申请日2018.01.04
公开(公告)日2018.04.17
IPC分类号C02F9/04; C02F103/18; C02F101/10
摘要
本发明公开了一种脱硫废水零排放及资源化利用装置和方法，应用于火电、化工、冶金等行业高盐废水处理技术领域，脱硫废水依次经过以下处理：预处理单元，降低脱硫废水中Ca2+、Mg2+和SO42‑的含量;深度处理单元，降低脱硫废水中SS、COD、硬度、NH3‑N和SO42‑的含量，深度处理单元与预处理单元相连;膜浓缩单元，得到浓盐水，膜浓缩单元与深度处理单元相连;中水回用单元，收集中水，并降低中水中的TDS含量，中水回用单元与膜浓缩单元相连;和双极膜水解离单元，得到氢氧化钠溶液和盐酸溶液，双极膜水解离单元与膜浓缩单元相连。本发明同时实现了脱硫废水的零排放和资源化利用，保护了环境，节约了能源，降低了废水处理的投入成本，设备运行稳定。
权利要求书
1.一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，其特征在于，包括：
预处理单元，用于降低脱硫废水中Ca2+、Mg2+和SO42-的含量;
深度处理单元，用于降低脱硫废水中SS、COD、硬度、NH3-N和SO42-的含量，所述深度处理单元与所述预处理单元相连;
膜浓缩单元，用于得到浓盐水，所述膜浓缩单元与所述深度处理单元相连;
中水回用单元，用于收集中水，并降低中水中的TDS含量，所述中水回用单元与所述膜浓缩单元相连;
和双极膜水解离单元，用于得到氢氧化钠溶液和盐酸溶液，所述双极膜水解离单元与所述膜浓缩单元相连，
所述深度处理单元包括依次连接的超滤装置、臭氧催化氧化装置、离子膜交换树脂装置、膜脱氨装置和纳滤装置;
所述膜浓缩单元包括依次连接的反渗透装置和正渗透装置;
所述水回用单元包括依次连接的中水回用原水箱和低压反渗透装置;
所述双极膜水解离单元包括依次连接的缓冲箱和双极膜水解离装置。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，其特征在于，所述反渗透装置包括依次连接的多段高压反渗透装置以及对应的产水箱，每段高压反渗透装置的浓水作为下一段高压反渗透装置的进水，多段高压反渗透装置的产水通过所述产水箱流至所述中水回用单元，最后一段高压反渗透装置的浓水流至所述正渗透装置。
3.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，其特征在于，所述预处理单元包括依次连接的废水调节池、一级反应箱、沉淀箱、二级反应箱、微滤浓缩箱、微滤膜装置和微滤产水箱。
4.根据权利要求3所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，其特征在于，所述废水调节池中设置有曝气搅拌装置。
5.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，其特征在于，所述深度处理单元还包括超滤产水箱、纳滤缓冲箱和纳滤产水箱，所述超滤产水箱与所述超滤装置相连，所述纳滤缓冲箱连接在所述膜脱氨装置和纳滤装置之间，所述纳滤产水箱连接在所述纳滤装置的出水端。
6.一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，预处理，脱硫废水进入预处理单元，对废水进行化学软化处理，除去废水中的沉淀，分别将废水中的Ca2+、Mg2+、SO42-浓度降低至20、15、1000 mg/L以下;
S2，深度处理，经过S1处理后的脱硫废水进入深度处理单元，将脱硫废水中的SS、COD、硬度、NH3-N和SO42-的浓度分别降低至2、20、10、1、100mg/L以下;
S3，膜浓缩处理，经过S2处理后的渗透液经过膜浓缩单元，依次经反渗透和正渗透作用，将软化水的TDS含量浓缩至200000mg/L以上，得到浓盐水;
S4，中水回用处理，将S3处理后的产水收集后经中水回用单元，将产水中的TDS降低至20mg/L，作为锅炉给水使用;
S5，水解离处理，将S3处理后的浓盐水经双极膜水解离单元，得到资源化利用的氢氧化钠溶液和盐酸溶液。
7.根据权利要求6所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，其特征在于，所述预处理的步骤依次包括：将脱硫废水加入废水调节池中;向一级反应箱的脱硫废水中加入氢氧化钙和氯化钙，降低脱硫废水中的Mg2+和SO42-浓度;向沉淀箱中加入絮凝剂;向二级反应箱中加入氢氧化钠和碳酸钠，降低脱硫废水中硬度;最后通过排污泵排出所述沉淀箱中的污泥。
8.根据权利要求6所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，其特征在于，所述深度处理的步骤包括：经过S1处理后的废水经超滤去除废水中悬浮物;然后依次经过臭氧催化氧化、离子膜交换树脂、膜脱氨降低废水中COD、硬度和NH3-N的含量;然后进行纳滤作用将脱硫废水中的Cl-和SO42-分开，得到主要含Cl-的渗透液和主要含SO42-的浓缩液，所述浓缩液回到所述预处理单元，所述渗透液流至所述膜浓缩单元。
9.根据权利要求6所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，其特征在于，所述膜浓缩处理过程包括：经过S2处理后的渗透液经过高压反渗透装置获得产水和浓水，所述产水至所述中水回用单元，所述浓水至正渗透装置处理获得浓盐水。
10.根据权利要求6所述的一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，其特征在于，所述预处理单元的废水调节池中通入有压缩空气。
说明书
一种脱硫废水零排放及资源化利用装置和方法
技术领域
本发明涉及火电、化工、冶金等行业高盐废水处理技术领域，具体而言，涉及一种脱硫废水零排放及资源化利用装置和方法。
背景技术
近年来，国家在工业废水污染防治、提高废水利用率、污染排放总量控制等方面提出了更加严格的要求，使得煤炭、电力、钢铁和化工等重点行业需要大力推广工业废水循环利用技术，以达到零排放的目的。
脱硫废水具有以下特点：
(1)腐蚀性强，其中含有较多的酸性物质，这些酸性物质不仅会污染环境，而且对燃煤电厂的机械设备产生腐蚀作用，导致设备受损。
(2)有较高的含盐量。
(3)硬度高，易结垢，脱硫废水中含有较多的钙离子和镁离子，同时硫酸钙处于过饱和状态，在这种情况下，只要加热，脱硫废水就会结垢，同时，脱硫废水具有较强的硬度，也会对脱硫设备产生严重的损害。
现有技术中对工业废水的处理方式有：
石灰石-石膏法对火电、化工和冶金等行业中排放的烟气进行脱硫，但该方法产生了大量的脱硫废水，废水成分复杂。
其次，国内脱硫废水主要采用传统的中和-沉淀-絮凝方法，通过在废水中增加消石灰、有机硫、絮凝剂和助凝剂等，去除废水中的重金属，最终经过PH调节处理后排放，该方法排放的废水存在以下问题：(1)废水中TDS(水中溶解物质)含量高，且波动范围较大，其中氯离子含量为15000-25000 mg/L，水中TDS含量越高，即代表水中杂质越多;(2)水质硬度大，钙离子及镁离子含量较高，钙离子浓度达到1000-2000 mg/L，镁离子达到200-500 mg/L;(3)COD含量较高，约为50-100 mg/L;(4)废水中含有少量的悬浮物、硅和氨氮等污染物。
为实现废水的零排放处理，防止水体TDS指标过高，含盐量过高，水质和土地盐碱化，现有技术中常采用浓缩+蒸汽蒸发结晶法(专利文献：CN201410100547.9)或浓缩+烟道余热蒸发结晶法(专利文献：CN201521064672.5)，上述方法存在以下问题：
(1)采用蒸汽蒸发结晶时，由于高浓度氯化钠具有很强的氯离子腐蚀性，对蒸发结晶器的材料要求很高，设备初始投入和运行成本较高;
(2)蒸发结晶过程中容易造成结晶器结垢，影响传热效率，运行稳定性较差;
(3)采用烟道余热蒸发结晶时，雾化喷嘴很容易堵塞，运行稳定性较差;
(4)蒸发结晶的产品品质较低，难以直接利用，产品盐的氯化钠含量较低，如果不采用分盐方法，产品为混合盐，只能作为固废处理，如果采用分盐方法，结晶盐很难循环使用，只能暂存在厂区内部。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决上述技术问题之一。
有鉴于此，本发明提供了一种脱硫废水零排放及资源化利用装置和方法，同时实现了脱硫废水的零排放和资源化利用，保护了环境，节约了能源，降低了废水处理的投入成本，设备运行稳定。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种脱硫废水零排放及资源化利用装置，包括：
预处理单元，用于降低脱硫废水中Ca2+、Mg2+和SO42-的含量;
深度处理单元，用于降低脱硫废水中SS、COD、硬度、NH3-N和SO42-的含量，所述深度处理单元与所述预处理单元相连;
膜浓缩单元，用于得到浓盐水，所述膜浓缩单元与所述深度处理单元相连;
中水回用单元，用于收集中水，并降低中水中的TDS含量，所述中水回用单元与所述膜浓缩单元相连;
和双极膜水解离单元，用于得到氢氧化钠溶液和盐酸溶液，所述双极膜水解离单元与所述膜浓缩单元相连，
所述深度处理单元包括依次连接的超滤装置、臭氧催化氧化装置、离子膜交换树脂装置、膜脱氨装置和纳滤装置;
所述膜浓缩单元包括依次连接的反渗透装置和正渗透装置;
所述中水回用单元包括依次连接的中水回用原水箱和低压反渗透装置;
所述双极膜水解离单元包括依次连接的缓冲箱和双极膜水解离装置。
进一步，所述反渗透装置包括依次连接的多段高压反渗透装置以及对应的产水箱，每段高压反渗透装置的浓水作为下一段高压反渗透装置的进水，多段高压反渗透装置的产水通过所述产水箱流至所述中水回用单元，最后一段高压反渗透装置的浓水流至所述正渗透装置。
进一步，所述预处理单元包括依次连接的废水调节池、一级反应箱、沉淀箱、二级反应箱、微滤浓缩箱、微滤膜装置和微滤产水箱。
进一步，所述废水调节池中设置有曝气搅拌装置。
进一步，所述深度处理单元还包括超滤产水箱、纳滤缓冲箱和纳滤产水箱，所述超滤产水箱与所述超滤装置相连，所述纳滤缓冲箱连接在所述膜脱氨装置和纳滤装置之间，所述纳滤产水箱连接在所述纳滤装置的出水端。
一种脱硫废水零排放及资源化利用方法，包括以下步骤：
S1，预处理，脱硫废水进入预处理单元，对废水进行化学软化处理，除去废水中的沉淀，分别将废水中的Ca2+、Mg2+、SO42-浓度降低至20、15、1000 mg/L以下;
S2，深度处理，经过S1处理后的脱硫废水进入深度处理单元，将脱硫废水中的SS、COD、硬度、NH3-N和SO42-的浓度分别降低至2、20、10、1、100mg/L以下;
S3，膜浓缩处理，经过S2处理后的渗透液经过膜浓缩单元，依次经反渗透和正渗透作用，将软化水的TDS含量浓缩至200000mg/L以上，得到浓盐水;
S4，中水回用处理，将S3处理后的产水收集后经中水回用单元，将产水中的TDS降低至20mg/L，作为锅炉给水使用;
S5，水解离处理，将S3处理后的浓盐水经双极膜水解离单元，得到资源化利用的氢氧化钠溶液和盐酸溶液。
进一步，所述预处理的步骤依次包括：将脱硫废水加入废水调节池中;向一级反应箱的脱硫废水中加入氢氧化钙和氯化钙，降低脱硫废水中的Mg2+和SO42-浓度;向沉淀箱中加入絮凝剂;向二级反应箱中加入氢氧化钠和碳酸钠，降低脱硫废水中硬度;最后通过排污泵排出所述沉淀箱中的污泥。
进一步，所述深度处理的步骤包括：经过S1处理后的废水经超滤去除废水中悬浮物;然后依次经过臭氧催化氧化、离子膜交换树脂、膜脱氨降低废水中COD、硬度和NH3-N的含量;然后进行纳滤作用将脱硫废水中的Cl-和SO42-分开，得到主要含Cl-的渗透液和主要含SO42-的浓缩液，所述浓缩液回到所述预处理单元，所述渗透液流至所述膜浓缩单元。
进一步，所述膜浓缩处理过程包括：经过S2处理后的渗透液经过反渗透装置获得产水和浓水，所述产水至所述中水回用单元，所述浓水至正渗透装置处理获得浓盐水。
进一步，所述预处理单元的废水调节池中通入有压缩空气。
本发明的技术效果在于：根据本发明的一种脱硫废水零排放及资源化利用装置和方法，同时实现了脱硫废水的零排放和资源化利用，脱硫废水经过浓缩单元后直接进入离子膜电解单元电解生成碱、氢气和氯气，其中碱和氯气为工业的原料，可以直接作为产品出售，浓缩单元的产水经过中水回用单元处理后可以直接回收使用，真正实现了脱硫废水的零排放。
其次，本发明脱硫废水零排放投入成本和处理成本低，本发明不设置蒸发浓缩和结晶单元，由于高氯离子腐蚀严重，对蒸发浓缩和结晶设备的材料要求很高，因此设备投资很大。本发明避免了高昂设备的投资，使用反渗透膜浓缩和正渗透浓缩方法，而膜浓缩方法运行成本很低，正渗透装置无高压设备，浓缩的运行成本很低，整个方法的浓缩单元，吨水的处理成本低于二十元，因此处理成本很低。
另外，本发明实现了企业内的资源循环化利用。资源化的产品中水可以作为锅炉的给水、氢氧化钠溶液和盐酸溶液可以直接在企业内循环使用，减少了药剂的使用量，降低了成本。