一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水方法与装置与流程

本发明涉及火电厂脱硫废水处理技术领域，具体涉及一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水方法与装置。

背景技术：

火电作为一种技术成熟、运行可靠、成本经济的发电技术，火电一直并将长期作为我国能源结构中的重要组成部分。随着经济的不断发展，我国火电装机容量迅速上升，而火电引发的环境问题也越来越引发大家关注。火电厂的脱硫废水由于成分复杂，处理技术难度大，是燃煤电厂集中最难处理的废物之一。脱硫废水中含有多种重金属离子，以及浓度极高的钙、镁、硫酸根及氯离子。传统脱硫废水处理通常采用化学沉淀法去除掉水中的各种重金属离子，但这种方法费用高，且无法有效去除废水中钙、镁离子。随我国相关环保要求的提高，传统化学沉淀法将难以为继。因此，开发脱硫废水的深度处理技术，将成为今后我国水处理领域的一个重点课题。

水中大量钙镁离子的去除，其传统处理工艺为石灰乳加纯碱或“双碱法”处理。由于脱硫废水中含有大量镁离子，这种方法需要加入大量石灰，随石灰带入的钙离子的与需要通过加纯碱去除，使得软化工艺处理脱硫废水成本很高。同时，电厂等部门每天会向环境中排放大量烟气，这种烟气中含有15～18％浓度的二氧化碳，且温度可达80度左右。二氧化碳是造成温室效应的主要污染物，同时大量的高温烟气还会造成环境热污染。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够有效利用烟气中的二氧化碳循环软化废水方法与装置，该方法合理高效，其装置结构巧妙合理。

为实现上述目的，本发明提供的方案之一为一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水的方法，包括以下步骤：

电厂脱硫废水经调节预沉获得澄清液，澄清液中加入石灰进行中和发应，调节溶液中的pH值至9.5~11.5,

再在溶液中加入PAC进行絮凝反应，去除细小悬浮颗粒物，再将絮凝反应的溶液进入沉淀池，

在沉淀池中将溶液中的固体颗粒污泥进行沉淀，

沉淀后的澄清出水进入循环软化反应池进行循环软化反应，

完全反应后的溶液进入微滤膜过滤,进行固液分离，微滤膜浓水进入污泥浓缩池，微滤膜产水进入反渗透膜浓缩，产生60%的RO产水回用，产生40%的RO浓水通过旁路烟道蒸发实现脱硫废水零排放。

进一步的，中和反应时间为1~2小时，使得澄清液中的镁离子含量下降至500ppm以下, 硫酸根离子含量下降至5000ppm以下。

进一步的，絮凝反应时间为15~60分钟，使得澄清液中的镁离子含量下降至500ppm以下，硫酸根离子含量下降至5000ppm以下。

进一步的，沉淀池中沉淀2~4小时,沉淀池中的污泥进入污泥浓缩池浓缩后经板框压滤机脱水收集。

进一步的，所述循环软化反应的反应停留时间1~2 小时，引入烟气产生的超微米二氧化碳气泡使废水和气泡中的二氧化碳高度相溶混合反应。当循环软化反应池内溶液pH值≤9时，则将混合反应后的烟气循环回循环软化反应池产生二氧化碳气泡；当循环软化反应池内溶液pH值＞9时，则将混合反应后的烟气直接排出循环软化反应池外，完全反应后的溶液(即1-2小时的反应停留时间后)进入微滤膜过滤，进行固液分离，微滤膜浓水进入污泥浓缩池，微滤膜产水进入反渗透膜浓缩，60%的RO产水回用，40%的RO浓水通过旁路烟道蒸发实现脱硫废水零排放。

进一步的，所述循环软化反应池包括一全密封壳体和一气泡发生器，该壳体上分别设有进水口、出水口、pH缓冲剂的加药进口，pH缓冲剂的加药进口上设有pH缓冲剂加药开关，壳体内底部设有气泡发生器的气泡生成出口，所述气泡发生器的气泡生成出口与壳体的气泡入口相连通，壳体内设有pH检测探头，pH检测探头深入壳体内溶液，所述壳体内顶部设有气体循环收集口，所述气体循环收集口上连接有烟气出气管道，烟气出气管道上设有烟气出口开关，所述气泡发生器上连接有烟气进气管道，烟气进气管道上设有烟气入口开关，所述烟气进气管道与烟气出气管道通过烟气循环管道连通，烟气循环管道上设有烟气循环开关，pH检测探头与烟气出口开关、烟气入口开关、pH缓冲剂加药开关联动启停。

更进一步的，当壳体内溶液pH≤9时，烟气入口开关关闭，烟气出口开关关闭，烟气循环开关开启，反应后的烟气循环进入循环软化反应池；pH＞9时，烟气入口开关开启，烟气循环开关关闭，烟气出口开关开启，反应后的烟气从循环软化反应池直接外排；

当壳体内溶液内溶液pH值≤8时，pH缓冲剂加药开关开启，在循环软化反应池内加入pH缓冲剂进行反应；当壳体内溶液内溶液pH＞8时, pH缓冲剂加药开关关闭，停止向循环软化反应池内加入pH缓冲剂；

所述pH缓冲剂由氢氧化钠和碳酸铵的一种或两者按1~10：1比例组成。

进一步的，所述气泡发生器产生的气泡平均粒径200nm~4um，气泡含率在80%以上，气泡平均上升速度在2~10mm/s。

进一步的，微滤膜过滤中，处理废水的固含量（即不可滤残杂）为3%~6%，微滤膜的孔径在0.2~1um，微滤膜为有机膜或者无机膜的一种，反渗透膜浓缩采用的反渗透膜为卷式，平板，蝶式或管网式，旁路烟道蒸过程的蒸发器采用高效节能的旁路烟道蒸发结晶器。

进一步的，微滤膜产水钙镁离子总含量降至100ppm以下。

本发明提供的另一方案为一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水的装置，包括废水调节池、中和反应池、絮凝池、沉淀池、循环软化反应池、微滤膜浓缩池、微滤膜装置、微滤膜产水箱、反渗透装置、反渗透浓水箱（10）、旁路烟道蒸发装置和反渗透产水收集箱，所述废水调节池出口和中和反应池入口相连，中和反应池出水口与絮凝池入口相连，絮凝池出水口与沉淀池相连，沉淀池污泥排放口与污泥浓缩池连接，污泥浓缩池排泥出口和压滤机连接，沉淀池澄清液出口与循环软化反应池入口连接，循环软化反应池还连接有二氧化碳气泡发生器，循环软化反应池出口与微滤膜浓缩池相连，微滤膜浓缩池和微滤膜装置浓水出口相连，微滤膜装置产水出口接微滤膜产水箱，微滤膜产水箱和反渗透装置相连，反渗透装置产水出口接反渗透产水收集水箱，反渗透装置浓水出口接反渗透浓水箱，反渗透浓水箱和旁路烟道蒸发装置相连。

进一步的，还包括pH缓冲剂加药装置，所述pH缓冲剂加药装置和循环软化反应池pH缓冲剂加药口相连。

进一步的，还包括PAC加药装置，絮凝池加药口连接PAC加药装置。

进一步的，还包括氢氧化钙加药装置，中和反应池加药口连接氢氧化钙加药装置。

区别于现有技术，上述技术方案的有益效果如下：

本发明中设计了巧妙的装置结构和合理的工艺方法，利用电厂烟气中的二氧化碳为脱硫废水提供丰富的碳酸根，与经石灰处理过的脱硫废水反应，进一步去除水中的钙离子。从而使得钙离子以碳酸钙形式从水中脱除出来。该方法和装置可以大幅降低钙离子去除成本。

附图说明

图1为本发明实施例1的方法流程图。

图2为本发明实施例1的二氧化碳循环软化装置的结构示意图。

图3为本发明实施例2的装置结构示意图。

附图标记说明：

调节池1，反应池2，絮凝池3，沉淀池4，循环软化反应池5，微滤膜浓缩池6，微滤膜装置7，微滤膜产水箱8，反渗透装置9，反渗透浓水箱10，旁路烟道蒸发装置11，反渗透产水收集水箱12，污泥浓缩池13，压滤机14，氢氧化钙加药装置15， PAC加药装置16，pH缓冲剂加药装置17，二氧化碳气泡发生器18。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

实施例1：

请参阅图1和图2，本实施例1的一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水的方法，包括以下步骤：

①电厂脱硫废水经调节预沉获得澄清液。

②澄清液中加入石灰进行中和发应，调节溶液中的pH值至9.5~11.5, 中和反应时间为1~2小时，使得澄清液中的镁离子含量下降至500ppm以下, 硫酸根离子含量下降至5000ppm以下。

③再在溶液中加入PAC进行絮凝反应，去除细小悬浮颗粒物，本实施例中，絮凝反应时间为15~60分钟。

④再将絮凝反应的溶液进入沉淀池，在沉淀池中将溶液中的固体颗粒污泥进行沉淀，沉淀池沉淀多2~4小时沉淀池中的污泥进入污泥浓缩池浓缩后经板框压滤机脱水收集。

⑤沉淀后的澄清出水进入循环软化反应池进行循环软化反应，当软化反应池内溶液pH值≤9时，则将反应后的烟气循环进入循环软化反应池产生二氧化碳气泡；当软化反应池内溶液pH值＞9时，则将反应后的烟气直接排出循环软化反应池外。沉淀池澄清液进入软化池软化,利用烟气中的二氧化碳进入二氧化碳气泡发生器生成二氧化碳气泡,使废水溶液和二氧化碳气体高度均匀混合反应生成碳酸钙沉淀，达到软化废水的目的。二氧化碳气泡发生器产生的气泡平均粒径200nm~4um，气泡含率在80%以上，气泡平均上升速度在2~10mm/s。

参考图2所示，所述循环软化反应池包括一全密封壳体A和一气泡发生器B，该壳体A上分别设有进水口C、出水口D、pH缓冲剂的加药进口E，pH缓冲剂的加药进口E上设有pH缓冲剂加药开关，壳体A内底部设有气泡发生器B的气泡生成出口，所述气泡发生器B的气泡生成出口与壳体A的气泡入口相连通，壳体A内设有pH检测探头F，pH检测探头F深入壳体A内溶液，所述壳体A内顶部设有气体循环收集口G，所述气体循环收集口G上连接有烟气出气管道H，烟气出气管道H上设有烟气出口开关J，所述气泡发生器B上连接有烟气进气管道K，烟气进气管道K上设有烟气入口开关L，所述烟气进气管道K与烟气出气管道H通过烟气循环管道M连通，烟气循环管道上设有烟气循环开关N，pH检测探头与烟气出口开关J、烟气入口开关L、pH缓冲剂加药开关E联动启停。打开烟气入口开关L，烟气通过烟气入口进入二氧化碳气泡发生器B生成二氧化碳气泡在软化池底部均匀释放出，当壳体A内溶液pH≤9时，烟气入口开关L关闭，烟气出口开关J关闭，烟气循环开关N开启，反应后的烟气循环进入循环软化反应池；pH＞9时，烟气入口开关K开启，烟气循环开关N关闭，烟气出口开关J开启，反应后的烟气从循环软化反应池上方的烟气出口P直接外排；当壳体A内溶液内溶液pH值≤8时，pH缓冲剂加药开关开启，在循环软化反应池内加入pH缓冲剂进行反应；当壳体A内溶液内溶液pH＞8时, pH缓冲剂加药开关关闭，停止向循环软化反应池内加入pH缓冲剂；所述pH缓冲剂由氢氧化钠和碳酸铵的一种或两者按按1~10：1比例组成。

⑥经循环软化反应1~2小时后的溶液进入微滤膜进行固液分离，微滤膜浓水进入污泥浓缩池，微滤膜具体为陶瓷膜。微滤膜的处理的固含量（即不可滤残杂）3%~5%，微滤膜的孔径在0.2~1um，微滤膜微有机膜或者无机膜的一种。

本实施例中，经软化反应1~2小时后的溶液也就是完全循环软化反应后的溶液。完全软化反应的溶液进入微滤，微滤膜产水钙镁离子总含量在100ppm以下。所述完全反应，则达到的指标为：所述气泡发生器产生的气泡平均粒径为200nm-4um，气泡含率在80%以上，气泡平均上升速度在2-10mm/s。

⑦微滤膜产水进入反渗透膜浓缩， RO产水回用作为脱硫系统补充水，反渗透膜为卷式，平板，蝶式，管网式的一种。

⑧RO浓水通过旁路烟道蒸发实现脱硫废水零排放。本实施例中，RO浓水进入旁路烟道蒸发结晶，结晶盐通过除尘器扑捉，水蒸汽回到烟道脱硫系统。

实施例2：

参考图3所示，本实施例2的方案为一种利用烟气中的二氧化碳循环软化废水的装置，包括调节池1、中和反应池2、絮凝池3、沉淀池4、循环软化反应池5、微滤膜浓缩池6、微滤膜装置7、微滤膜产水箱8、反渗透装置9、反渗透浓水箱10、旁路烟道蒸发装置11、反渗透产水收集箱12，废水调节池1出口和中和反应池2入口相连，中和反应池2出水口与絮凝池3入口相连，絮凝池3出水口与沉淀池4相连，沉淀池4污泥排放口与污泥浓缩池13连接，污泥浓缩池13排泥出口和压滤机14连接，沉淀池4澄清液出口与循环软化反应池5入口连接，循环软化反应池5还连接有二氧化碳气泡发生器18，循环软化反应池5出口与微滤膜浓缩池6相连，微滤膜浓缩池6和微滤膜装置7浓水出口相连，微滤膜浓缩装置产水出口接微滤膜产水箱8，微滤膜产水箱8和反渗透装置9相连，反渗透装置9产水出口接反渗透产水收集水箱，反渗透装置9浓水出口接反渗透浓水箱10，反渗透浓水箱10和旁路烟道蒸发装置11相连。

本实施例2中，还包括pH缓冲剂加药装置17，所述pH缓冲剂加药装置和循环软化反应池5pH缓冲剂加药口相连。

本实施例2中，还包括PAC加药装置16，絮凝池3加药口连接PAC加药装置。

本实施例2中，还包括氢氧化钙加药装置15，中和反应池2加药口连接氢氧化钙加药装置。

本实施例中，所述循环软化反应池5的结构与实施例1中的循环软化反应池5结构相同。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。

尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。