一种基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置与方法与流程

本发明可用于电厂脱硫废水浓缩减量，属于电厂废水处理领域，具体涉及一种基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置与方法。

背景技术：

工业废水排放将进入强力监管范围。燃煤发电厂近年来大规模实施烟气超低排放改造，其中采用石灰石湿法进行烟气脱硫的过程中会产生脱硫废水。脱硫废水成分复杂、水质变化大、危害大、难以处理，已成为燃煤电厂污染治理的重点。脱硫废水的水质特点主要有：ph值为4～6.5，呈酸性；悬浮物含量高，一般在10000～15000mg/l之间；含有微量的汞、铅、铬等重金属离子和砷、硒、氰化物等污染物；含有大量ca²⁺、mg²⁺阳离子和cl^-、hs03^-、hc03^-等阴离子，溶解性固体总量(tds)—般在25000～60000mg/l之间，其中氯离子含量一般在20000～30000mg/l之间。由此可见，脱硫废水具有高含盐量、高硬度、高氯离子的特征，具有较强的腐蚀性和结垢性。

目前，国内外火电厂常见的脱硫废水处理主要处理工艺采用化学沉淀法(主要为三联箱处理)。部分指标达标困难，即使达标处理后，由于废水中大量的硫酸盐和氯化物的存在，出水含盐量仍高达2％～4％，很难重复利用，外排后还会引起地表水和土壤生态破坏，引起二次污染。

随着国家环保政策对燃煤发电机组污染物排放限制日益严格和淡水资源的持续短缺，脱硫废水的零排放被提上日程。而要实现全厂废水零排放，则必须进行蒸发处理，主流的技术是通过旁路烟道蒸发或蒸发结晶装置使脱硫废水分离成水蒸气和固体废物。如果全部脱硫废水都进行蒸发，必然产生运行费用高昂的问题。因此，需要对脱硫废水进行减量化处理，从而降低后续蒸发固化的处理成本。

用于脱硫废水减量处理的主要工艺采用膜法和热法，膜法一般采用反渗透法，而热法采用蒸发工艺。由于脱硫废水含盐量高且富含结垢性物质，采用反渗透进行浓缩减量，先必须采用双碱法进行软化，增加运行成本，且系统回收率一般在50％左右，运行压力高对膜寿命也是考验，从而增加维护成本。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置与方法。

这种基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置，包括管式微滤模块、纳滤模块和高分子薄膜蒸发模块；所述的管式微滤模块包括微滤浓水箱、微滤原水箱、微滤循环泵、微滤膜组、微滤产水箱和排泥泵，三联箱出口脱硫废水进入微滤原水箱，微滤原水箱出口与微滤循环泵进口相连接，微滤循环泵出口与微滤膜组进口相连接，微滤膜组产水端与微滤产水箱进口相连接，微滤浓水与微滤浓水箱相连接，微滤浓水箱底部排水管与排泥泵相连接；微滤产水箱连接至纳滤模块，所述的纳滤模块包括纳滤增压泵、纳滤保安过滤器、纳滤高压泵、纳滤膜组、纳滤浓水箱、纳滤产水箱和纳滤浓水排放泵，所述的微滤产水箱出口与纳滤增压泵进口相连接，纳滤增压泵出口与纳滤保安过滤器进口相连接，纳滤保安过滤器出口与纳滤高压泵进口相连接，纳滤高压泵出口与纳滤膜组进口相连接，纳滤产水进入纳滤产水箱，纳滤浓水进入纳滤浓水箱，纳滤浓水箱底部排水管与纳滤浓水排放泵连接；纳滤产水箱出口连接至高分子薄膜蒸发模块。

作为优选：微滤浓水箱与微滤原水箱同壁相连，微滤浓水箱与微滤原水箱之间留有豁口。

作为优选：纳滤浓水排放泵连接至脱硫浆液池。

作为优选：所述的高分子薄膜蒸发模块包括提升泵、薄膜蒸发器、增压风机、冷凝水罐、冷凝液排放泵、热交换器和循环泵；纳滤产水箱出口与提升泵进口连接，提升泵出口与热交换器进口连接，热交换器出口与薄膜蒸发器上部的喷淋盘连接，薄膜蒸发器中部与增压风机连接，并且增压风机连接喷淋盘上部的蒸汽管道母管，薄膜蒸发器内部的冷凝水母管与冷凝水罐连接，薄膜蒸发器底部与循环泵进口连接，循环泵出口与喷淋盘连接。

这种基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置的浓缩减量方法，包括以下步骤：

1)经过三联箱后的脱硫废水进入脱硫废水收集池稳定水量和水质；

2)将脱硫废水收集池的出水通过提升泵进入管式微滤模块，去除悬浮固体和杂质；采用管式微滤对三联箱出口脱硫废水进行错流过滤，浓水及反洗排水反复循环，浓缩后的排污水进入脱硫吸收塔浆液池；

3)管式微滤产水进入纳滤膜，利用纳滤膜对溶解性盐或溶质选择透过性进行分盐处理，二价离子大部分被纳滤膜拦截在浓水一侧，纳滤浓水返回至脱硫浆液池，硫酸根、钙镁离子脱除率达到95％以上，回收率达到80％以上；

4)纳滤产水直接进入高分子薄膜蒸发设备，经过蒸发后产生淡水可以作为脱硫塔或冷却塔的补给水，浓水进入后续零排放系统。

作为优选：步骤4)中，薄膜蒸发器内的脱硫废水经热交换后在负压环境下蒸发形成蒸汽，蒸汽再被增压风机吸入并经压缩后增加蒸汽潜热，增压后的蒸汽注入高分子薄膜的内侧，不断用于脱硫废水蒸发，由此建立热交换循环；产生的蒸发器冷凝水取出实现回用，从而使进入薄膜蒸发器的脱硫废水不断减量并浓缩，最终浓缩至一定程度后产生的浓缩废水进入末端旁路烟道干燥固化系统实现固化。

本发明的有益效果是：

1、本装置设置了管式微滤模块、纳滤模块、高分子薄膜蒸发模块，通过对微滤、纳滤、薄膜蒸发浓缩等多种处理工艺进行组合，提供了一套不产生污泥、不加药、低运行费用的脱硫废水浓缩减量技术方案。

2、本专利采用管式微滤去除水中悬浮物，澄清水质；采用纳滤分离一二价离子，减少产水结垢倾向；采用高分子薄膜蒸发对脱硫废水进行减量浓缩，具有不易发生结垢和腐蚀，易清洗等优势。

附图说明

图1为基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置结构示意图；

图2为基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量工艺流程图。

附图标记说明：微滤浓水箱1、微滤原水箱2、微滤循环泵3、微滤膜组4、微滤产水箱5、排泥泵6、纳滤增压泵7、纳滤保安过滤器8、纳滤高压泵9、纳滤膜组10、纳滤浓水箱11、纳滤产水箱12、纳滤浓水排放泵13、提升泵14、薄膜蒸发器15、增压风机16、冷凝水罐17、冷凝液排放泵18、热交换器19、循环泵20、电导率仪21。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

针对燃煤电厂脱硫废水处理量大、污染物含量高、成分复杂、腐蚀性强等特点，为实现燃煤电厂脱硫废水浓缩减量难题，减少脱硫废水零排放处理量，减轻运行成本，提供了一种经济高效的浓缩减量处理工艺。本专利浓缩减量的处理方案为：组合微滤、纳滤、高分子薄膜蒸发浓缩工艺，使脱硫废水减量75％。具体工艺为：将电厂三联箱出口脱硫废水通过提升泵进入微滤模块，采用管式微滤对脱硫废水进行错流过滤，去除悬浮固体和杂质；管式微滤产水进入纳滤膜，利用纳滤膜对溶解性盐或溶质选择性透过，进行分盐处理，拦截硫酸根、钙镁离子；纳滤产水直接进入高分子薄膜蒸发设备，经过蒸发后产生淡水可以作为脱硫吸收塔或循环水冷却塔的补给水，浓水进入后续零排放蒸发系统。本工艺方案组合微滤、纳滤、高分子薄膜蒸发等多种工艺，提供了一套不产生污泥、不加药、低运行费用、自动化控制程度高的脱硫废水浓缩减量技术方案。

所述的基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量装置，使用微滤进行固液分离，纳滤进行一二价离子分离及高分子薄膜蒸发工艺对电厂脱硫废水进行浓缩减量。装置结构包括：管式微滤模块、纳滤模块、高分子薄膜蒸发模块。

脱硫废水由提升泵将三联箱出口脱硫废水输送至微滤原水箱池，进入管式微滤模块。所述的管式微滤模块包括微滤浓水箱1、微滤原水箱2、微滤循环泵3、微滤膜组4、微滤产水箱5、排泥泵6等设备。所述的微滤原水箱2出口与微滤循环泵3进口相连接，微滤循环泵3出口与微滤膜组4进口相连接，微滤膜组4产水端与微滤产水箱5进口相连接，微滤浓水与微滤浓水箱1相连接，微滤浓水箱1底部排水管与排泥泵6相连接，排泥至三联箱污泥浓缩池合并后经压缩成泥饼。

通过管式微滤膜组进行固液分离，去除水中的悬浮物。

微滤浓水箱1与微滤原水箱2同壁相连，中间豁口可以使微滤浓水箱1上部清液溢流至微滤原水箱2中，进入微滤膜组4进一步浓缩以减少浓水量。

微滤产水箱5出口经纳滤增压泵7升压后进入纳滤模块。所述的纳滤模块包括纳滤增压泵7、纳滤保安过滤器8、纳滤高压泵9、纳滤膜组10、纳滤浓水箱11、纳滤产水箱12、纳滤浓水排放泵13等设备。所述的微滤产水箱5出口与纳滤增压泵7进口相连接，纳滤增压泵7出口与纳滤保安过滤器8进口相连接，纳滤保安过滤器8出口与纳滤高压泵9进口相连接，纳滤高压泵9出口进入纳滤膜组10，纳滤产水进入纳滤产水箱12，纳滤浓水进入纳滤浓水箱11，纳滤浓水箱11底部排水管与纳滤浓水排放泵13连接，排水至脱硫浆液池。

纳滤模块的作用是对脱硫废水的一二价离子进行分离，淡水中主要含一价离子，浓水中富含二价离子，硫酸根、钙镁离子脱除率达到95％以上，回收率达到80％以上。浓水返回至脱硫塔浆液池，淡水进入后续薄膜蒸发浓缩系统。

纳滤产水经过提升泵14，经过热交换器19进入高分子薄膜蒸发模块。所述的高分子薄膜蒸发模块包括提升泵14、薄膜蒸发器15、增压风机16、冷凝水罐17、冷凝液排放泵18、热交换器19、循环泵20等设备。提升泵14出口与热交换器19进口连接，经过热交换器19后与薄膜蒸发器15上部的喷淋盘相连接，薄膜蒸发器15中部与增压风机16相连接，增压风机16将蒸汽增压升温后返回至薄膜蒸发器15上部并连接喷淋盘上部的蒸汽管道母管，薄膜蒸发器15内部的冷凝水母管与冷凝水罐17相连，薄膜蒸发器15底部与循环泵20进口相连，循环泵20出口与喷淋盘相连。

薄膜蒸发器15为本模块的核心部件，蒸发器上部设置喷淋盘，将蒸发器分割成上下两部分，喷淋盘下方布置若干个薄膜物袋，喷淋盘上部布置蒸汽管道母管，每个薄膜物袋的上部管道与蒸汽管道母管连接，每个薄膜物袋的下部管道和冷凝水母管连接，冷凝水母管与冷凝水罐17相通。蒸发器底部的排出口与循环泵20连接，循环泵20出口一路与上部喷淋盘连接，将底部原液打至上部喷淋盘，喷淋盘的作用是使喷淋下来的原液能均匀地淋到物袋外表面；另一路排放至后续废水零排放固化系统。经过薄膜蒸发器浓缩减量后，水量可减少1/4，可大幅减少后续废水零排放的运行成本。

所述的薄膜物袋是一种高分子薄膜物袋，材质为pps或par，物袋由两片高分子材料薄膜压制而成，内部中空，上下端各有一根管道相通且连接紧密、严密不漏。薄膜蒸发器由于采用薄膜物袋，具有换热系数高、热交换充分的特点，并且表面光洁，不容易附着，故具有不易结垢，而高分子薄膜的耐腐蚀性能，使其具有耐腐蚀、易清洗的特点。

冷凝水罐17出口与冷凝水排放泵18进口连接，冷凝水排放泵18出口与热交换器19相连接，利用冷凝水余热对提升泵14打过来的原液进行预热，冷凝水排放至脱硫水箱回用。

所述的循环泵20出口安装电导率仪21，用以控制蒸发器内部原液浓缩倍率(浓缩液的含盐量)，在达到一定的电导率80000-90000μs/cm后排放至后续废水零排放蒸干系统。

所述的增压风机16与蒸发器中部引出管道相连接，将原液经过物袋热交换后产生的蒸汽吸入增压风机，通过增压风机加压和升温，蒸发器工作温度维持在55-60℃，内部维持微负压，工作压力：-0.85kpa～-0.75kpa，增压风机出口与蒸发器内部温差：2～3℃。

预热蒸汽主要用于装置启动时对装置进行预热，等产生蒸汽后主要依靠自身蒸汽进行循环利用。

蒸发器上部、中部、下部均布置有温度传感器和压力传感器，用于监控蒸发器内部温度和压力。

蒸发器底部设置水位计，用以监视水位，过高的水位会影响物袋的正常换热。

经过薄膜蒸发器浓缩后废水，其tds可控制在20000mg/l-23000mg/l。

本专利提供一种工艺简单、经济性好、可靠性高的基于薄膜蒸发技术的脱硫废水浓缩减量方法，包括以下步骤：

1)经过三联箱后的电厂脱硫废水进入脱硫废水收集池稳定水量和水质。

2)将脱硫废水收集池的出水通过提升泵进入微滤模块，去除悬浮固体和杂质；采用管式微滤对电厂三联箱出口脱硫废水进行错流过滤，浓水及反洗排水反复循环，浓缩后的排污水可直接进入脱硫吸收塔浆液池。从工艺流程看，管式微滤装置主要替代了常规混凝澄清工艺中的沉淀池及滤池，但在占地和出水水质方面有明显的优势。

3)管式微滤产水进入纳滤膜，利用纳滤膜对溶解性盐或溶质选择透过性进行分盐处理，二价离子大部分被纳滤膜拦截在浓水一侧，纳滤浓水返回至脱硫浆液池，硫酸根、钙镁离子脱除率达到95％以上，回收率达到80％以上。

4)纳滤产水直接进入高分子薄膜蒸发设备，经过蒸发后产生淡水可以作为脱硫塔或冷却塔的补给水，浓水进入后续零排放系统。

纳滤出水进入薄膜蒸发模块，薄膜蒸发模块核心是薄膜蒸发器。薄膜蒸发器内脱硫废水经热交换后在负压环境下蒸发形成蒸汽，蒸汽再被增压风机吸入并经压缩后增加蒸汽潜热，增压后的蒸汽注入高分子薄膜的内侧，不断用于脱硫废水蒸发，由此建立热交换循环。产生的蒸发器冷凝水取出实现回用，从而使进入蒸发器的脱硫废水不断减量并浓缩，最终浓缩至一定程度后产生的浓缩废水进入末端旁路烟道干燥固化系统实现固化。