申请日2018.08.02
公开(公告)日2018.11.16
IPC分类号C02F9/04; C01D3/14; C01D5/16; C01F5/14; C01F11/18
摘要
本发明涉及一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，具体公开了一种脱硫废水零排放的工艺技术和在该脱硫废水零排放的工艺技术中对几种副产物进行分离提纯。包括锅炉、脱硝装置、空气预热器、除尘器、预除尘器、浓水喷嘴系统、喷淋室、钠盐粉尘收集器、脱硫塔、烟囱、脱硫废水池、Mg(OH)2反应池、Mg(OH)2絮凝池、Mg(OH)2澄清器、CaCO3反应池、CaCO3絮凝池、CaCO3澄清器、超滤系统、一级两段反渗透系统、正渗透系统，用于雾化和喷射脱硫废水浓液的喷嘴系统等。本发明实现脱硫废水处理真正意义上的水、气、固废零排放，系统中将各项副产物分离、提纯、收集，有利于资源化利用，不产生二次污染源、综合运行成本低。
权利要求书
1.一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，包括锅炉(44)、脱硝装置(45)、空气预热器(46)、除尘器(47)、预除尘器(48)、浓水喷嘴系统(49)、喷淋室(50)、钠盐粉尘收集器(51)、脱硫塔(53)、烟囱(54)、脱硫废水池(1)、Mg(OH)2反应池(9)、Mg(OH)2絮凝池(10)、Mg(OH)2澄清器(11)、CaCO3反应池(20)、CaCO3絮凝池(21)、CaCO3澄清器(22)、Mg(OH)2带式压滤机(13)、Mg(OH)2料斗(14)、CaCO3带式压滤机(24)、CaCO3料斗(25)、全自动过滤器(27)、精密过滤器(30)、超滤系统(31)、一级两段反渗透系统(35)、正渗透系统(41);其特征在于：还包括用于生成Mg(OH)2的Ca(OH)2加料斗(4)、Ca(OH)2制备箱(5)、Ca(OH)2输送泵(6)，将制备好的Ca(OH)2溶液加入到Mg(OH)2反应池(9);用于生成CaCO3的Na2CO3制备箱(16)、Na2CO3输送泵(17)，将制备好的Na2CO3溶液加入到CaCO3反应池(20);用于输送Mg(OH)2澄清器(11)的排泥泵(12)、运输脱水后储存在Mg(OH)2料斗(14)的Mg(OH)2运输车(15);用于输送CaCO3澄清器(22)的排泥泵(23)、运输脱水后储存在CaCO3料斗(25)的CaCO3运输车(26);用于储存全自动过滤器(27)过滤后清水的清水箱(28);用于将清水箱(28)内待处理水输送至超滤系统(31)的超滤供水泵(29);用于储存超滤系统产水的中间水箱(32);用于给一级两段反渗透系统(35)供水的反渗透供水泵(33)和反渗透高压泵(34);用于储存反渗透产水的反渗透产水池(36)和储存反渗透浓水的反渗透浓水池(39);用于给正渗透系统(41)供水的正渗透供水泵(40);用于储存正渗透浓水的正渗透浓水池(42);用于输送正渗透浓水至喷淋室(50)喷嘴系统(49)的浓水输送泵(43);用于将正渗透浓水喷射入喷淋室(50)并雾化成微小液滴的喷嘴系统(49);用于输送钠盐粉尘收集器(51)钠盐的钠盐运输车(52)。
2.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统将Ca(OH)2和Na2CO3分开投加、反应、沉淀、脱水，对反应生成物Mg(OH)2和CaCO3进行有效分离，同时软化废水，防止后续膜系统结垢。
3.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统将超滤、反渗透、正渗透结合用于脱硫废水浓缩，产水率可达到80~90%。
4.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统中的脱硫废水通过超滤、反渗透、正渗透处理后产生的10~20%的高盐浓水进入喷淋室(50)喷嘴系统(49)进行蒸发，实现废水零排放。
5.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统中引入喷淋室的高温烟气量是从脱硝装置(45)后，空气预热器(46)前引出。
6.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统中的锅炉来烟气在脱硝装置(45)后，空气预热器(46)前引出一股高温烟气用于干燥喷淋室(50)雾化浓液;引出的烟气采用两段除尘：第一段是预除尘器(48)，用于除去烟气中99%以上粉尘;第二段是正渗透浓水经喷淋室(50)喷嘴系统(49)蒸发后产生的钠盐粉尘通过钠盐粉尘收集器(51)进行收集，收集的钠盐纯度>90%。
7.根据权利要求1所述的一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，其特征在于：本系统中的喷嘴系统(49)采用的喷嘴为DSP型系列高效雾化喷头，可使浓液在一定压力作用下通过与连续变小的螺旋面相切和碰撞后，变成微小的液珠喷出而形成接近于气态的雾状。
说明书
一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统
技术领域
本发明涉及一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统，尤其是废水膜处理工艺浓缩系统以及物理化学法分离固体副产物系统。
背景技术
目前针对脱硫废水零排放的技术主要有烟道蒸发工艺、蒸发浓缩结晶工艺(如多效蒸发技术(MED)和机械蒸汽再压缩技术(MVR))、盐浓缩工艺、膜法过滤类工艺。
脱硫废水烟道蒸发工艺是指在锅炉尾部空气预热器与除尘器之间的烟道内设置雾化喷嘴，用泵将脱硫废水输送至雾化喷嘴进行雾化，由于经过空气预热器之后的烟气温度较高，雾化后的液滴在高温烟气的作用下在烟道内蒸发，随烟气排出，而废水中的杂质则进入除尘系统被捕集下来，随灰一起外排，从而达到脱硫废水零排放的目的。
蒸发浓缩结晶工艺是利用蒸发器将脱硫废水进行浓缩。产品水回用，而浓缩水可通过结晶、干燥工艺转化为固体盐进行处置。多效蒸发技术(MED)是指将几个蒸发器串联起来，前一级蒸发器所产生的二次蒸汽作为后一级蒸发器的加热热源，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率。机械蒸汽再压缩技术(MVR)是将从蒸发器出来的二次蒸汽经压缩机绝热压缩后送入蒸发器的加热室，二次蒸汽经压缩后温度升高，在加热室内冷凝释放热量，使料液吸收热量沸腾汽化再产生二次蒸汽经分离后进入压缩机，循环往复，蒸汽就得到了充分的利用，提高了热效率。
盐浓缩工艺是一种深度处理工艺，它可以从常规系统处理的脱硫废水中分离出蒸馏水和高度浓缩的盐溶液副产品。首先对脱硫废水进行预加热，通过除气器脱除空气后再次加热并给料至盐溶液浓缩器中，浆液被分配到钛合金管内壁的一层薄膜上。当浆液膜沿着管道向下流动时水分会蒸发掉。产生的蒸汽通过除雾器到达蒸汽压缩机，将它的饱和温度提高到再循环盐溶液的沸点以上，压缩后的蒸汽即可冷凝为蒸馏水回用。此外，回收盐一部分被旋流器处理，一部分被转移到成品罐中并运往市场。
膜法过滤工艺通常采用多重反渗透过滤工艺。反渗透工艺首先需要经过预处理，反渗透预处理工艺以膜过滤为主，辅以杀菌工艺和沉淀工艺，目的是去除水中的悬浮物和微生物，使处理后的水质能够初步满足反渗透的进水要求。主体工艺通常采用两段反渗透系统，由于二段系统的进水为一段系统的浓水，需用专门的化学药剂对其进行处理，以确保二段系统的进水参数符合要求。同时在其进入二段系统前，可针对其水质情况，添加专业的阻垢剂和调节剂，确保系统稳定运行。产品水进入回用水池，系统中少量的浓水可用来冲渣，实现水处理系统的零排放。
利用上述技术衍生的零排放处理相关专利和技术也较多，但大多运行成本较高(30~50元/m3)，固废副产物因未进行有效分离和提纯，成分较杂，不能资源化利用，只能外运填埋，甚至被当做危废处理，形成二次污染物，并未实现真正意义上的零排放。
发明内容
为解决现有技术中运行成本高、副产物利用率低、二次污染的问题，本发明提供了一种脱硫废水零排放及副产物分离提纯系统。
本发明所采用的技术方案是：处理脱硫废水零排放及副产物分离提纯的系统包括：锅炉(44)、脱硝装置(45)、空气预热器(46)、除尘器(47)、预除尘器(48)、浓水喷嘴系统(49)、喷淋室(50)、钠盐粉尘收集器(51)、脱硫塔(53)、烟囱(54)、脱硫废水池(1)、Mg(OH)2反应池(9)、Mg(OH)2絮凝池(10)、Mg(OH)2澄清器(11)、CaCO3反应池(20)、CaCO3絮凝池(21)、CaCO3澄清器(22)、Mg(OH)2带式压滤机(13)、Mg(OH)2料斗(14)、CaCO3带式压滤机(24)、CaCO3料斗(25)、全自动过滤器(27)、精密过滤器(30)、超滤系统(31)、一级两段反渗透系统(35)、正渗透系统(41)。其特征在于：还包括用于生成Mg(OH)2的Ca(OH)2加料斗(4)、Ca(OH)2制备箱(5)、Ca(OH)2输送泵(6)，将制备好的Ca(OH)2溶液加入到Mg(OH)2反应池(9);用于生成CaCO3的Na2CO3制备箱(16)、Na2CO3输送泵(17)，将制备好的Na2CO3溶液加入到CaCO3反应池(20);用于输送Mg(OH)2澄清器(11)的排泥泵(12)、运输脱水后储存在Mg(OH)2料斗(14)的Mg(OH)2运输车(15);用于输送CaCO3澄清器(22)的排泥泵(23)、运输脱水后储存在CaCO3料斗(25)的CaCO3运输车(26);用于储存全自动过滤器(27)过滤后清水的清水箱(28);用于将清水箱(28)内待处理水输送至超滤系统(31)的超滤供水泵(29);用于储存超滤系统产水的中间水箱(32);用于给一级两段反渗透系统(35)供水的反渗透供水泵(33)和反渗透高压泵(34);用于储存反渗透产水的反渗透产水池(36)和储存反渗透浓水的反渗透浓水池(39);用于给正渗透系统(41)供水的正渗透供水泵(40);用于储存正渗透浓水的正渗透浓水池(42);用于输送正渗透浓水至喷淋室(50)喷嘴系统(49)的浓水输送泵(43);用于将正渗透浓水喷射入喷淋室(50)并雾化成微小液滴的喷嘴系统(49);用于输送钠盐粉尘收集器(51)钠盐的钠盐运输车(52)。
本发明所述锅炉(44)、脱硝装置(45)、空气预热器(46)、除尘器(47)、脱硫塔(53)、烟囱(54)沿烟气流动方向依次设置。
本发明所述预除尘器(48)、浓水喷嘴系统(49)、喷淋室(50)、钠盐粉尘收集器(51)、脱硫塔(53)、烟囱(54)沿烟气流动方向依次设置。
本发明所述脱硫废水池、Mg(OH)2反应池(9)、Mg(OH)2絮凝池(10)、Mg(OH)2澄清器(11)、CaCO3反应池(20)、CaCO3絮凝池(21)、CaCO3澄清器(22)、全自动过滤器(27)、精密过滤器(30)、超滤系统(31)、一级两段反渗透系统(35)、正渗透系统(41)沿废水流动方向依次设置。
作为本发明的进一步改进，所述用于生成Mg(OH)2的Ca(OH)2和用于生成CaCO3的Na2CO3，也可由其他效果更佳、价格更低廉的化学品或装置代替。
作为本发明的进一步改进，所述一级两段反渗透系统(35)采用的反渗透膜，根据来水含盐量进行选型和过膜压力调整。
作为本发明的进一步改进，所述正渗透汲取液可以是氨和CO2溶解水中形成，也可以是其他适合高盐废水浓缩的无机、有机、纳米材料等。
作为本发明的进一步改进，所述引入喷淋室(50)的高温烟气量是从脱硝装置(45)后，空气预热器(46)前引出。此处烟气温度较高，一般为250~300℃，根据热量平衡进行计算，烟气温度越高，蒸发单位立方浓液需要的烟气量越少，所以此处引出烟气用于干燥、蒸发浓液，其投资成本最低。用于蒸发、干燥浓水的高温烟气也可从其他地方引出，比如空气预热器(46)和除尘器(47)之后，可节省进入喷淋室(50)前的预除尘器(48)，但烟气量会增加，喷淋室(50)容积和钠盐粉尘收集器(51)型号会相应扩大，增加成本。也可不单独设置喷淋室(51)进行浓水蒸发、干燥，直接在烟道喷淋，但只针对风量较小的烟气处理项目，否则喷淋后的钠盐粉尘收集器(51)投资会过大，烟道防腐工程量和投资也较大，造成经济效益差。
作为本发明的进一步改进，所述喷淋室(50)的设计需结合正渗透产生的浓水量和烟气温度进行计算。脱硝装置(45)后引出的烟气量可降低的最小温度产生的热量与需蒸发的正渗透产浓水量需平衡。如不平衡，需调整膜系统(包括超滤、反渗透、正渗透)的产水率和喷淋室(50)内烟气温度和流量。其热量平衡计算可参考以下公式进行计算：
烟气带入热量+浓水带入热量=烟气带出热量+浓水成水蒸气带出热量;其中烟气带入、带出热量由各主要组分组成(CO2、H2O、SO2、N2、O2)，则有下式：
其中：
m是浓水蒸发水量Kg，m烟气是烟气质量Kg;
t1是烟气初始温度℃，t2是烟气末温度℃，t3是浓水初始温度℃;
c1代表初始温度时比热容，c2代表末温度时比热容KJ/Kg·K;
h是蒸发的水蒸气比焓KJ/Kg。
作为本发明的进一步改进，所述钠盐粉尘收集器(51)和预除尘器(48)可采用布袋除尘、金属柔性膜过滤除尘、电除尘或其他粉尘除尘、收集设备。
本发明的有益效果是：1)副产物Mg(OH)2、CaCO3、钠盐(NaCl和Na2SO4)可进行有效分离、提纯，并将这些副产物外卖或回用(如CaCO3用作脱硫塔内吸收剂)进行资源化利用，产生经济效益。2)综合运行成本较低，一般低于25元/m3。3)不产生水、气、固二次污染物，实现真实意义上的零排放。
