一种污泥回用的脱硫废水零排放处理系统的制作方法

本实用新型涉及一种废水零排放处理工艺，具体涉及一种污泥回用的脱硫废水零排放处理系统。

背景技术：

脱硫废水产自碳酸钙-硫酸钙湿法烟气脱硫系统，水质呈酸性，含有大量悬浮物、盐类、重金属离子、氟离子等。其中盐类以钠、钾、钙、镁的氯化盐和硫酸盐为主，悬浮物以石膏、二氧化硅为主，重金属以汞、镉、铬、铅、镍、铜、锌等金属离子形式存在，如直接排入环境危害很大。

目前的处理手段主要是采用化学沉淀+膜浓缩+蒸发结晶，通过中和、反应、絮凝沉淀(俗称三联箱)进行水质中和、除重金属、澄清处理。由于脱硫废水含有大量重金属和硫酸盐、镁离子，首先向废水中加入石灰乳，在pH值为9～10条件下，脱硫废水中的重金属铬、铅、镍、铜、锌能够以氢氧化物的形式沉淀，同时水中的镁离子和硫酸根离子能够和石灰乳反应生成氢氧化镁和硫酸钙沉淀。重金属离子中的汞、镉的的氢氧化物溶度积较大，只能向水中加入硫化物，以硫化物的形式沉淀，才能将重金属完全沉淀。加入无机硫化物会使水中硫化物和硫酸盐超标，一般采用向废水中投加有机硫。澄清处理后的清水进入零排放系统进行进一步处理，澄清过程沉淀的污泥进入脱水装置，污泥量大，容易形成管路污堵。而且脱水后的污泥含有大量重金属，只能作为危废进行处理，处理成本很高。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型的一个目的在于提供一种污泥回用的脱硫废水零排放处理系统。

本实用新型的第二个目的在于提供一种污泥回用的脱硫废水零排放处理方法。

为了解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种污泥回用的脱硫废水零排放处理系统，包括依次连接的调节沉淀池、三联箱、澄清器和清水箱，调节沉淀池与废水源连通；

所述三联箱包括依次连接的反应箱、中和箱和絮凝箱，反应箱与所述调节沉淀池连接，絮凝箱与所述澄清器连接；所述反应箱与有机硫加药装置连接；

所述调节沉淀池、三联箱以及澄清器的底部都通过管道与污泥储池连通，第一泵提供污泥在管道流动的动力；

污泥储池通过管道与脱硫塔连通，第二泵提供污泥流动的动力，将污泥作为脱硫剂喷入脱硫塔进行脱硫。

本文中，调节沉淀池提供脱硫废水停留的空间，脱硫废水在调节沉淀池中停留一段时间后，一方面，废水中的大部分悬浮物沉淀下来，使得进入三联箱中的脱硫废水中含有的悬浮物降低，进而降低了三联箱中产生的沉淀，避免后续设备因沉淀过多而堵塞。

另一方面，脱硫废水在停留过程中，不同水质中的各种离子发生扩散，停留设定时间后，调节沉淀池中的水质趋于均匀。水质均匀后，进入后续的设备进行处理时，产生的污泥量趋于均匀，后续设备的载荷趋于一致，不会对设备造成过大的冲击，延长了设备的使用寿命，且提高了脱硫废水处理效果。

三联箱，传统上为依次连接的中和箱、反应箱和絮凝沉淀箱，本文中是将中和箱和反应箱的位置调换，首先在反应箱中发生有机硫和重金属离子的反应，以沉淀的形式去除脱硫废水中的重金属离子，此时的重金属沉淀可以在pH值为3-14，温度低于300℃的环境中稳定存在。当含有重金属沉淀物的污泥回用于脱硫时，脱硫浆液的pH值为4-6左右，温度为50～100℃，此时，污泥中的重金属沉淀物可以稳定存在，不会重新溶解在脱硫废水中，即不会在脱硫废水中产生富集。

脱硫系统石膏的主要成分是硫酸钙、硫酸镁，污泥作为脱硫剂和烟气反应生成硫酸钙、硫酸镁，在脱硫系统的脱石膏装置处排出，最终成为脱硫石膏的一部分，脱硫石膏外售处理。其中重金属沉淀物也进入脱硫石膏，根据相关标准，如《烟气脱硫石膏JC/T 2074-2011》对脱硫石膏中重金属的含量没有要求，所以，脱硫废水中的重金属离子得到了有效的处理，节约了危废污泥的处理成本，并消除了重金属离子对环境污染的安全隐患。

如果是传统的三联箱，即脱硫废水中的重金属离子首先在碱性环境中生成重金属的氢氧化物沉淀，但是这些氢氧化物沉淀在酸性环境中是不能稳定存在的，即，当含有重金属的氢氧化物沉淀的污泥回用于脱硫系统时，重金属的氢氧化物在酸性环境中重新溶解，进入脱硫废水中，造成了脱硫废水中重金属的富集，还是需要花费巨大的人力物力去处理废水中的重金属。

可见，三联箱的位置的调换与脱硫废水中污泥的回用相配合，产生良好的效果。

无机硫和有机硫都可以用于除去脱硫废水中的重金属离子，但是加入无机硫化物会使水中硫化物和硫酸盐超标，容易对环境造成危害。

有机硫是一种含硫化合物，它可以通过硫族与重金属离子稳定结合并发生化学反应，形成稳定的有机金属化合物，不易溶解，在水中形成固体沉淀，进而被分离除去。其几乎能吸附所有的重金属，在废水处理中，通过简单的处理就可以去除所有溶解的残留重金属，而且金属-沉淀物具有良好的温度稳定性，重金属很难重新释放到环境中去，是环境友好的重金属捕捉剂。且，有机硫的毒性很低，具有良好的存储稳定性和操作安全性，不属于危险物品，无不良气味，不分解出有毒物质。

絮凝，使水或液体中悬浮微粒集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。通常，絮凝的实施靠添加适当的絮凝剂，其作用是吸附微粒，在微粒间“架桥”，从而促进集聚。絮凝箱，就是提供絮凝的一种设备，提供容纳液体的腔室，在液体中投加絮凝剂后，使液体中的悬浮物集聚沉淀。

澄清器是一种将水和凝聚剂等药剂的快速混合、混凝、沉淀三种过程合一的装置，本文中可以单指实现沉淀的过程的装置，废水在三联箱中已经实现了与药剂的混合和混凝过程。

在废水处理过程中，调节沉淀池、三联箱以及澄清器的底部都会有污泥的富集，为了防止管道的堵塞，更为了回收污泥，将其底部通过管道与污泥储罐连通，并通过泵将污泥泵入污泥储罐中。

第一泵和第二泵只是一个统称，只是为了将污泥储罐与调节沉淀池、三联箱和澄清器之间的泵与污泥储罐与脱硫塔之间的泵区别开，并不会对泵有任何其他的限制。如，污泥储罐可以通过不同的泵分别与调节沉淀池、三联箱和澄清器连接，也可以通过同一个泵与这三种结构连接，只要可以实现收集污泥的作用即可。优选为，污泥储罐与以上设备之间都分别连接有一个泵，这样更利于控制，但也会带来成本上的提高。同样，第一泵和第二泵可以为同一种类、同一型号的泵，也可以是不同种类、不同型号的泵。

污泥储罐为一种常规的容纳流体的容器，应包括壳体和由壳体包围围成的腔室，腔室内可用于容纳水等流体。泵将各个设备底部的污泥泵入污泥储罐的过程中，也会泵入较多的脱硫废水，在污泥储罐中形成污泥与脱硫废水的混合物。由于污泥是需要回用到脱硫系统中的，所以应该保持污泥的匀质，简单而有效的方法便是搅拌，通过施加机械作用力，将污泥储罐中的污泥与水混合均匀，当然，此处的均匀为相对均匀。虽然曝气也是一种匀质的手段，但是由于污泥的密度较大，容易发生沉降，曝气的效果稍差。

为了适应不同的脱硫条件，可以控制污泥储罐中的污泥与脱硫废水的比例，即控制进入脱硫系统中的污泥的浓度。而污泥与脱硫废水的比例则通过泵来调节，如，需要的污泥浓度大时，控制泵入较少的脱硫废水，当需要的污泥的浓度小时，控制泵入较多的脱硫废水。

优选的，所述中和箱与石灰加药装置连接。

中和箱，为调节待处理脱硫废水的pH值，并沉淀脱硫废水中部分离子的结构，脱硫废水为酸性，所以需要向脱硫废水中加入碱性物质，以使脱硫废水接近中性。由于脱硫废水中需要脱除镁离子，以降低脱硫废水的硬度，所以，需要控制脱硫废水呈弱碱性。

基于投加的碱性物质的成本、操作安全，以及不引入更多的杂质考虑，碱性物质一般选择为石灰。

其中，石灰加药装置至少应包括石灰盛放容器、连通石灰盛放容器与中和箱的管道、设置在管道上的提供动力的泵以及控制加药量的流量计等结构，还可以设置控制系统，控制系统与泵、流量计以及设置在中和箱中的pH值传感器连接，构成反馈调节，更容易实现石灰的自动化、精确化加入。

优选的，所述絮凝箱与絮凝剂加药装置和助凝剂加药装置连接。

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类，其中，无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。

理论基础是：“聚并”理论，絮凝剂主要是带有正(负)电性的基团和水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。

助凝剂，为当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需要投加某种辅助药剂以提高混凝效果的药剂。

本文中，絮凝剂和助凝剂配合使用，可以更快提高脱硫废水中悬浮物的凝聚沉淀效果。絮凝剂为氯化硫酸铁，助凝剂为聚丙烯酰胺，使水中的悬浮物成为絮状物，并且易于沉淀，便于水和污泥的固液分离。

絮凝剂加药装置和助凝剂加药装置与石灰加药装置在结构上可以是类似的，盛放容器、连通盛放容器与絮凝箱的管道、设置在管道上的提供动力的泵以及控制加药量的流量计等结构，也可以增加控制系统，构成闭环控制。

优选的，所述清水箱与盐酸加药装置连接。

由于在中和箱中已经将脱硫废水的pH值调整到弱碱性，所以在清水箱中需要调节废水的pH值到接近中性，进而投加酸性物质进行调节，而酸性物质的投加以不引入杂质离子为原则。

进一步优选的，所述清水箱的底部设置有曝气器，曝气器与设置在清水箱外侧的曝气风机连接。

曝气是指人为通过适当设备向清水池中通入空气，以达预期效果的目的。本文中的曝气一方面通过增加脱硫废水中的溶解氧，以降低脱硫废水的COD的目的；另一方面，通过曝气搅动脱硫废水，使脱硫废水中加入的盐酸混合均匀，均衡水质，避免局部pH值过高或过低。曝气器即为实现曝气的结构，其应至少包括壳体，壳体围成中空的腔室，壳体的开口处与风机连接，壳体上分布较多的通孔，风机将空气输送到腔室中，使空气通过腔室中的通孔进入清水箱中。

清水池出水经树脂软化后进入反渗透膜浓缩+蒸发结晶系统，最终蒸馏水回用，结晶盐外售处理。

反应箱、中和箱、絮凝箱分别配有反应箱搅拌器、中和箱搅拌器、絮凝箱搅拌器；反应箱、中和箱、絮凝箱的底部均通过管道与泵进口相连。虽然箱体内有搅拌装置，但箱体局部仍有污泥沉积的现象，为避免污泥在箱体底部局部大量累积，影响水的自流，故三联箱底部加有排泥管道，可以及时将污泥排出，避免污泥的积累，还便于维修。

优选的，所述污泥储池中设置有搅拌器。

该处的搅拌器的作用是通过机械作用力将污泥与水混合均匀，为了达到更好的搅拌效果，优选为涡轮式搅拌器或旋桨式搅拌器。

优选的，所述调节沉淀池和澄清器的底部为锥形，锥形底部的最低端通过管道与污泥储池连通。

该锥形的底部即为泥斗，便于收集污泥。

一种污泥回用的脱硫废水零排放处理方法，包括如下步骤：

脱硫废水依次通过停留沉淀、化学沉淀和絮凝澄清处理后进入调节水质、浓缩、结晶工序；将停留沉淀和化学沉淀过程中产生的污泥收集、搅拌均质后，投放到脱硫塔中作为脱硫剂进行脱硫，得到脱硫石膏。

优选的，所述停留沉淀步骤中，脱硫废水停留的时间大于6h。

优选的，所述化学沉淀包括如下步骤：首先向脱硫废水中投加有机硫，脱除重金属离子；然后向脱硫废水中投加石灰乳，调节脱硫废水的pH值，并沉淀部分盐离子。

进一步优选的，所述有机硫为TMT-15(三巯基三嗪三钠盐)。

进一步优选的，向脱硫废水中投加石灰乳，调节脱硫废水的pH值至9.5-10。

优选的，所述化学沉淀还包括向脱硫废水中投加絮凝剂和助凝剂，使水中的悬浮物成为絮状物并易于沉淀的步骤。

优选的，所述调节水质的方法，包括如下步骤：向澄清后的脱硫废水中投加盐酸，调节脱硫废水的pH值为6-9，并向脱硫废水中曝气，均衡水质，并降低脱硫废水中的COD。

进一步优选的，所述曝气的气水体积比为15-20:1。

本实用新型的有益效果是：

1、调节沉淀池均衡水质，避免了水质波动较大造成的后续处理效果不稳定。将脱硫废水原有的悬浮物和反应生成的沉淀分开沉淀，降低脱硫废水在三联箱自流过程中的含固量，避免堵塞。三联箱底部设有排泥管道，可以有效避免箱体局部污堵的现象。

2、通过改变加药顺序，改变重金属沉淀物的性质，使其可以返回脱硫系统时不被重新溶解。

3、澄清水池采用曝气方式均衡水质，均衡水质和降低COD同时进行，降低投资成本和运行费用。

4、脱硫废水处理过程中的污泥实现了完全回用，避免污泥作为危废处置的费用，降低运行成本，实现了废物资源化利用。

附图说明

图1是本实用新型的脱硫废水处理流程图

其中：1、调节沉淀池，2、提升泵，3、有机硫加药装置，4、反应箱，5、反应箱搅拌器，6、石灰加药装置，7、中和箱搅拌器，8、中和箱，9、絮凝剂加药装置，10、絮凝沉淀箱搅拌器，11、絮凝箱，12、助凝剂加药装置，13、澄清器，14、盐酸加药装置，15、清水池，16、曝气器，17、曝气风机，18、排泥泵，19、污泥储池搅拌器，20、污泥储池，21、污泥回用泵，22、脱硫塔，23、树脂软化装置，24、反渗透装置，25、蒸发器。

具体实施方式

下面结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清除、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细描述，其具体工艺如下：

(1)脱硫系统排出的脱硫废水进入调节沉淀池1，为均衡水质，避免水质波动较大，水力停留时间应大于6h。固体悬浮物由于重力作用沉淀进入泥斗，泥斗中的污泥由排泥泵18送至污泥储池20，排泥泵18为螺杆泵，泵材质为双相钢，耐磨和耐氯离子腐蚀。

(2)调节沉淀池1上层清液经提升泵2送至反应箱4，通过有机硫加药装置3向反应箱中加入有机硫，沉淀水中的重金属离子。

(3)反应箱4的出水自流进入中和箱8，通过石灰加药装置6向中和箱8中加入石灰乳，将脱硫废水pH调至9.5～10，中和脱硫废水的酸性和碳酸氢根，除去镁离子，降低水的硬度。用于检测水pH的传感器应位于进水口的底部，更及时监测水质pH的变化。中和药剂优先选用10％浓度的石灰乳，当脱硫废水中硫酸根浓度低于2000mg/L时，可以选用氢氧化钠作为中和药剂。

(4)中和箱8的出水自流进入絮凝箱11，通过絮凝剂加药装置9和助凝剂加药装置12向絮凝箱11中分别加入絮凝剂氯化硫酸铁和助凝剂聚丙烯酰胺，使水中的悬浮物成为絮状物并且易于沉淀，便于水和污泥的固液分离。絮凝剂的加药口应靠近进水口位置，助凝剂加药口位于絮凝箱11的中间位置。

(5)絮凝箱11的出水自流进入澄清器13，澄清器13利用重力沉降原理，悬浮物沉降进入泥斗，泥斗中的污泥由排泥泵18送至污泥储池20。澄清水从周围溢流堰流出进入清水池15。澄清器13的水力停留时间以2～4h为宜，便于污泥充分沉降，底部设有排泥管道。

(6)清水池15的进口接盐酸加药装置14，将水质pH调至6～9。清水池15底部安装有曝气器16，通过曝气风机17曝气降低脱硫废水的COD，曝气可以均衡水质，避免局部pH过高或过低。盐酸加药口靠近进水口，澄清池15中用于检测水pH的传感器应位于进水口的底部，更及时监测水质pH的变化。清水池15的水力停留时间以2～4h为宜，气水比为15:1，便于COD被充分氧化。清水池出水经树脂软化装置23软化后进入反渗透装置24浓缩，最后进入蒸发器25蒸发结晶，最终蒸馏水回用，结晶盐外售处理。

(7)污泥储池20的中安装有污泥储存池搅拌器19，避免污泥沉降。污泥主要成分是硫酸钙和氢氧化钙、氢氧化镁，将污泥作为脱硫剂通过污泥回用泵21回用至脱硫塔22，污泥回用泵21选用螺杆泵。

其中反应箱4、中和箱8、絮凝箱11分别配有反应箱搅拌器5、中和箱搅拌器7、絮凝箱搅拌器10；所述反应箱4、中和箱8、絮凝箱11的底部均通过管道与排泥泵18进口相连。避免污泥在箱体底部大量累积，影响水的自流。

其中污泥储池20配有污泥储池搅拌器19，搅拌速率80r/min。污泥回用泵21将污泥储池20中的污泥回流到脱硫塔22，污泥回用泵21选用螺杆泵。

以一实际工程为例，该电厂脱硫废水水量为10t/h，水质部分参数如下：pH 5.5，COD280mg/L，硫酸盐8940mg/L，钙1450mg/L，镁6211mg/L，铁6.38mg/L，锌1.02mg/L，砷5.70mg/L，汞4.61mg/L，镉0.16mg/L，铅痕量，镍1.99mg/L，铬4.33mg/L。

废水首先进入调节沉淀池，经6h沉淀处理后，污泥进入污泥储池，上清液依次经过反应箱、中和箱、絮凝箱，通过投加有机硫沉淀重金属离子，加入石灰乳调pH至9.6左右，加入絮凝剂和助凝剂使污泥颗粒变大利于沉淀。水中的重金属沉淀为有机金属化合物，硫酸盐和镁离子生成硫酸钙和氢氧化镁沉淀，絮凝箱出水进入澄清器，由于重力作用，污泥进入泥斗，最终进入污泥储池，污泥储池中的污泥最终作为脱硫剂回流至脱硫系统。

清水溢流进入清水池，通过加入盐酸调pH至6～9，通过曝气作用将废水COD降至60以内，气水比为15：1。清水池出水经树脂软化后进入反渗透膜浓缩+蒸发结晶系统，最终蒸馏水回用，结晶盐外售处理。

整个脱硫废水处理过程较常规工艺多加入的有机硫量为53mg/L，有机硫以单价8000元/t计，较常规工艺多投加的有机硫合计人民币4.24元/h。过程中回用污泥量为0.2t/h，如污泥外售处理，按处理费2000元/t计，需处理费用400元/h。可见，本实用新型的方法经济效益十分明显，而且不会对环境造成污染。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围内。