申请日2018.02.11
公开(公告)日2018.08.10
IPC分类号C02F9/10
摘要
本发明公开了一种低能耗脱硫废水零排放工艺及装置，包括如下步骤：(1)脱硫废水进入调节池调节pH值;(2)然后进入沉淀池，将废水的pH调节至10～13，沉淀后上清液进入脱氮塔，底部污泥送至污泥处理单元;(3)脱氮塔内通过吹脱工艺使废水中的氨氮污染物脱出;(4)吹脱后的废水进入一级反渗透膜装置，得到的一级淡水直接回用，浓水送去电离子膜装置;(5)进入电离子膜装置，分离得到浓水和淡水，浓水送去蒸发固化结晶系统进行分离结晶，淡水进入二级反渗透膜。本发明解决脱硫废水膜处理工艺中操作压力偏高、能耗大的预处理问题，去除重金属和悬浮物的同时能够去除氨氮污染物，进一步提高回用水的水质，实现提高废水回用率、减少废水排放的目的。
权利要求书
1.一种低能耗脱硫废水零排放处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)来自烟气脱硫脱硝系统的废水进入调节池，通过加入石灰乳调节废水原始pH值;
(2)调节pH值后的废水进入沉淀池，去除废水中的硫酸根及重金属离子，同时在沉淀池中加入碳酸钠进一步调节pH值，去除废水中硬度离子，对废水进行软化、沉淀;
(3)沉淀后的上清液进入脱氮塔进行氨氮脱除;底部沉淀物由污泥泵送至污泥处理单元;脱氮塔内采用吹脱工艺使废水中的氨氮污染物脱除，吹出的氨气送至脱硝系统入口烟道内回用，吹脱后的废水通过溢流口流出;
(4)自脱氮塔溢流口出来的废水进入一级反渗透膜装置进行浓缩，得到的一级淡水直接回用，浓水送去电离子膜装置进一步浓缩;电离子膜浓缩后的浓水送去蒸发系统进行结晶固化，淡水进入二级反渗透膜进行再浓缩;得到二级淡水和浓水，浓水送回至电离子膜继续处理，二级淡水回用。
2.根据权利要求1所述一种低能耗脱硫废水零排放工艺，其特征在于，调节池中调节废水的pH值﹥9;沉淀池中进一步调节pH值为10～13。
3.根据权利要求1所述脱硫废水低压膜组合处理工艺，其特征在于，沉淀池中沉淀时间为6～8小时。
4.根据权利要求1所述一种低能耗脱硫废水零排放工艺，其特征在于，脱氮塔采用若干层填料的吹脱塔，每层填料高度为0.5～1.0米，吹脱气气速为0.5～3m/s。
5.根据权利要求1所述一种低能耗脱硫废水零排放工艺，其特征在于，一级反渗透膜装置和二级反渗透膜装置的操作压力均控制为﹤3.5MPa。
6.一种低能耗脱硫废水低零排放装置，其特征在于，包括顺次设置的调节池、沉淀池、脱氮塔、一级反渗透膜装置、电离子膜装置、二级反渗透膜装置和蒸发结晶装置，二级反渗透膜装置的浓水出口接入电离子膜装置的进水口。
7.根据权利要求6所述装置，其特征在于，还包括石灰乳加药箱和碳酸钠加药箱，石灰乳加药箱连接至调节池，碳酸钠药箱连接至沉淀池。
说明书
一种低能耗脱硫废水零排放工艺及装置
技术领域
本发明涉及一种低能耗脱硫废水零排放工艺及装置，属于资源与环境保护领域。
背景技术
为了满足近年来越来越严格的环保要求，大部分的火力发电厂都配套建设了烟气脱硫和脱硝装置，以控制二氧化硫和氮氧化物的排放。在烟气脱硫过程中，烟气中的一部分污染物，如金属、盐、氯离子等会被脱硫浆液吸收，同时脱硝过程中逃逸的氨也会进入脱硫浆液中，形成氨氮污染物。随着脱硫浆液的不断循环，这些污染物不断富集，会对脱硫石膏的品质造成影响，同时也会加剧浆液对设备的腐蚀。为保证脱硫系统的正常运行，必须定时排放一部分脱硫废水，将脱硫浆液中的污染物浓度维持在一定水平。由于脱硫废水中的成分较为复杂，含盐量较高，难以直接回用，且含有重金属，若直接排放对环境造成的污染较大。氨氮污染物进入江河湖泊等水体，会造成水体的富营养化，破坏生态平衡;固体悬浮物、重金属等污染物不仅会污染土壤，对鱼类、甲壳类生物也具有毒害影响，且能够通过食物链不断富集、浓缩，最终危害人类身体健康。同时，废水排放也会造成水资源的浪费。因此，脱硫废水经过处理后回收利用达到零排放，越来越受到重视，并将成为未来废水治理的一种主流方向。
针对脱硫废水的性质和特点，目前国内应用较多的脱硫废水零排放技术主要是“预处理(软化)+膜浓缩+蒸发固化结晶”工艺。脱硫废水经过调节pH、加入药剂沉淀等方式，降低废水中的悬浮物、钙镁离子等的含量。预处理后的废水经过一级或是多级膜浓缩工艺减少需要处理的废水量，再送至蒸发固化结晶系统进行蒸发，蒸发后得到的冷凝水回用，结晶的盐无害化处理或者资源化利用。专利CN201710207899发明了一种脱硫废水经过预处理之后通过膜处理系统进行提浓、再通过蒸发固化结晶蒸发和烟道蒸发两种方式实现废水零排放的工艺，其中的膜处理工艺采用了超滤膜、纳滤膜、反渗透膜3种膜处理技术。但是这种工艺采用的反渗透膜操作压力较高，其中的卷式反渗透膜操作压力为1～6MPa，高压平板膜操作压力高达8～16MPa，导致膜处理工艺的能耗增加。专利CN200910233204发明了一种预处理+纳滤膜+反渗透膜组合的脱硫废水处理系统，该工艺的纳滤膜操作压力为0.5～4.0MPa，反渗透膜的操作压力为0.5～8.0MPa，虽然操作压力比专利CN201710207899中的工艺低，但是仍然偏高。此外，这两个专利所发明的工艺都没有针对废水中的氨氮污染物进行处理。未来脱硫废水的排放标准将越来越严格，目前的处理工艺很可能不再满足环保要求，需要进一步优化。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种低能耗脱硫废水零排放工艺，实现脱硫废水的零排放。
一种低能耗脱硫废水零排放工艺，包括如下步骤：
(1)来自烟气脱硫脱硝系统的废水进入调节池，通过加入石灰乳调节废水原始pH值;
(2)调节pH值后的废水进入沉淀池，去除废水中的硫酸根及重金属离子，同时在沉淀池中加入碳酸钠进一步调节pH值，去除废水中钙、镁离子等硬度离子，对废水进行软化、沉淀;
(3)软化沉淀后的上清液进入脱氮塔进行氨氮脱除;底部沉淀物由污泥泵送至污泥处理单元;脱氮塔内采用吹脱工艺使废水中的氨氮污染物脱除，吹出的氨气送至脱硝系统入口烟道内回用，吹脱后的废水通过溢流口流出;
(4)自脱氮塔溢流口出来的废水进入一级反渗透膜装置进行浓缩，得到的一级淡水直接回用，浓水送去电离子膜装置进一步浓缩;电离子膜浓缩后的浓水送去蒸发系统进行结晶固化，淡水进入二级反渗透膜进行再浓缩;得到二级淡水和浓水，浓水送回至电离子膜继续处理，二级淡水回用。
来自一级反渗透膜的浓水进入电离子膜装置，经电离子膜浓缩后，浓水为盐含量大于15%的高浓废水，溶质组分主要为氯化钠。电离子膜出口淡水盐含量仍较高，尚未达到回用水标准，需经二级反渗透进行再浓缩;二级反渗透膜来水为电离子膜出口淡水，由于采用低压反渗透工艺，反渗透装置运行压力较低，出口淡水水质好，满足回用水水质要求，二级反渗透装置出口淡水直接用于脱硫系统，浓水进入电离子膜进行再浓缩。
本发明工艺包括废水软化处理工艺、废水氨氮脱除、多级膜组合浓缩处理工艺和蒸发结晶工艺。
本发明工艺采用两级软化处理工艺对废水进行预处理，在一级软化处理中去除脱硫废水中的硫酸根、悬浮物和重金属离子，在二级软化过程中去除废水中的钙、镁等硬度离子;软化后的废水中阳离子主要为钠离子和铵根离子，阴离子主要为氯离子。经过两级软化处理并沉淀后的清液进入脱氨塔去除废水中的氨氮，脱氮后的废水中阳离子主要为钠离子，废水中盐的组分得到进一步的提纯，同时废水中的盐分得到下降。脱氮后的废水采用多级反渗透及电离子膜进行高倍浓缩，多级反渗透与电离子膜相结合的膜浓缩工艺可在较低的运行压力下实现回用水水质好，还保证了较高的浓缩倍率和较高的废水回用率，系统运行能耗大幅下降。浓缩后的高浓度废水进入蒸发结晶系统进行蒸发结晶，对污染物进行固化结晶。
优选地，调节池中调节废水的pH值﹥9;沉淀池中进一步调节pH值为10～13。在废水软化工艺中，对废水进行两级处理，逐步去除废水中硫酸根、悬浮物、重金属及钙镁等组分，废水中的主要组分为氯化钠和氯化铵，废水中盐分组成较为简单，经过软化处理后的废水避免了膜浓缩过程中由于硬度离子结垢导致膜使用寿命降低的影响，大幅提高了膜浓缩装置的使用寿命。作为优选，在初级处理调节池中废水的pH值﹥9，二级处理中调节废水的pH为10～13，沉淀时间为6～8小时。
进一步优选地，调节池内调节废水的pH值9～10;更进一步优选地，调节废水的pH值为9;沉淀池中进一步优选地，将废水的pH调节至10，沉淀时间为7小时。以备实审答辩创造性时修改权利要求书有用
在废水氨氮脱除工艺中，对氨氮采用吹脱回收工艺实现氨氮的再利用，节省了脱硝系统的氨耗量，同时废水中氨氮的去除降低了废水中的盐含量，脱氮后的废水盐分较为单一，主要为氯化钠。作为优选，脱氮塔采用若干层填料的吹脱塔，每层填料高度为0.5～1.0米，吹脱气为蒸汽或者空气，吹脱气气速为0.5～3m/s。
在膜浓缩组合工艺中，采用多级反渗透与电离子膜组合工艺，多级反渗透作为电离子膜的初级浓缩装置，可在较低的操作压力下运行，不仅出水淡水水质好(淡水中氯离子浓度﹤200mg/L，TDS浓度﹤500mg/L，达到回用水标准)，废水回用率高，且反渗透装置的运行能耗与操作压力相关，采用多级反渗透低压膜浓缩工艺，浓缩过程运行能耗低;废水经电离子膜的高倍浓缩后，废水的体积得到大幅降低，进一步降低了废水蒸发结晶过程的能耗。作为优选，两级反渗透膜装置的操作压力﹤3.5MPa。
进一步优选，均控制为2～3.5MPa;更进一步优选地，一级反渗透膜装置的操作压力控制为2～3MPa;二级反渗透膜的操作压力控制为2～3MPa;最优选地，一级反渗透膜装置的操作压力控制为2.5MPa;二级反渗透膜的操作压力控制为2.5MPa。以备实审答辩创造性时修改权利要求书有用
装置包含调节池、沉淀池、脱氮塔、一级反渗透膜、电离子膜和二级反渗透膜，各个装置之间通过管路连通。调节池中加入石灰乳调节废水的pH至﹥9，重金属发生沉淀被除去;随后废水进入沉淀池，加入碳酸钠调节pH至10～13，静置6～8小时，除去钙、镁等离子;沉淀池的上层清液进入脱氮塔，通过吹脱工艺除去氨氮污染物;吹脱出的氨气收集后送至脱硝系统进行回用;脱氮塔的溢流液进入一级反渗透膜，经过膜处理的清液直接回用，浓水进入电离子膜进一步浓缩;经电离子膜浓缩后的浓水送至蒸发固化结晶系统进行蒸发结晶，蒸馏水回用，结晶盐则资源化利用或是进行无害化处理，清液则进入二级反渗透膜装置;二级反渗透膜处理后的清液可以回用，浓水送回至电离子膜继续处理。
在蒸发结晶工艺中，在电离子膜将废水进行高倍浓缩后，对高浓度废水进行蒸发、固化结晶，蒸发冷凝水回用，实现脱硫废水零排放。
本发明还提供一种低能耗脱硫废水零排放系统，包括顺次设置的调节池、沉淀池、脱氮塔、一级反渗透膜装置、电离子膜装置和二级反渗透膜装置，二级反渗透膜装置的浓水出口接入电离子膜装置的进水口。
本发明所用调节池、沉淀池、脱氮塔、一级反渗透膜装置、电离子膜装置和二级反渗透膜装置均为本领域常规设备。优选地，还包括石灰乳加药箱和碳酸钠加药箱，石灰乳加药箱连接至调节池，碳酸钠药箱连接至沉淀池。
脱硫废水经处理后回用水中氯离子浓度≤200ppm，TDS浓度≤500mg/L。
与现有脱硫废水膜处理工艺技术相比，本发明提供的低能耗脱硫废水零排放工艺，具有以下优点：
(1)该工艺对脱硫废水采用两级软化处理工艺，充分去除废水中硫酸根、悬浮物、重金属及钙镁离子，大幅简化废水中溶解盐组分，经软化后的废水中硬度离子被去除，避免了由于硬度离子导致膜浓缩过程中的结垢现象，提高了膜浓缩工艺中膜装置的使用寿命，降低了膜浓缩过程的运行成本和能耗。
(2)对废水进行氨氮脱除并实现回收利用，降低了脱硝系统的氨耗量。经脱氨后的废水中溶解盐由杂盐变成单盐，主要溶解组分为氯化钠，处理难度降低，且脱氨后废水中溶解盐由于氨氮的去除得到下降，降低了后续处理的难度及成本。
(3)采用多级膜组合浓缩工艺，将反渗透装置作为电离子膜的初级浓缩装置，反渗透装置只需在较低的压力(2～3.5MPa)下运行即可，不仅降低了反渗透装置的运行能耗，且提高了反渗透装置的出水水质。同时，电离子膜的浓缩倍率高，减少了浓水的体积，大幅降低了蒸发结晶过程的水蒸发量，废水处理过程运行能耗及成本得到进一步降低。综合之后，每吨脱硫废水的能耗约为6～7kW·h。
(4)采用多级高效软化、氨氮脱除、多级膜组合浓缩与蒸发结晶工艺向结合，经过多级软化和氨氮脱除工艺后，废水中盐分由杂盐变为单盐，降低了脱硫废水的处理难度;多级膜组合浓缩工艺大幅降低了蒸发系统的蒸发水量，蒸发结晶后为固态单盐，蒸发冷凝水回用，实现脱硫废水的零排放。