一种基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统与方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种基于环流反应器的湿法脱硫废水软化系统与方法。

背景技术：

湿法脱硫过程会产生大量的脱硫废水，脱硫废水并没有一个典型的水质，然而其主要特点可以概括为：某些重金属含量超标，悬浮物浓度高，高氯根，盐度大，这种极其复杂的水质特性迫使脱硫废水要通过零排放的方式来处理。

相比于重金属以及悬浮物的去除，现阶段脱硫废水零排放的关键更在于脱盐。目前，脱硫废水的脱盐方法主要为膜法和蒸发法，然而，这两种方法对废水的预处理要求非常高，尤其是水质的硬度。对于膜法，硬质性离子一方面会使膜的渗透通量下降，另一方面还会增加膜的清洗频率，增加运行费用；对于蒸发法，蒸发设备常在较高的温度下运行，其界面换热的结垢系数会随着温度的升高而增大，即使硬质离子含量非常低的废水也会在蒸发过程中出现结垢现象，使相关热力设备难以正常运行。因此，去除硬质性的钙镁离子，使脱硫废水得到高效的软化是非常必要的。

脱硫废水软化最理想的方法是化学沉淀法，naoh-na2co3的联合工艺被认为是最佳的脱硫废水软化工艺，该工艺不仅对ca²⁺、mg²⁺有着极大的脱除率，而且对全硅也具有优异的去除效果。然而，此法会消耗大量的软化剂，不但增加了电厂的消费成本，而且还会使脱硫废水处理过程产生大量的污泥，增加后续处理的难度。因此，寻找新的方法来对这种联合工艺做出改善成为脱硫废水软化的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统与方法。

本发明所述的基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统采用的技术方案为：

该系统由缓冲池、气升式环流反应器(包括两级：第一级气升式环流反应器和第二级气升式环流反应器)、高密度沉淀池、废水旋流器、纤维过滤器、脱水机(包括两级：第一级脱水机和第二级脱水机)、澄清箱以及烟气回收装置组成：

废水缓冲池的出口与第一级气升式环流反应器的进液口相连，第一级气升式环流反应器的物料排出口与高密度沉淀池的入口相连，高密度沉淀池的底部浓缩物出口与第一级脱水机的进口相连，第一级脱水机的液相出口与第一级气升式环流反应器的进液口相连，第一级脱水机的固相出口为泥饼出口。废水旋流器和纤维过滤器依次相连，高密度沉淀池的液体出口与废水旋流器的进口相连，废水旋流器的底部浓缩物出口与第一级脱水机的进口相连。纤维过滤器的出口与第二级气升式环流反应器的进液口相连，第二级气升式环流反应器与烟气回收装置连通，其物料排出口与澄清箱的进口相连，澄清箱的浓缩物出口与第二级脱水机的进口相连，第二级脱水机的固相物出口与石灰石给料系统的进口相连，澄清箱和第二级脱水机的液相出口为废水排出口。

该系统在常规脱硫废水处理设备的基础上引入了相同的两级气升式环流反应器：该气升式环流反应器包括外部筒体反应器和两端开口的内部导流筒，两者通过设置在外部筒体反应器上的两排间隔的筋块及其底部的固定槽固定，保证了内部导流筒的稳固性和可拆性。外部筒体反应器上设置加药口、ph在线检测口、取样口以及物料排出口。外部筒体反应器通过法兰和反应器封盖连接，反应器封盖上设置进液口、排气口以及吊耳。排气口有两个作用：一是作为气相的出口，二是作为反应器内部气相与液相管路的通道。内部导流筒上设置吊耳，底部安装气体分布器，气体分布器通过设置在导流筒内部的底座固定并通过气相管路与气体压缩机连通。为保证环流反应器的清洗，外部筒体反应器顶部内壁设置呈环形分布的压力喷嘴，喷嘴通过液相管路与清洗水泵相连。两级气升式环流反应器结构相同，不同的是第一级气升式环流反应器的动力源为压缩空气，而第二级气升式环流反应器的动力源是脱硫脱硝后的烟气。

所述两级气升式环流反应器的高径比为5～14。

所述两级气升式环流反应器的导流筒的高径比为3～12。

所述两级气升式环流反应器的导流筒至少为一段。

所述两级气升式环流反应器设置清洗装置，为紧贴外部筒体反应器顶部内壁的呈环形分布的压力喷嘴。

一种基于上述系统的湿法脱硫废水软化方法，具有以下步骤：

脱硫吸收塔产生的一定量的脱硫废水通过水泵等动力设备输送到废水缓冲池中，之后进入第一级气升式环流反应器中进行脱镁，为了使该级环流反应器同时具有重金属脱除以及除硅作用，因此在该级气升式环流反应器内添加碱性软化剂，保证oh^—与mg²⁺的摩尔比满足2.2～2.4；同时，要对该级气升式环流反应器的表观气速、循环液速等两个主要操作参数进行控制，两者分别满足范围0.01m/s～0.03m/s、3.36m/s～5.07m/s。

脱镁后的废水中含有较多的悬浮物，因此接下来进入高密度沉淀池中进行絮凝澄清。为了使第二级气升式环流反应器脱钙过程产生的沉淀物保持较高的纯度，因此，脱硫废水的浊度在进入第二级气升式环流反应器之前必须尽可能降低到最低，采取的措施为在高密度沉淀池之后设置废水旋流器和纤维过滤器。

脱镁后的脱硫废水中还含有大量的钙离子，因此进入第二级气升式环流反应器中进行脱钙，脱钙的方式为co2软化，co2来自经脱硫脱硝后的烟气，含量为10～16％。脱钙过程，仍需对该级气升式环流反应器的表观气速、循环液速两项操作参数进行控制，两者分别满足为范围0.002m/s～0.02m/s、1.84m/s～4.35m/s。对于不同电厂的脱硫废水，受co2溶解度影响，钙可能无法完全脱除，因此需要额外添加辅助性的软化药剂，保证co3^2-与mg²⁺的摩尔比满足1.7～1.8。

脱钙后，第二级气升式环流反应器内会产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，为稳定的方解石晶体结构，比例＞90％。可以作为良好的脱硫剂继续使用，因此被重新利用到湿法脱硫过程中。经澄清箱和第二级脱水机分离后的清液为高度软化的脱硫废水，可以满足后续膜法和蒸发法等深度处理工艺的要求。

所述该法适用于镁硬度≤20000mg/l(以caco3计)，钙硬度≤10000mg/l(以caco3计)的湿法脱硫废水，经该法软化后，出水镁硬度≤170mg/l(以caco3计)，钙硬度≤100mg/l(以caco3计)。

本发明的有益效果为：

本发明所述的基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统与方法，解决了湿法脱硫废水零排放处理过程中一个重要技术难题。针对化学沉淀法存在的不足，本发明提出利用气升式环流反应器对脱硫废水进行先脱镁后脱钙的分步软化方法：脱镁过程采用碱性软化剂，脱钙过程则充分利用经脱硫脱硝后的烟气以及辅助性的化学药剂。该方法不仅实现了脱硫废水的高效软化，而且还实现了烟气中co2以及沉淀物caco3的回收利用，既降低了脱硫废水软化过程的运行花费，又为电厂节能减排的实现提供了新的途径。

附图说明

图1为本发明所述的基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统的原理图；

图2为本发明所述的第一级气升式环流反应器的示意图；

其中，图中标号：

1-废水缓冲池；2-第一级气升式环流反应器(2.1-封盖；2.2-进液口；2.3-排气口；2.4-吊耳；2.5-法兰；2.6-吊耳；2.7-ph在线检测口；2.8-筋块；2.9-取样口；2.10-底座；2.11-出液口；2.12-固定槽；2.13-气体分布器；2.14-导流筒；2.15-外部筒体反应器；2.16-加药口；2.17-清洗喷嘴；a-进气管路；b-清洗水管路)；3-高密度沉淀池；4-第一级脱水机；5-废水旋流器；6-纤维过滤器；7-第二级气升式环流反应器；8-澄清箱；9-第二级脱水机；10-烟气回收装置；11-石灰石给料系统。

具体实施方式

本发明提供了一种基于气升式环流反应器的湿法脱硫废水软化系统与方法，下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

脱硫吸收塔产生的一定量的脱硫废水首先通过水泵等动力设备输送到废水缓冲池1中进行初步的沉淀。之后，将废水从进液口2.2送入到主体由封盖2.1、外部筒体反应器2.15、导流筒2.14组成的第一级气升式环流反应器2内。待达到一定液位时，通入压缩空气启动反应器，该压缩空气以通过排气口2.3的管路a输送，之后送至固定在导流筒2.14底座2.10上的气体分布器2.13。接下来，通过加药口2.16向反应器内加入碱性软化剂naoh，碱量的添加满足oh^—与mg²⁺的摩尔比为2.2～2.4，同时，要控制该级环流反应器的表观气速、循环液速两项操作参数分别满足范围0.01m/s～0.03/s、3.36m/s～5.07m/s。为防止加药产生波动，需要通过ph在线检测口2.7连接的在线ph检测装置对反应器的ph进行协同监测并定期通过取样口2.9取样检测。待检测指标合格后，废水通过出液口2.11排出。反应器在运行一段时间后需要清洗，主要依靠固定在2.15上顶部内壁的呈环形分布的压力喷嘴2.17进行，该清洗喷嘴以通过2.3的管路b输送清洗水。同时，为了维修时方便对反应器进行拆卸，外部筒体反应器2.15和导流筒2.14之间特意以筋块2.8和固定槽2.12固定。维修时，先将法兰2.5拆解，然后利用吊耳2.4将2.1拆开，之后再利用吊耳2.6将2.14从固定槽2.12中取出。

脱镁后的废水中含有较多的悬浮物，因此接下来废水将进入高密度沉淀池3中进行絮凝澄清，同时，为了使第二级气升式环流反应器7脱钙过程产生的沉淀物保持较高的纯度，因此，脱硫废水的浊度在进入7之前必须降低到最低，采取的措施为在高密度沉淀池3之后设置废水旋流器5和纤维过滤器6。3和5的底物接下来会进入第一级脱水机4中进行脱水，脱水后的泥饼进行外运而废液将回流至2中。

经过3、5、6处理后的废水接下来进入7中进行脱钙，该级气升式环流反应器在操作方式上和2相同，不同的是，其动力源是经烟气回收装置10输送的经脱硫脱硝后的烟气，并以其中含量为10～16％的co2作为脱钙剂，该级气升式环流反应器的表观气速、循环液速两项操作参数应控制为0.002m/s～0.02m/s、1.84m/s～4.35m/s的范围。对于不同电厂的脱硫废水，受co2溶解度影响，钙可能无法完全脱除，因此需要额外添加辅助性的软化药剂na2co3，碱量的添加保证co3^2-/ca²⁺的摩尔比满足1.7～1.8。

脱钙后7中会产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，该caco3为稳定的方解石晶体结构，比例＞90％，可以作为良好的脱硫剂继续使用，因此被重新送入石灰石给料系统11中。经澄清箱8和第二级脱水机9分离后的清液为高度软化的脱硫废水，其镁硬度≤170mg/l(以caco3计)，钙硬度≤100mg/l(以caco3计)，可以满足后续膜法和蒸发法等深度处理工艺的要求。

实施例1：

采用上述系统及方法对初始镁硬度和钙硬度(以caco3计)分别为20000mg/l、6525mg/l的水量为15m³/h脱硫废水a进行软化，外部筒体反应器顶部内壁安装有呈环形分布的压力喷嘴的两级气升式环流反应器的高径比为10，导流筒为一段，高径比为7，第二级气升式环流反应器前设置废水旋流器和纤维过滤器。脱镁过程，选择的碱性软化剂为naoh，碱量为264kg/h(oh^—/mg²⁺的摩尔比为2.2)，反应在0.03m/s、5.07m/s的表观气速、循环液速下进行；脱钙过程，co2来自于经脱硫脱硝后的烟气，含量为16％，反应在0.01m/s、3.36m/s的表观气速、循环液速下进行，受co2溶解度影响，钙无法完全脱除，co2脱钙后钙硬度由6525mg/l降低250mg/l，因此添加辅助性的软化药剂na2co3，碱量为7.2kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩尔比为1.8)。脱钙后第二级气升式环流反应器中产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，该caco3为稳定的方解石晶体结构，比例为91％，可以作为良好的脱硫剂继续使用，被重新利用到湿法脱硫过程中。经澄清箱和第二级脱水机分离后的清液为高度软化的脱硫废水，其出水镁硬度为83mg/l，钙硬度≤50mg/l。

实施例2

采用上述系统及方法对初始镁硬度和钙硬度(以caco3计)分别为14417mg/l、10000mg/l的水量为20m³/h脱硫废水b进行软化，外部筒体反应器顶部内壁安装有呈环形分布的压力喷嘴的两级气升式环流反应器的高径比为14，导流筒为一段，高径比为12，第二级气升式环流反应器前设置废水旋流器和纤维过滤器。脱镁过程，选择的碱性软化剂为naoh，碱量为277kg/h(oh^—/mg²⁺的摩尔比为2.4)，反应在0.02m/s、4.35m/s的表观气速、循环液速下进行；脱钙过程，co2来自于经脱硫脱硝后的烟气，含量为10％，反应在0.002m/s、1.84m/s的表观气速、循环液速下进行，受co2溶解度影响，钙无法完全脱除，co2脱钙后钙硬度由10000mg/l降低375mg/l，因此添加辅助性的软化药剂na2co3，碱量为13.5kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩尔比为1.7)。脱钙后第二级气升式环流反应器中产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，该caco3为稳定的方解石晶体结构，比例为93％，可以作为良好的脱硫剂继续使用，被重新利用到湿法脱硫过程中。经澄清箱和第二级脱水机分离后的清液为高度软化的脱硫废水，其出水镁硬度为67mg/l，钙硬度≤60mg/l。

实施例3

采用上述系统及方法对初始镁硬度和钙硬度(以caco3计)分别为9083mg/l、4358mg/l的水量为22m³/h脱硫废水c进行软化，外部筒体反应器顶部内壁安装有呈环形分布的压力喷嘴的两级气升式环流反应器的高径比为5，导流筒为一段，高径比为3，第二级气升式环流反应器前设置废水旋流器和纤维过滤器。脱镁过程，选择的碱性软化剂为naoh，碱量为192kg/h(oh^—/mg²⁺的摩尔比为2.4)，反应在0.01m/s、3.36m/s的表观气速、循环液速下进行；脱钙过程，co2来自于经脱硫脱硝后的烟气，含量为12％。反应在0.02m/s、4.35m/s的表观气速、循环液速下进行，受co2溶解度影响，钙无法完全脱除，co2脱钙后钙硬度由4358mg/l降低200mg/l，因此添加辅助性的软化药剂na2co3，碱量为8.4kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩尔比为1.8)。脱钙后第二级气升式环流反应器中产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，该caco3为稳定的方解石晶体结构，比例为90％，可以作为良好的脱硫剂继续使用，被重新利用到湿法脱硫过程中。经澄清箱和第二级脱水机分离后的清液为高度软化的脱硫废水，其出水镁硬度为46mg/l，钙硬度≤52mg/l。

实施例4：

采用上述系统及方法对初始镁硬度和钙硬度(以caco3计)分别为11200mg/l、8400mg/l的水量为20m³/h脱硫废水d进行软化，外部筒体反应器顶部内壁安装有呈环形分布的压力喷嘴的两级气升式环流反应器的高径比为9，导流筒为等高的三段，总高径比为7，第二级气升式环流反应器前设置废水旋流器和纤维过滤器。脱镁过程，选择的碱性软化剂为naoh，碱量为197kg/h(oh^—/mg²⁺的摩尔比为2.2)，反应在0.02m/s、4.35m/s的表观气速、循环液速下进行；脱钙过程，co2来自于经脱硫脱硝后的烟气，含量为14％，反应在0.01m/s、3.36m/s的表观气速、循环液速下进行，受co2溶解度影响，钙无法完全脱除，co2脱钙后钙硬度由8400mg/l降低300mg/l，因此添加辅助性的软化药剂na2co3，碱量为11.4kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩尔比为1.8)。脱钙后第二级气升式环流反应器中产生大量的沉淀物，主要成分为caco3，该caco3为稳定的方解石晶体结构，比例为95％，可以作为良好的脱硫剂继续使用，被重新利用到湿法脱硫过程中。经澄清箱和第二级脱水机分离后的清液为高度软化的脱硫废水，其出水镁硬度为78mg/l，钙硬度≤55mg/l。

应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非具体实施方式的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。