一種脫硫廢水的處理工藝的製作方法

2023-11-02 05:53:32

本發明屬於環保技術領域，具體涉及一種脫硫廢水零排放處理工藝。

背景技術：

溼法煙氣脫硫技術在國內火力發電廠應用及發展已有十多年的歷史，已日趨成熟及穩定，與之配套的廢水處理工藝目前仍沿用煙氣脫硫技術引進時的三聯箱傳統處理工藝。設備在運行過程中，由於存在腐蝕、磨損及堵塞等情況，系統故障率較電廠其他系統而言高出許多，脫硫廢水系統停運，脫硫廢水偷排至灰場情況普遍存在。目前隨著國家環保要求的日益嚴格，執法措施的日益嚴厲，電力行業正在宣起一股脫硫廢水處理系統的改造之風，也有電廠開始嘗試零排放處理技術。

國外零排放處理工藝及設備由於系統複雜，運行費用高，電廠無法承受高運行費用。現有技術中正滲透處理工藝及設備對脫硫廢水進行零排放改造處理，具體工藝流程為：原廢水通過石灰-蘇打軟化、高效澄清及過濾後，採用超濾膜、高壓反滲透膜技術進行預濃縮，可將原水預濃縮至鹽含量5-7萬ppm，再採用正滲透處理工藝進一步濃縮至鹽含量20-25萬ppm，通過結晶器獲得乾燥的結晶鹽。由於預處理系統工藝不完備，該系統存在結垢問題，且系統進水氯離子含量在3000ppm，與常規要求的脫硫廢水氯離子含量在10000-20000ppm相去甚遠，因此該處理工藝系統設備還尚不具備推廣的意義。

技術實現要素：

本發明克服了現有技術中的不足，提供一種成本低廉適合產業化的脫硫廢水處理工藝。

本發明提供了一種脫硫廢水的處理工藝，包括以下步驟：

1)脫硫廢水預處理工序：所述脫硫廢水預處理工序包括兩級電化學處理工序和兩級軟化處理工序；脫硫廢水由豎流緩衝裝置進入三維反應器內進行初級電化學處理除去廢水中的酸性物質並使得廢水中的膠體物質因電荷作用而失穩完成一級電化學處理；經一級電化學處理的廢水進入二級電化學反應器發生電化學反應，二級電化學處理使廢水中的氯離子將以氣體的形式逸出，廢水中的有機物在陽極表面被氧化分解；經二級電化學反應器處理的廢水經沉澱裝置進入中間水箱和中間水泵，由水泵打入管式微濾裝置進行過濾，過濾後得初級軟化水，初級軟化水硬度可降低至50ppm以下；所述初級軟化水流經初級軟水箱、納濾給水泵，然後經活性炭過濾器過濾，活性炭過濾後的濾液經納濾高壓泵進入納濾裝置，納濾裝置截留的濃水返回至斜板沉澱器內，經納濾裝置處理後未截留的廢水進入軟水箱；

2)脫硫廢水膜濃縮處理工序：經納濾裝置處理後未截留的廢水進入軟水箱後經ro給水泵、ro高壓泵進入卷式ro裝置，經卷式ro裝置處理的濃水經增壓泵進入stro裝置，完成濃縮處理工序；

3)脫硫廢水鹽析處理工序：stro裝置處理後的濃水經mvr蒸發裝置蒸發，蒸發後的濃鹽廢棄物填埋處理，實現含硫廢水零排放。

本發明擬採用兩級電化學方法對脫硫廢水進行絮凝、澄清及降低cod處理，縮短脫硫廢水懸浮物及膠體處理所需時間，並減少設備佔地，為後續膜法工藝創造有利條件。

採用兩級軟化工藝(採用純鹼/管式微濾膜過濾進行初步軟化，採用納濾工藝進行深度軟化)，使進入ro膜裝置的廢水硬度小於2.5mg/l，從而使整個零排放工藝系統能長期穩定可靠運行。

採用兩級膜法濃縮處理工藝，對脫硫廢水進行濃縮減量處理，提高系統設 備自動化水平，降低蒸發系統的處理規模及運行費用。

採用機械壓縮蒸發處理結合噴霧蒸發工藝，對濃縮後的脫硫廢水進行蒸發處理，形成零排放系統最終的固廢。

本工藝採用先進的物聯網、雲計算技術，結合電氣參數傳感器對系統電氣設備、控制閥門的運行狀態進行數據採集，然後通過遠程通信模塊發送到雲計算平臺實現遠程監控，並結合在線分析儀表，對系統水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態這樣的實時生產數據信息通過遠程通信模塊發送到雲計算平臺，通過雲計算平臺進行收集、整合、分析和處理，實現系統運行情況的遠程實時監督、故障診斷及設備管理，從而能掌握設備運行情況並及時預測和發現問題，使管理更規範化、精細化。

整個流程可分為三個工藝段，即預處理段、膜濃縮處理段及鹽析處理段。

預處理段包括從豎流緩衝裝置直至軟水箱整個工藝流程，其主要功能是除硬、去濁、降低有機物、氯離子及硫酸根離子濃度，包括兩級電化學處理，兩級軟化處理。

來自脫硫吸收塔的廢水，由於在吸收塔內多次循環，其中含有大量膠體物質，很難通過重力自然沉降，而投加化學藥劑則增加了廢水鹽含量，增加了後續脫鹽工藝處理難度。本發明工藝採用兩級電化學處理，可縮短脫硫廢水中懸浮物質沉降時間。脫硫廢水首先在三維反應器中進行初級電化學處理，一方面可消耗廢水中的酸性物質，另一方面因微電池反應使得廢水中的膠體物質因電荷作用而失穩。廢水在二級電化學反應器的電極表面發生電化學反應，廢水中的氯離子將以氣體的形式逸出，廢水中的有機物在陽極表面被氧化分解。

向電化學反應器的產水中投加液鹼，提高廢水ph值。在鹼性條件下，廢水中不溶型懸浮物進入斜板沉澱裝置，得到初步沉降，經過沉降後的廢水在純鹼作用下產生碳酸鈣沉澱，通過管式微濾膜進行過濾。這種純鹼/管式微濾膜過濾及初步軟化，可使脫硫廢水的硬度得以大幅度降低，管式微濾膜產水硬度可降 低至50ppm以下。

管式微濾膜產水通過高壓泵進入納濾裝置，由於納濾膜對二價陰離子的去除率高達95％，根據電中性原理，納濾產水的陽離子電荷也相應減少，從而使得廢水得到了深度軟化，深度軟化後的廢水硬度值可降低至2.5mg/l以下，而常規的石灰/純鹼軟化工藝處理後水的硬度也只能達到3-4mg/l。本發明專利設計的這種純鹼/微濾工藝初步除硬和納濾工藝深度除硬，採用逐漸遞進的方式，使去除硬度工藝更加穩定可靠，而且管式微濾膜的產水在濁度方面又滿足納濾裝置進水對懸浮物要求。

納濾裝置截留的濃水回流至斜板沉澱器進水，由於納濾濃水中的硫酸根離子濃度大幅度提高，與進入斜板沉澱裝置的脫硫廢水中的鈣離子反應，可形成硫酸鈣沉澱，在斜板沉澱裝置中予以沉降去除。

由於兩級電化學處理後的廢水氧化性較高，在廢水進入納濾膜裝置之前，通過活性炭還原，從而確保膜元件的安全穩定運行。

經過預處理後，進入ro膜裝置的廢水，硬度可小於2.5mg/l，濁度小於0.1ntu，cod小於10mg/l，氯離子去除率大於30％，硫酸根離子去除率大於95％。

膜濃縮處理段設計成兩級膜處理，包括卷式ro裝置及網管式stro裝置。

鹽析處理段採用mvr蒸發器結合噴霧蒸發器，整個工藝流程不添加任何有機藥劑。

本發明涉及的設備簡介如下：

1)豎流緩衝裝置

系統首段設置豎流緩衝裝置，對脫硫廢水進行初步沉澱，以降低後續工藝段汙泥處理負荷，可設計成鋼筋混凝土結構，這種裝置應用普遍，技術成熟。

2)三維反應器

三維反應器內部設置有催化電解填料，對脫硫廢水進行一級電化學處理，同時可消除廢水中部分酸性物質，為強化處理效果，該設備設置有空氣攪拌裝置。三維反應器廢水停留時間不小於2小時，空氣攪拌裝置所需氣量按照氣水比15：1進行設計。為了促進廢水與三維反應器內部填料充分接觸，本裝置設置有一臺內循環泵，循環水量為進水水量的2倍。

3)電化學反應器

給多組並聯的極板通入直流電，在陽、陰極板之間產生電場，使待處理的水流入極板的空隙。此時通電的極板會發生電化學反應，在水中發生絮凝反應，在此過程中，同時發生電氣浮、氧化還原等其他作用，這些作用的結果，使水中溶解性、膠體和懸浮態汙染物得到有效轉化和去除。為了促進廢水與電化學反應器內極板充分接觸，本裝置設置有一臺內循環泵，循環水量與進水水量相同。

4)管式微濾裝置

斜板沉澱裝置出水投加純鹼，生成的碳酸鈣微小沉澱物通過管式微濾裝置得以分離，產水中硬度得以大幅度降低，微濾裝置濃水錯流回至斜板沉澱裝置進水，這種純鹼+管式微濾膜分離工藝在降低硬度及濁度方面有廣泛的應用。管式微濾膜內廢水流速高達4.6m/s,從而在膜表面不存在結垢現象。

5)納濾裝置

進一步將二價離子從水中分離，起到深度軟化作用，納濾裝置的濃排水返回至斜板沉澱池進水端，可與脫硫廢水中的鈣離子形成沉澱物，納濾膜對硫酸根離子的截留效率高達95％以上，從而也能截留二價陽離子，達到進一步去除硬度的作用。

6)卷式ro裝置

採用海水淡化膜元件作為初步濃縮分離用膜元件。

7)網管式ro裝置(stro)

對海水淡化膜元件濃排水採用stro裝置進一步進行濃縮分離。相對於卷式ro膜元件，網管式ro膜元件採用34密爾平行進水流道，以儘量減少進水與膜表面高結垢趨勢的可能性。設計的進水流動，其幾何特性確保膜殼內低壓降；stro膜元件可耐受250mg/ltss高固體和30000ppmcod有機物汙染的進水；相對於dtro膜元件，1個stro膜元件的膜面積比1個dtro膜面積高出3倍，從而系統造價相應要低很多。

8)機械壓縮蒸發器

採用mvr裝置對stro裝置的濃排水進行蒸發濃縮，mvr裝置較單效蒸發器，多效蒸發器而言，其能耗較低，且設備佔地面積較小，具有較強的市場競爭力。

由於stro濃排水壓力高，在mvr閃蒸罐中設置有噴嘴，通過壓力釋放使進入閃蒸罐的膜濃排水產生霧狀小水滴，強化蒸發效果，產生的水霧在機械壓縮機的抽吸作用下離開閃蒸罐，在無需加熱的條件下即能實現濃鹽水的初步蒸發濃縮功能。

通過機械壓縮作用，從閃蒸罐抽出的低溫低壓蒸汽轉化成較高壓力較高溫度的蒸汽，在加熱室與循環的濃縮液進行熱交換，被壓縮的較高溫度較高壓力的二次蒸汽被濃縮液冷凝變成冷凝水排出，同時濃縮液被壓縮後的二次蒸汽加熱繼續蒸發。

與現有技術相比本發明具有如下優點：

1、採用兩級電化學方法對脫硫廢水進行絮凝、澄清及降低cod處理，縮短脫硫廢水懸浮物及膠體澄清處理所需時間，並減少設備佔地，為後續膜法工藝創造有利條件。

2、採用管式微濾膜代替常規超濾系統，為後續反滲透系統提供懸浮物濃度 極低的進水，結合純鹼及液鹼的投加，可有效降低廢水中硬度，為納濾裝置深度去除硬度及cod創造了條件。

3、設計的納濾系統濃排水返回至微濾膜處理工藝前端，提高了廢水中二價陰離子的濃度，從而提高了與廢水中的鈣離子結合生成硫酸鈣沉澱的效率，有效降低廢水中硫酸根濃度。

4、系統設計兩級電化學反應裝置，為防止管式微濾膜有機物汙堵創造了有利條件；納濾裝置前設置有活性炭過濾器，可有效防止有機膜被氧化降解。

5、由於整個處理工藝不添加有機藥劑，且整個處理工藝能有效降低廢水cod，因此mvr蒸發裝置無需添加消泡劑。

6、本工藝中stro裝置濃排水壓力高，為充分利用這一潛在的能量，在mvr閃蒸罐中設置有噴嘴，通過壓力釋放濃排水進入閃蒸罐後產生霧狀小水滴，水霧在機械壓縮機的抽吸作用下離開閃蒸罐，在無需加熱的條件下即能實現濃鹽水的初步蒸發濃縮。

7、本工藝採用先進的物聯網技術，對系統電氣設備、控制閥門的運行狀態進行遠程監控，並結合在線分析儀表，對系統運行情況進行遠程診斷及控制，從而能掌握設備運行情況並及時進行故障診斷。

附圖說明

圖1為本發明工藝流程圖

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。

實施例

脫硫廢水經過鋼筋混凝土結構的豎流緩衝裝置，對脫硫廢水進行初步沉澱， 以降低後續工藝段汙泥處理負荷，然後經三維反應器進行一級電化學處理；三維反應器內部設置有催化電解填料，對脫硫廢水進行一級電化學處理，同時可消除廢水中部分酸性物質，為強化處理效果，該設備設置有空氣攪拌裝置。三維反應器廢水停留時間不小於2小時，空氣攪拌裝置所需氣量按照氣水比15：1進行設計。為了促進廢水與三維反應器內部填料充分接觸，本裝置設置有一臺內循環泵，循環水量為進水水量的2倍。

流經三維反應器的廢水進入電化學反應器，給多組並聯的極板通入直流電，在陽、陰極板之間產生電場，使待處理的水流入極板的空隙。此時通電的極板會發生電化學反應，在水中發生絮凝反應，在此過程中，同時發生電氣浮、氧化還原等其他作用，這些作用的結果，使水中溶解性、膠體和懸浮態汙染物得到有效轉化和去除。為了促進廢水與電化學反應器內極板充分接觸，本裝置設置有一臺內循環泵，循環水量與進水水量相同。

流經電化學反應器的廢水進入斜板沉澱裝置，斜板沉澱裝置出水投加純鹼，生成的碳酸鈣微小沉澱物通過管式微濾裝置得以分離，產水中硬度得以大幅度降低，微濾裝置濃水錯流回至斜板沉澱裝置進水，這種純鹼+管式微濾膜分離工藝在降低硬度及濁度方面有廣泛的應用。管式微濾膜內廢水流速高達4.6m/s,從而在膜表面不存在結垢現象。

經管式微濾裝置過濾的廢水經初級軟水管、納濾給水泵，通過活性炭處理，然後流經保安過濾器、納濾高壓泵進入納濾裝置，進一步將二價離子從水中分離，起到深度軟化作用，納濾裝置的濃排水返回至斜板沉澱池進水端，可與脫硫廢水中的鈣離子形成沉澱物，納濾膜對硫酸根離子的截留效率高達95％以上，從而也能截留二價陽離子，達到進一步去除硬度的作用。

經過納濾裝置過濾的廢水通過軟水槽、ro給水泵、ro高壓泵進入卷式ro裝置，卷式ro裝置採用海水淡化膜元件作為初步濃縮分離用膜元件，經卷式ro裝置處理的濃水經增壓泵進入網管式ro裝置(stro)。

經stro裝置處理的廢水進入機械壓縮蒸發器(mvr裝置)對stro裝置的濃排水進行蒸發濃縮，mvr裝置較單效蒸發器，多效蒸發器而言，其能耗較低，且設備佔地面積較小，具有較強的市場競爭力。由於stro濃排水壓力高，在mvr閃蒸罐中設置有噴嘴，通過壓力釋放使進入閃蒸罐的膜濃排水產生霧狀小水滴，強化蒸發效果，產生的水霧在機械壓縮機的抽吸作用下離開閃蒸罐，在無需加熱的條件下即能實現濃鹽水的初步蒸發濃縮功能。通過機械壓縮作用，從閃蒸罐抽出的低溫低壓蒸汽轉化成較高壓力較高溫度的蒸汽，在加熱室與循環的濃縮液進行熱交換，被壓縮的較高溫度較高壓力的二次蒸汽被濃縮液冷凝變成冷凝水排出，同時濃縮液被壓縮後的二次蒸汽加熱繼續蒸發。經mvr蒸發裝置蒸發後的濃鹽廢棄物填埋處理，實現含硫廢水零排放。

本工藝還採用先進的物聯網、雲計算技術，結合電氣參數傳感器對系統電氣設備、控制閥門的運行狀態進行數據採集，然後通過遠程通信模塊發送到雲計算平臺實現遠程監控，並結合在線分析儀表，對系統水量、水位、水質、電耗、藥耗、設備狀態這樣的實時生產數據信息通過遠程通信模塊發送到雲計算平臺，通過雲計算平臺進行收集、整合、分析和處理，實現系統運行情況的遠程實時監督、故障診斷及設備管理，從而能掌握設備運行情況並及時預測和發現問題，使管理更規範化、精細化。

儘管已經詳細描述了本發明的實施方式，但是應該理解的是，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本發明的實施方式做出各種改變、替換和變更。