，所述反渗透 系统包括RO进水箱、RO进料泵、RO膜以及套设在RO膜外部的 膜壳;
则第一进水口设置于所述RO进水箱上，所述膜壳上设置有第 一分离液出口与第一浓缩液出口，水质软化处理后的脱硫废水经第 一进水口进入RO进水箱后经RO进料泵提升输送至RO膜中进行 反渗透处理。
8.根据权利要求5所述的处理设备，其特征在于，所述正渗透 系统包括FO浓盐水箱、FO进料泵、汲取液进料泵、稀释汲取液存 储箱、汲取液回收系统、浓盐水气提系统、FO膜以及套设在FO膜 外部的膜壳;
则第二进水口设置于所述FO浓盐水箱上，所述第二分离液出 口设置于所述汲取液回收系统上，所述第二浓缩液出口设置于所述 浓盐水气提系统上;
第一浓缩液从第二进水口进入经FO进料泵输送到FO膜中， 同时汲取液通过汲取液进料泵也输送到FO膜中并与第一浓缩液逆 向接触后去往稀释汲取液存储箱、汲取液回收系统并从第二分离液 出口出液，经过FO膜提浓后的浓缩液再经过浓盐水气提系统并从 第二浓缩液出口出液去往结晶器;
优选地，所述汲取液回收系统包括精馏塔，则所述第二分离液 出口设置于所述精馏塔的塔底。
9.根据权利要求8所述的处理设备，其特征在于，所述FO进 料泵、汲取液进料泵的转动部件的材质均为钛材质，FO浓盐水箱以 及稀释汲取液存储箱的材质为HPDE材质，汲取液回收系统包括精 馏塔，精馏塔的材质为FPR材质。
10.根据权利要求5所述的处理设备，其特征在于，辅助系统 还包括离心机以及振动输送机，所述结晶器后依次连接用于固体盐 脱水干燥的离心机、以及用于输送固体盐的振动输送机;优选地， 结晶器的主体材质为1.4529不锈钢或Alloy926。
说明书
一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理方法及设备
技术领域
本发明涉及工业废水处理领域，具体而言，涉及一种烟气脱硫 系统排放的脱硫废水的处理方法及设备。
背景技术
对于湿法烟气脱硫技术，其脱硫废水呈弱酸性，含有大量的重 金属元素和悬浮固体。因此，脱硫废水的处理主要是以化学-机械沉 降方法分离重金属和其它可沉淀物(如氟化物、亚硫酸盐、硫酸盐 等)。目前国内典型的废水处理工艺均是基于脱硫废水的排放特征衍 生而来的，因此，传统的脱硫废水处理工艺流程一般由废水处理系 统、污泥脱水系统、化学加药系统等三大部分组成。其中，废水处 理系统由三联箱(中和箱、沉降箱、絮凝箱)、浓缩澄清池、出水池 三部分组成。
这种普通的三联箱技术，也就是传统的混凝澄清综合处理技术， 只能做到简单的预处理，为了实现脱硫废水中的盐分的结晶处理， 后续结晶器的负荷很大，这样无形之中增加了电厂中的蒸汽、电、 循环水等各种公用工程的能耗，而且采用大量的化学药剂，对环境 以及人体健康均有危害。由此可见，传统处理方法及设备不仅运行 成本高而且不绿色环保。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水 的处理方法，所述方法具有处理方法简单，操作方便，不会对环境 造成污染充分绿色环保，对脱硫废水处理能力强，可以实现废水零 排放等优点。
本发明的第二目的在于提供一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水 的处理设备，所述废水处理设备可很好的与处理方法配合实现了废 水的零排放的优点。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明实施例提供了一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理 方法，包括如下步骤：(A)将脱硫废水经过水质软化处理后，进行 反渗透浓缩得到第一分离液以及第一浓缩液;
(B)将所述第一浓缩液进行正渗透浓缩后得到第二浓缩液以 及第二分离液;
(C)第一分离液返回用于生产，第二分离液返回(A)步骤中 重新进行反渗透浓缩，第二浓缩液则结晶处理得到固体盐。
要说电厂里面最脏的水是什么，那就是脱硫废水，脱硫废水本 身呈弱酸性，钙镁离子的含量很高，而现有技术中脱硫废水的处理 工艺一般是基于脱硫废水的排放特征衍生而来的，因此，传统的脱 硫废水处理工艺流程一般由废水处理系统、污泥脱水系统、化学加 药系统等三大部分组成。其中，废水处理系统由三联箱(中和箱、 沉降箱、絮凝箱)、浓缩澄清池、出水池三部分组成。但是这种处理 方法本身能耗高，无形之中增加了运行成本，而且还会污染环境。 鉴于电厂的脱硫废水量很大，像比较大的电厂每小时可产生脱硫废 水18吨左右，因此寻求一种能耗低、能够运行平稳而且绿色环保的 脱硫废水处理技术迫在眉睫，同时也是在为全人类赖以生存的家园 造福。鉴于现实的迫切需要以及现有脱硫废水处理技术的诸多技术 缺陷，本发明提供了一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理方法。
首先，先对脱硫废水进行软化预处理变成软化水，主要的目的 是为了去除脱硫废水中含量很高的钙镁离子，为后续处理提供了更 洁净的水质条件，避免结垢的产生对后续设备的破坏，影响其正常 使用寿命。一般软化处理步骤包括：加药剂絮凝处理、澄清后过滤， 离子交换吸附过滤后即可，加药剂进行絮凝处理所用的药剂最好是 氢氧化钠以及碳酸钠，通过投加碳酸钠和氢氧化钠药剂，分别与水 中的钙镁离子反应生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，成本低而且絮凝效 果好。可见，水质软化是后续流程长期、连续、稳定、高效运行的 先决条件，也是保证后续产生的结晶盐纯度保障，按照上述流程进 行水质软化后，产水满足总硬度在20mg/L(0.4mmol/LCaCO3)以下， 为后续单元提供了很好的运行条件，可以进一步提高浓缩倍率，有 效避免后续系统因钙镁等离子引起的结垢等问题。
然后，经过水质软化处理后的脱硫废水因其硬度充分降低，可 以进行反渗透处理，反渗透浓缩的产水可直接返回用于生产，为了 增强产水的水质，满足不同用户的需求，反渗透浓缩可设计为多级 处理，则第一级反渗透浓缩得到的为第一浓缩液，最后一级反渗透 浓缩得到的为第一分离液，其余级别的分离液则继续进入下一级别 进行反渗透浓缩，浓缩液则返回上一级重新进行反渗透浓缩;优选 为2级处理。
最后，反渗透的浓缩液则进入正渗透膜浓缩进一步提浓处理。 正渗透浓缩处理后的浓缩液的浓度是反渗透浓缩液的4-5倍，此时 正渗透浓缩液含盐量可达到200000-250000mg/L，正渗透产水回流 至反渗透预浓缩进行精制，正渗透浓缩液则可直接进行结晶处理， 不用额外寻找其他处理方法，不但节约了人力物力，还降低了废水 处理成本，这种优势是现如今任何一种废水处理方法所不能比拟的。 这样将正渗透与反渗透处理结合，即保证了产水的水质可直接回用， 又提高了浓缩液的浓度，一举两得，非常环保。
反渗透优选为2级处理，去除水中绝大部分的TDS，产水TDS <20mg/L，比较纯净，如果想要进一步提高水质，可设计为多级， 还有在反渗透进水时进水中的COD和氨氮无法穿透RO膜，不会进 入产品水中，这更加保证了产品的水质。
正渗透是在半透膜两侧产生的渗透压差为驱动力下，水分子自 发的从高盐水向汲取液渗透的过程，而主要产生动力源的物质为汲 取液，该浓缩处理方法的优点是不需要高压泵便可运行，并且在能 耗小于热法的情况下，能够有选择性的去除水中溶解的物质。这些 特点保证正渗透浓缩技术具有更高的抗污染性能，并且相对与已有 的脱盐工艺而言，这种技术的能耗和化学药剂的消耗更低。能保证 正渗透膜与反渗透膜具有相似的脱盐率。同样的，正渗透浓缩也可 设计为单级或多级处理，但是处于成本以及浓缩效果考虑，单级处 理即可满足要求。
本发明这种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理方法不同于以 往脱硫废水的处理方法，该工艺路线是发明人通过大量实验实践出 来的，现有技术中并无记载，能实现废水零排放，绿色环保，对人 身体没有任何危害，整个工艺流程中不需要额外脱氨氮操作，可实 现最终产水的氨氮含量小于1mg/L，而且经过正渗透处理后的水还 会经过多级RO精处理，完全保证产水的低氨氮含量。
本发明实施例除了提供了一种烟气脱硫系统排放的脱硫废水的 处理方法，还提供了一种与之配套的处理设备，包括：反渗透系统、 正渗透系统以及辅助系统;所述反渗透系统包括用于水质软化处理 后的脱硫废水进入的第一进水口、第一分离液出口以及第一浓缩液 出口，所述正渗透系统包括第二进水口、第二浓缩液出口以及第二 分离液出口，所述辅助系统包括回用水箱以及结晶器;
第一分离液连接所述回用水箱，第一浓缩液连接第二进水口， 第二浓缩液连接结晶器，第二分离液连接第一进水口。
本发明实施例提供的烟气脱硫系统排放的脱硫废水的处理设 备，能够很好的与脱硫废水的处理方法相配合，设备造价低、占地 面积小，运行平稳且能耗低，最终实现了废水零排放，绿色环保。
在本发明中，还包括水质软化系统，所述水质软化系统包括原 水泵、用于加药剂絮凝处理并澄清的澄清池、多介质过滤器以及离 子交换器，所述烟气脱硫系统排放的脱硫废水依次经过原水泵、澄 清池、多介质过滤器以及离子交换器处理后进入第一进水口;优选 地，离子交换器、多介质过滤器的材质为FPR或HDPE材质，所述 原水泵的转动部件的材质为钛材质。
通过向澄清池中投加碳酸钠以及氢氧化钠药剂，使水中Ca2+与 Mg2+形成CaCO3沉淀和Mg(OH)2，在澄清器中软化后的水质的硬度 约100mg/L，同时在澄清池中可以去除水中部分的悬浮物、COD和 胶体硅，从澄清池中出来的产水进入过滤器和离子交换器进一步去 除水中的剩余硬度和大部分的悬浮物，此时经离子交换软化后的水 总硬度<10mg/L。
进一步的，在澄清池中沉淀产生的污泥可用污泥输送泵将沉淀 物输送到前端重复利用，澄清池产生的上清液自流进入澄清水箱作 为后续多介质过滤单元的进水，经软化水输送泵提升至多介质过滤 单元进一步处理;为使软化系统有更好的矾花，提高软化的处理效 果，在澄清池中设置污泥循环泵将底部污泥回流至系统前端，在澄 清池中进水管与进水混合，污泥回流比可根据实际情况变频控制， 调节回流量。
优选地，反渗透系统具体包括RO进水箱、RO进料泵、RO膜 以及套设在RO膜外部的膜壳;
则第一进水口设置于所述RO进水箱上，所述膜壳上设置有第 一分离液出口与第一浓缩液出口，水质软化处理后的脱硫废水经第 一进水口进入RO进水箱后经RO进料泵提升输送至RO膜中进行 反渗透处理。
优选地，所述正渗透系统包括FO浓盐水箱、FO进料泵、汲取 液进料泵、稀释汲取液存储箱、汲取液回收系统、浓盐水气提系统、 FO膜以及套设在FO膜外部的膜壳;
则第二进水口设置于所述FO浓盐水箱上，所述第二分离液出 口设置于所述汲取液回收系统上，所述第二浓缩液出口设置于所述 浓盐水气提系统上;
第一浓缩液从第二进水口进入经FO进料泵输送到FO膜中， 同时汲取液通过汲取液进料泵也输送到FO膜中并与第一浓缩液逆 向接触后去往稀释汲取液存储箱、汲取液回收系统并从第二分离液 出口出液，经过FO膜提浓后的浓缩液再经过浓盐水气提系统并从 第二浓缩液出口出液去往结晶器;
优选地，所述汲取液回收系统包括精馏塔，则所述第二分离液 出口设置于所述精馏塔的塔底。
优选地，所述FO进料泵、汲取液进料泵的转动部件的材质均 为钛材质，FO浓盐水箱以及稀释汲取液CDS存储箱的材质为HPDE 材质，汲取液回收系统包括精馏塔，精馏塔的材质为FPR材质。
汲取液是通过将一定比例的氨气和二氧化碳气体溶于水中而 成，由于高度的溶解性，因此所得的溶液具有极高的渗透压。这个 高渗透压甚至可以在进水TDS为150000mg/L时驱动水分子透过 膜。正渗透膜的进水与汲取液接触后被浓缩，汲取液进入膜壳后以 相反的方向流过(对流)膜堆并且被从原水侧透过的水稀释，被稀 释后的汲取液通过稀释汲取液存储箱进入汲取液回收系统，一般汲 取液回收系统包括精馏塔，因此在精馏塔中氨气和二氧化碳气体随 着水蒸汽从溶液中被分解出来。离开精馏塔塔顶的气体混合物与旁 路过来的稀释汲取液进行混合，然后通过热交换器进行完全冷凝和 吸收。从塔底流出的FO产水被收集起来被送到反渗透系统进行进 一步的脱盐以生产更高品质的产水和保证水中残留的、不挥发的汲 取液溶质的回收。反渗透系统的浓缩液被循环送回正渗透系统进一 步提浓。
还有，在正渗透系统中，汲取液中的一些氨气和二氧化碳会透 过正渗透膜(与水的渗透方向相反)进入原水中，这个过程称为反 向扩散。为了维持正渗透系统的汲取液以闭路循环方式反复利用， 需要将反向扩散到浓水中的这部分浓度相对较低的氨和二氧化碳回 收。在回收浓水中的汲取液溶质过程中，浓水中的TDS浓度也被进 一步的提高。
在本发明中，汲取液回收系统除了包括精馏塔，还包括进料泵、 再沸器循环泵、精馏塔产水泵、DDS旁路泵、进料预换热器、再沸 器换热器、CDS存储箱等。精馏塔进料为经过预换热以后的DDS 溶液，精馏塔塔顶气体与浓水汽提塔塔顶气体混合后经过换热器与 DDS旁路混合回到CDS存储箱，精馏塔塔底产水经过换热以后回 到反渗透系统进行处理。
浓盐水汽提系统具体包括汽提塔和填料、进料泵、再沸器循环 泵、汽提塔产水泵、进料预换热器、再沸器换热器等。汽提塔进料 为经过预换热以后的FO浓盐水，汽提塔塔顶气体与汲取液精馏塔 塔顶气体混合后经过换热器与DDS旁路混合回到CDS存储箱，汽 提塔塔底产水直接输送至结晶器。
另外，还包括用于清洗RO膜和FO膜的化学清洗系统、精馏 塔和汽提塔塔顶物料的最终冷凝器和真空系统、做为热源的冷凝液 输送系统、做为冷源的冷却水输送系统。
辅助系统除了包括结晶器、回用水箱外还包括离心机以及振动 输送机，所述结晶器后依次连接用于固体盐脱水干燥的离心机、以 及用于输送固体盐的振动输送机;优选地，结晶器的主体材质为 1.4529不锈钢或Alloy926。其中，结晶器在负压状态下运行，将正 渗透系统产生的浓缩液继续浓缩，产水固体结晶盐。由于结晶器处 理浓盐水的沸点升高较大，结晶器采用蒸汽驱动方式并配有热力蒸 汽压缩机以减少新鲜蒸汽用量，主要设备有循环泵、换热器、冷凝 器、输送泵和旋流分离器等。而结晶析出的固体颗粒，经离心机脱 水干燥后，由振动输送机输送至结晶盐包装车间进一步处理。
本发明的设备材质选择也是有一定要求的，由于脱硫废水本身 呈弱酸性，因此考虑到对操作设备会有腐蚀性，以及充分延长设备 使用寿命来考虑，每一个组件均选择了合适的材质，从这一点来看 发明人也是付出了大量的创造性劳动的。
现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)采用正渗透浓缩技术，将正渗透系统与汲取液回收系统有机 的结合在一起，可以实现以更低的能耗浓缩软化水，浓缩后的浓盐 水进入后续结晶干燥系统制盐，正渗透膜的产水经过反渗透系统精 处理，产水水质完全满足要求。高浓度的汲取液通过正渗透膜系统 将软化水浓缩至TDS大于200000mg/L，稀释后的汲取液通过精馏 塔回收，浓盐水经过浓盐水汽提系统脱除氨氮进入结晶干燥系统制 盐。
2)整个设备运行过程没有潜热损失。所消耗的仅是各个系统 中使水和汲取液循环流动的水泵以及控制系统所消耗的电能。精馏 塔和汽提塔采用电厂提供的凝结水对塔底再沸器进行加热，能耗低、 运行平稳。
3)本设备不需要额外配置脱氨氮装置，汲取液回收系统中的 精馏塔底部产生的淡水氨氮含量不仅可以控制到小于1mg/L，而且 塔底产水经过后面的反渗透系统精处理以后，最终产水完全满足要 求，整个装置也实现了废水零排放，绿色环保的要求。