冶金湿法脱硫废水零排放处理系统的制作方法

1.本实用新型属于工业废水处理技术领域，尤其是涉及一种冶金湿法脱硫废水零排放处理系统。


背景技术：

2.石灰石
‑
石膏湿法烟气脱硫工艺技术以其特有的适宜高含硫量烟气处理、脱硫效率高等技术优点，已成为应用广泛的冶金行业超低排放烟气净化技术之一。
3.该脱硫工艺系统运行过程中，烟气中的hcl、颗粒物、重金属等不断在脱硫浆液中富集、富集到一定程度会引起脱硫效率降低、设备腐蚀加速等多种问题，因此必须排出一定量的废水以控制脱硫中各种杂质的浓度。
4.湿法脱硫排出的废水呈弱酸性，悬浮物、含盐量、硬度等含量很高，重金属指标也超标严重，属于冶金行业最难处理的末端废水之一。目前对该类脱硫废水的处理方法主要为常规的化学沉淀法，此废水处理方法难以去除废水中的富集的氯离子、硫酸根离子，氯离子、硫酸根离子富集在水中具有很强的腐蚀性，使得其难循环利用。目前，多数冶金厂中脱硫废水经化学沉淀方法处理后主要用于煤场喷洒、湿式冲渣以及稀释外排等。但这些处理方法存在一定的风险，易造成二次污染，未真正实现废水达标排放。因此，如何经济有效地处理、回用此类湿法脱硫废水，这一问题亟待解决。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，能够对冶金湿法脱硫废水进行有效地处理并回收利用，实现该类湿法脱硫废水的零排放。
6.本实用新型的目的是通过下述技术方案来实现的：
7.本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，其特征在于包括二级化学除硬装置，入口与此二级化学除硬装置的出口相连接的板框压滤装置，入口与此板框压滤装置的出口相连接的软化沉淀装置，入口与此软化沉淀装置的出口相连接的微滤装置，入口与此微滤装置的出口相连接的钠离子软化装置，入口与此钠离子软化装置的出口相连接的电渗析装置，入口与此电渗析装置的出口相连接的反渗透装置，入口与所述电渗析装置的出口相连接的雾化装置，入口与此雾化装置的出口相连接的烟道蒸发结晶装置，
8.所述的软化沉淀装置包括软化装置，入口与此软化装置的出口相连接的沉淀装置，所述板框压滤装置的出口与所述的软化装置的入口相连接，所述沉淀装置的出口与所述的微滤装置的入口相连接，所述微滤装置的出口与所述的沉淀装置的入口相连接，
9.所述的二级化学除硬装置通入冶金湿法脱硫产生的脱硫废水。
10.所述的烟道蒸发结晶装置为旁路烟道，此路烟道的一端引入冶炼中的高温烟气、另一端连接有除尘器。
11.所述的沉淀装置的排污口与所述的板框压滤装置相连接。
12.所述的反渗透装置的浓水出口与所述的二级化学除硬装置相连接。
13.所述的雾化装置为旋转雾化蒸发装置或双流体蒸发装置。
14.本实用新型的优点：
15.(1)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，能够有效处理冶金湿法脱硫产生的脱硫废水，实现了脱硫废水中多种有害物质分步去除的目的，进而实现废水零排放；
16.(2)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，利用二级化学除硬装置，将废水中的硬度、氟化物、硅垢、重金属及碱度通过加入碱液和氢氧化钙溶液进行化学反应沉淀去除，然后通过板框压滤装置进行固液分离，既减少了后续处理废水中悬浮物时的加药量，又减轻后续废水处理设备对悬浮物指标的运行负担；
17.(3)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，在软化沉淀装置内加入除硬药剂，在碱性条件下，有效去除永久性钙镁硬度；
18.(4)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，通入微滤装置，降低脱硫废水中的永久性硬度和硅垢，减少了废水处理中去除悬浮物时的加药量，又满足后续钠离子软化装置对悬浮物指标的运行条件；
19.(5)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，采用了电渗析技术，该处理技术在高盐废水处理中具有进水盐浓度范围广(tds含量0.1g/l～200g/l)、浓缩液浓度高、耐腐蚀性能强、抗cod、微生物污染强、运行费用和维护成本低等特点；
20.(6)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，采用了雾化装置与烟道蒸发结晶装置组合，不仅深度利用了烟气余热，同时还使得烟气减温增湿，有利于除尘效率的提高，并且降低了脱硫废水零排放的运行成本；
21.(7)本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，在处理过程中将软化沉淀装置的排污口连接至板框压滤装置，反渗透装置的浓水出口连接至二级化学除硬装置，以烟气为热源将喷入烟道蒸发结晶装置内的脱硫废水蒸发，利用除尘器收集脱硫废水结晶生成的结晶盐，实现了全部废水的回收利用不外排，达到了真正意义的废水零排放。
附图说明
22.图1为本实用新型的结构示意图。
23.图2为本实用新型冶金湿法脱硫废水零排放处理系统的流程图。
具体实施方式
24.下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
25.如图1、2所示，本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，其特征在于包括二级化学除硬装置1，入口与此二级化学除硬装置1的出口相连接的板框压滤装置2，入口与此板框压滤装置2的出口相连接的软化沉淀装置3，入口与此软化沉淀装置3的出口相连接的微滤装置4，入口与此微滤装置4的出口相连接的钠离子软化装置5，入口与此钠离子软化装置5的出口相连接的电渗析装置6，入口与此电渗析装置6的出口相连接的反渗透装置7，入口与所述电渗析装置6的出口相连接的雾化装置8，入口与此雾化装置8的出口相连接的烟道蒸发结晶装置9，
26.所述的软化沉淀装置3包括软化装置3
‑
1，入口与此软化装置3
‑
1的出口相连接的
沉淀装置3
‑
2，所述板框压滤装置2的出口与所述的软化装置3
‑
1的入口相连接，所述沉淀装置3
‑
2的出口与所述的微滤装置4的入口相连接，所述微滤装置4的出口与所述的沉淀装置3
‑
2的入口相连接，
27.所述的二级化学除硬装置1通入冶金湿法脱硫产生的脱硫废水。
28.所述的烟道蒸发结晶装置9为旁路烟道，此路烟道的一端引入冶炼中的高温烟气、另一端连接有除尘器10。
29.所述的沉淀装置3
‑
2的排污口与所述的板框压滤装置2相连接。
30.所述的反渗透装置7的浓水出口与所述的二级化学除硬装置1相连接。
31.所述的雾化装置8为旋转雾化蒸发装置或双流体蒸发装置。
32.本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，所述处理系统包括：
33.二级化学除硬装置1，用于降低所述脱硫废水的硬度、氟化物、硅垢、重金属及碱度；板框压滤装置2，与所述二级化学除硬装置1连通，用于降低所述脱硫废水的悬浮物；软化沉淀装置3，与所述板框压滤装置2连通，用于降低所述脱硫废水的硬度；微滤装置4，与所述软化沉淀装置3连通，用于去除所述脱硫废水中的悬浮物和降低所述脱硫废水中的硬度和硅垢；钠离子软化装置5，与所述微滤装置4连通，用于去除所述脱硫废水中的硬度；电渗析装置6，与所述钠离子软化装置5连通，用于对所述脱硫废水进行浓缩；反渗透装置7，与所述电渗析装置6产水出口连通，用于对所述脱硫废水进行除盐；雾化装置8，与所述电渗析装置6浓水出口连通，用于对电渗析装置6出口浓水雾化成微细雾滴；烟道蒸发结晶装置9，与所述雾化装置8连通，用于对所述脱硫废水进行蒸发结晶析盐。
34.优选地，所述烟道蒸发结晶装置9为旁路烟道，所述旁路烟道的一端引入了冶炼中的高温烟气，以作为热源将喷入所述烟道蒸发结晶装置内的脱硫废水蒸发，所述旁路烟道的另一端还连接有除尘器10，以获取所述脱硫废水结晶生成的结晶盐。
35.优选地，在所述软化沉淀装置3的排污口连接有板框压滤装置2。
36.优选地，在所述反渗透装置7的浓水出口连接有二级化学除硬装置1。
37.优选地，所述雾化装置8为旋转雾化蒸发装置或双流体蒸发技术装置。
38.本实用新型首先利用二级化学除硬装置1，将废水中的硬度、氟化物、硅垢、重金属及碱度通过加入碱液和氢氧化钙溶液进行化学反应沉淀去除，然后通过板框压滤装置2进行固液分离，既减少了后续处理废水中悬浮物时的加药量，又减轻后续废水处理设备对悬浮物指标的运行负担。在软化沉淀装置3内加入除硬药剂，在碱性条件下，有效去除永久性钙镁硬度。通入微滤装置4，降低脱硫废水中的永久性硬度和硅垢，减少了废水处理中去除悬浮物时的加药量，又满足后续钠离子软化装置5对悬浮物指标的运行条件。另外，本实用新型采用了电渗析技术，该处理技术在高盐废水处理中具有具有进水盐浓度范围广(tds含量0.1g/l～200g/l)、浓缩液浓度高、耐腐蚀性能强、抗cod、微生物污染强、运行费用和维护成本低等特点。再者，本实用新型采用了雾化装置8与烟道蒸发结晶装置9组合，不仅深度利用了烟气余热，同时还使得烟气减温增湿，有利于除尘效率的提高，并且降低了脱硫废水零排放的运行成本。
39.本实用新型在处理过程中将软化沉淀装置3的排污口连接至板框压滤装置2，反渗透装置7的浓水出口连接至二级化学除硬装置1，以烟气为热源将喷入烟道蒸发结晶装置9内的脱硫废水蒸发，利用除尘器10收集脱硫废水结晶生成的结晶盐，实现了全部废水的回
收利用不外排，达到了真正意义的废水零排放。
40.图1为本实用新型的一个实施例涉及的冶金湿法脱硫废水的零排放系统的结构示意图。
41.在该实施例中，给出了一种冶金湿法脱硫废水的零排放的处理系统，用于对冶金湿法脱硫废水进行处理。该处理系统包括：顺次相连的二级化学除硬装置1，板框压滤装置2，软化装置3
‑
1，沉淀装置3
‑
2，微滤装置4，钠离子软化装置5，电渗析装置6，反渗透装置7，雾化装置8，烟道蒸发结晶装置9和除尘器10。
42.由于沉淀装置3
‑
2在使用时会产生污泥，因此在沉淀装置3
‑
2的排污口还连接有板框压滤装置2，来收集所述污泥。此外，反渗透装置7浓水出口的与二级化学除硬装置1相连，用于收集反渗透装置7产生的浓水。另外，微滤装置4的出口与沉淀装置3
‑
2进口连接，目的是收集其内的废水在碱性环境下，微滤装置4的出口产生的悬浮物、钙镁硬度、硅垢等杂质。
43.其中，二级化学除硬装置1和软化装置3
‑
1中的搅拌装置优选带导流筒式机械搅拌设备。二级化学除硬装置1和软化装置3
‑
1优选密闭式方形结构。沉淀装置3
‑
2的传动装置优选为带导流筒式机械式慢速刮刀设备。沉淀装置3
‑
2优选为密闭式方形或圆形下椎体结构形式。微滤装置4可以为管式微滤膜，材质优选pp、pvdf、pes或ptfe。钠离子软化装置5优选逆流再生钠离子软化装置或顺流再生钠离子软化装置。电渗析装置6优选均相膜或合金膜电渗析装置。反渗透装置7优选耐高压抗污染海水反渗透、碟管式反渗透或碟片式反渗透装置+二级ro装置组合。
44.雾化装置8优选旋转雾化喷嘴装置或双流体喷嘴装置。烟道蒸发结晶装置9为旁路烟道，该旁路烟道的一端连接在冶金工序中的高温烟气管道上，并且该连接点位于除尘系统的前端，以将冶金工序中的高温烟气引入旁路烟道内，来作为热源将喷入烟道蒸发结晶装置9内的脱硫废水蒸发。为了避免造成酸露点腐蚀及保证除尘器收集效率，应控制旁路烟道蒸发抽取烟气量占总烟气量3％～5％范围内，控制出口烟气温度在130℃以上，控制经喷入后烟气含水率≤0.8％。烟道蒸发结晶装置9的出口与除尘器10相连，雾化的脱硫废水在烟道蒸发结晶装置9内会气化从而使其中的盐分结晶，并随着烟气进入除尘器10，除尘器10便可将结晶盐过滤留存。
45.该实施例中采用的雾化装置8和烟道蒸发结晶装置9，可以实现自动化稳定运行，整套装置完全独立，与脱硫主系统隔离分开，易于在线检修维护，同时规避了一些潜在的安全隐患。
46.此外，该实施例利用旁路烟道组成的雾化装置8和烟道蒸发结晶装置9对废水进行蒸发结晶，不仅深度利用了烟气余热，同时还使得烟气减温增湿，有利于除尘效率的提高，并且降低了脱硫废水零排放的运行成本。
47.在该实施例中，还给出了一种冶金湿法脱硫废水的零排放的处理方法，利用了上述冶金湿法脱硫废水的处理系统，同时通过该处理方法能够对上述处理系统中的各个装置的结构和作用做进一步的说明。该处理方法的具体步骤为：
48.步骤s1：将所述脱硫废水通入二级化学除硬装置1内，加入碱液和氢氧化钙溶液进行化学反应沉淀，通过搅拌，获得第一化学反应沉淀物和碱性高盐废水。
49.二级化学除硬装置1采用钙离子与氟离子形成氟化钙沉淀，引入钙剂也可以降低水中的硬度及cod的含量，作为优选浓度为5％～10％的氢氧化钙溶液，同时加入碱液，将废
水ph调节至11以上，碱液作为优选20％～30％浓度的氢氧化钠溶液，使镁离子和氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀。上述化学反应式：ca
2+
+f
‑
→
caf2↓
，mg
2+
+oh2‑→
mg(oh)2↓
。废水中的大多数重金属在ph调节至11以上时，均可生成金属氢氧化物沉淀。在考虑废水中含有的较多镁离子，作为除硅药剂，不必引入多余镁离子。
50.步骤s2：将所述化学反应沉淀物和碱性高盐废水通入板框压滤装置2进行固液分离，获得污泥和碱性高盐废水。
51.由于废水中含大量碱性石膏悬浮物、钙镁、重金属、氟化物及硅垢沉淀物，且在废水中极易沉淀，采用板框压滤装置2进行固液分离，减轻后续处理系统的负担，作为优选高压隔膜自动冲洗板框压滤装置。
52.步骤s3：将所述碱性高盐废水依次通入软化装置3
‑
1(加入除硬药剂)、沉淀装置3
‑
2、微滤装置4，获得第二化学反应沉淀物和碱性高盐清水。
53.除硬药剂可选用碳酸钠溶液，该溶液的浓度应在10％～30％范围内，优选浓度为15％～20％。该废水中的硬度主要为非碳酸盐硬度，即永久硬度。该步骤中的除硬原理是在废水中引入碳酸根离子然后与钙离子结合生成碳酸钙沉淀，化学反应式为：ca
2+
+co
32
‑→
caco3↓
，碳酸根离子与镁离子集合生成碳酸镁沉淀，化学反应式为：mg
2+
+co
32
‑→
mgco3↓
。在该步骤中的第二化学反应沉淀物主要为钙镁污泥，同时还有部分重金属及硅垢颗粒。
54.沉淀装置3
‑
2优选为密闭式方形或圆形下椎体结构形式，该沉淀装置3
‑
2内还具有传动装置，例如带导流筒式机械慢速刮刀设备。首先将软化装置3
‑
1反应后的废水通入密闭的沉淀装置3
‑
2内，使废水中的悬浮物及钙镁反应沉淀物聚集浓缩形成沉淀物。同时将沉淀装置3
‑
2产生沉淀物输送至板框压滤装置2生成污泥和和碱性高盐废水。
55.废水通入微滤装置4，将废水中悬浮物及钙镁离子进行分离，且不引入混凝药剂和助凝药剂，降低系统药剂投加成本，为钢铁企业节省成本。
56.在经过上述步骤后，应使所述碱性高盐清水中悬浮物含量小于5mg/l，优选于为小于3mg/l。硬度含量小于50mg/l，优选于小于20mg/l。
57.步骤s4：将所述碱性高盐清水ph调整至中性，依次通入钠离子软化装置5、电渗析装置6及反渗透装置7，进一步彻底去除废水中的钙镁硬度和进行废水的浓缩和除盐，反渗透装置7出口获得中性高盐清水和中性低盐清水。电渗析装置8出口获得中性高盐清水。反渗透装置7出口中性低盐清水可直接回收利用，反渗透装置7出口中性高盐清水返回至二级化学除硬装置1。
58.优选采用10％～30％浓度的盐酸调节废水ph至7～8，电渗析及反渗透膜具有机械强度高、耐酸碱能力强等特点，出水水质稳定，可有效去除和浓缩废水中的离子。这里的电渗析装置6优选均相膜或合金膜电渗析装置，反渗透装置7优选耐高压抗污染海水反渗透、碟管式反渗透或碟片式反渗透或装置+二级ro装置组合。
59.步骤s5：向所述电渗析装置6出口的中性高盐清水依次通入后雾化装置8和烟道蒸发结晶装置9进行蒸发结晶，获得结晶盐。这里可直接采用蒸发结晶装置来进行蒸发作业。
60.另外该步骤中的蒸发作业也可利用冶金工序(烧结或球团)中的高温烟气来实现，具体步骤如下：
61.步骤s51：将冶金工序(烧结或球团)中的高温烟气引入烟道蒸发结晶装置9，烟道蒸发结晶装置9作为旁路烟道蒸发结晶装置，利用旁路烟道内的高温烟气来蒸发脱硫废水，
应控制旁路烟道蒸发抽取烟气量占总烟气量3％～5％范围内，控制出口烟气温度在130℃以上，控制经喷入后烟气含水率≤0.8％。
62.雾化装置8优选旋转雾化喷嘴装置或双流体喷嘴装置，旋转雾化喷嘴技术是利用旋转雾化装置的离心力将废水伸展为薄膜或拉成丝，雾滴喷入蒸发装置内与烟气接触，废水被蒸发，盐分结晶析出后经除尘器捕集。双流体喷嘴技术是利用压缩空气提高动力，压力一般控制在0.4mpa～0.6mpa，在喷嘴体内废水与压缩空气混合并夹入气流中，在混合过程中废水变成液膜并发生破裂，高速压缩空气气流使液膜破裂成微细雾滴，喷入蒸发装置内与烟气接触，随着压缩空气压力提高和气液相对速度增大，雾化得以逐步稳定。
63.步骤s52：将所述烟道蒸发结晶装置9内混合有结晶盐的烟气通入除尘器10内进行除尘，获得结晶盐。
64.这里的除尘器可选用电除尘器或布袋除尘器，废水蒸发后的气体携带结晶盐进入除尘器内，其中结晶盐便经由除尘器截留。
65.本实用新型的冶金湿法脱硫废水处理方法，利用冶金冶炼过程中的高温烟气对废水进行蒸发结晶，实现了以废治废、无新增污染物，具有经济性和适用性等优势。
66.下面以初始水质已知的冶金湿法脱硫废水对上述处理方法做进一步阐述。
67.该冶金湿法脱硫废水的初始水质如表1所示。
68.表1：
[0069][0070]
具体处理方法如下：
[0071]
1)将冶金湿法脱硫废水通入带导流筒式机械搅拌设备的二级化学除硬装置1，通入5％浓度的氢氧化钙溶液和30％浓度的氢氧化钠溶液，搅拌调节废水ph至11.5，获得第一化学反应沉淀物和碱性高盐废水。
[0072]
2)将上述第一化学反应沉淀物和碱性高盐废水通入高压隔膜自动冲洗板框压滤装置2内进行固液分离，获得污泥和碱性高盐废水。
[0073]
3)将所述碱性高盐废水依次通入带导流筒式机械搅拌设备的软化装置3
‑
1、带导流筒式机械慢速刮刀设备的沉淀装置3
‑
2和微滤装置4，将沉淀装置3
‑
2的排污口通入高压隔膜自动冲洗板框压滤装置2，并在软化装置3
‑
1内加入10％浓度的碳酸钠溶液，同步去除废水中的永久硬度、重金属离子及硅垢，获得第二化学反应沉淀物和偏碱性高盐清水。
[0074]
4)将上一步骤获得的碱性高盐清水加入30％浓度的盐酸调节废水ph至7.5，依次通入逆流再生钠离子软化装置5、合金膜电渗析装置6及碟片式反渗透装置7+二级ro装置，逆流再生钠离子软化装置5出口废水中的硬度≈0，经上述装置处理后，碟片式反渗透装置7+二级ro装置出口获得中性高盐清水和中性低盐清水。合金膜电渗析装置6出口获得中性高盐清水。碟片式反渗透装置7+二级ro装置出口中性低盐清水可直接回收利用，反渗透装置7
出口中性高盐清水返回至二级化学除硬装置1。
[0075]
5)将上一步骤获得的所述合金膜电渗析装置6出口的中性高盐清水依次通入后双流体喷嘴装置和烟道蒸发结晶装置9进行蒸发结晶，获得结晶盐，然后再经过除尘器10进行除尘处理获得结晶盐。
[0076]
本实用新型的冶金湿法脱硫废水零排放处理系统，能够有效处理冶金湿法脱硫产生的脱硫废水，实现了脱硫废水中多种有害物质分步去除的目的，进而实现废水零排放。