本發(fā)明涉及一種廢水處理領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置及方法。
背景技術(shù)：
脫硫廢液主要來自于鍋爐煙氣濕法脫硫(石灰法/雙堿法)過程所排放的吸收廢液，含有大量懸浮物、鹽份，微量重金屬、氟等污染物質(zhì)，其典型水質(zhì)如下表所示。
表1脫硫廢水典型水質(zhì)
傳統(tǒng)的脫硫廢水零排放工藝普遍采用的是脫硫廢液直接進(jìn)行處理的方法，即首先對廢水進(jìn)行預(yù)軟化和過濾處理；然后將得到的軟化水先經(jīng)高壓反滲透處理，淡水直接回用；最后濃水經(jīng)濃縮設(shè)備(常見技術(shù)有碟管式反滲透和電驅(qū)動脫鹽)濃縮處理后進(jìn)行蒸發(fā)，蒸發(fā)產(chǎn)生的鹽類則作為固體廢物處理。
可以看出傳統(tǒng)工藝路線設(shè)備復(fù)雜，而且材質(zhì)要求極高。噸水設(shè)備投資約合70-120萬元，投資極高，行業(yè)阻力極大。而且軟化藥劑用量、脫鹽系統(tǒng)電耗、蒸發(fā)蒸汽、電耗消耗極大，噸水成本高達(dá)60-120元。傳統(tǒng)工藝每次只產(chǎn)生少量一次除鹽水，卻產(chǎn)出大量危險固體廢物，處置成本高昂。
綜上所述，傳統(tǒng)零排放工藝路線，尤其是預(yù)處理和后續(xù)蒸發(fā)部分導(dǎo)致投資、成本高昂，效益極差，因此很難贏得市場。所以必須對傳零排放工藝做進(jìn)一步改進(jìn)，以降低處理能耗和簡化運行維護操作。
傳統(tǒng)零排放工藝路線高耗低效的原因是單純地采用了末端治理思路，而沒有對脫硫零排放進(jìn)行系統(tǒng)的需求分析。
通過對濕法脫硫工藝進(jìn)行分析：
(1)濕法脫硫核心過程是利用氫氧化鈣將二氧化硫轉(zhuǎn)化成石膏固體沉淀，沉淀去除，脫硫料液中不存在離子累計和反應(yīng)平衡抑制因素，因此可以持續(xù)進(jìn)行而不需要排放廢液。
(2)由于煤炭中含有少量氯離子，燃燒過程中生成氯化氫氣體，導(dǎo)致煙氣中含有少量氯化氫氣體。氯化氫氣體在脫硫液吸收過程中轉(zhuǎn)化成脫硫循環(huán)液中氯離子，并因脫硫液濃縮而不斷累積。過高的氯離子濃度會造成設(shè)備腐蝕和脫硫率下降，因此為了保證氯離子濃度低于限制，必須從系統(tǒng)中排放一定量的廢液，這就是脫硫廢液。
(3)通過上述分析，只要能從脫硫廢液中分離脫除氯離子，保障脫硫液中氯離子濃度低于一定限制，即可實現(xiàn)脫硫廢液零排放，這就是脫硫廢液零排放的本質(zhì)需求。
(4)傳統(tǒng)脫硫廢液零排放工藝路線是基于簡單的末端治理思路，針對脫硫廢液的水量和水質(zhì)進(jìn)行分析擬定工藝，由于脫硫廢液中含有高濃度鈣鎂例子、硫酸根、鹽度，因而采用了軟化-超濾-反滲透-蒸發(fā)工藝流程，將脫硫廢液中所有離子轉(zhuǎn)化為固體廢物，水回收利用，工藝流程復(fù)雜，需要添加大量化學(xué)藥劑，以及使用大量能源，不僅造成嚴(yán)重的二次污染，而且導(dǎo)致廢液處理投資及處理成本極其高昂，經(jīng)濟及社會效益很差，無法適應(yīng)企業(yè)及社會需求。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有脫硫廢液處理技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置及方法，該方法基于電驅(qū)動離子膜技術(shù)進(jìn)行脫硫廢液的處理，達(dá)到了零排放的效果，具有成本低、工藝流程簡單、處理物料大部分回收利用、無二次污染、能源消耗低和經(jīng)濟效益好的優(yōu)點。
本發(fā)明的一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置，包括脫硫廢液澄清池、沉淀過濾設(shè)備、稀釋罐、一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備、均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備、雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備；脫硫廢液澄清池通過載流管道與沉淀過濾設(shè)備連接，沉淀過濾設(shè)備通過載流管道與稀釋罐連接，稀釋罐通過載流管道與一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備連接，一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備通過載流管道分別與脫硫廢液澄清池和均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備連接，均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備通過載流管道與雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備連接，雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備通過載流管道與脫硫廢液澄清池連接；
所述的沉淀過濾設(shè)備包括沉淀池和纖維過濾器，沉淀池與纖維過濾器連接；
所述的一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備為采用直流電場作為推動力，以一多價離子分離膜為分離介質(zhì)，對一價離子和多價離子進(jìn)行分離的過程；一多價離子離子分離膜是一種允許一價離子快速通過，而不允許多價離子通過的電驅(qū)離子膜。
所述的均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備是直流電場作為推動力，以均相離子膜為分離介質(zhì)，對溶液進(jìn)行濃縮的工藝設(shè)備；均相離子膜是指通過化工合成方式生產(chǎn)的，離子基團在膜內(nèi)均勻分布的離子交換膜，
所述的雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備是指采用雙極膜為介質(zhì)，通過直流電解過程將氯化鈉溶液轉(zhuǎn)化成氫氧化鈉和鹽酸的工藝設(shè)備。雙極膜是指一張離子膜兩側(cè)呈現(xiàn)不同離子屬性，一側(cè)為陽離子膜，另一側(cè)是陰離子膜，在直流電場中雙極膜會將水解離成氫氧根離子和氫離子。
本發(fā)明的一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝方法，采用上述裝置，包括以下步驟：
(1)自脫硫塔排出的脫硫廢液進(jìn)入脫硫廢液澄清池，進(jìn)行初步澄清，去除脫硫廢液中累積的大量石膏，得到脫硫廢液澄清液，脫硫廢液澄清液進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備進(jìn)行沉淀、過濾處理，去除脫硫廢液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液；
(2)脫硫廢液濾液進(jìn)入稀釋罐中，向稀釋罐中加入水，得到脫硫廢液稀釋液；其中，按流量比，脫硫廢液清液∶水＝(20～25)∶100；
(3)脫硫廢液稀釋液進(jìn)入一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備進(jìn)行離子分離，通過分離得到硫酸鈣和氯化鈉；其中，硫酸鈣通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池；氯化鈉濃度為(1.0～1.5)wt.％；
(4)氯化鈉進(jìn)入均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備進(jìn)行濃縮，濃縮后，得到濃縮氯化鈉；濃縮氯化鈉的濃度為(6～8)wt.％；
(5)濃縮氯化鈉進(jìn)入雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備進(jìn)行電解，電解后，得到氫氧化鈉和鹽酸，其中，氫氧化鈉的濃度為(6～8)wt.％，鹽酸的濃度為(6～8)wt.％；
其中，氫氧化鈉通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池，實現(xiàn)脫硫廢液堿度平衡，鹽酸作為副產(chǎn)品回收。
所述的步驟(1)中，所述的沉淀、過濾處理，具體為：
脫硫廢液澄清池的脫硫廢液進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備中的沉淀池，進(jìn)行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進(jìn)入纖維過濾器進(jìn)行過濾，去除脫硫上清液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液。
所述的步驟(3)中，所述的離子分離，其一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備的單段分離效率≥90％，通過三段串聯(lián)，完成氯化鈉和硫酸鈣分離效率≥99.9％，出水氯化鈉溶液中硫酸鈣濃度≤10mg/L。
所述的步驟(4)中，所述的濃縮采用兩級濃縮，第一級濃縮由(1.0～1.5)wt.％到(4.0～4.5)wt.％，電流密度150～200A/m2，運行電壓為0.9～1.1V；第二級由(4.0～4.5)wt.％濃縮到(6～8)wt.％，電流密度300～350A/m2，運行電壓為0.75～0.9V。
所述的步驟(5)中，所述的電解，其工藝參數(shù)為：在陽極側(cè)得到氫氧化鈉，陰極側(cè)得到鹽酸，電解電流密度600～1000A/m2，運行電壓0.85～1.0V。
本發(fā)明的一種電驅(qū)離子膜處理脫硫廢液的工藝裝置和方法，相比于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果為：
第一、采用一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備分離氯離子，不需要軟化預(yù)處理和徹底脫鹽，針對性解決本質(zhì)需求，降低工藝投資、成本和風(fēng)險；
第二、通過雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備將氯化鈉電解成氫氧化鈉和鹽酸，氫氧化鈉回用至脫硫系統(tǒng)，實現(xiàn)閉路循環(huán)和資源化；
第三、采用分鹽和資源化，減少預(yù)處理和末端蒸發(fā)設(shè)備，大幅度降低設(shè)備投資和運行成本；
第四、不需要預(yù)處理藥劑和后端蒸發(fā)運行費用，同時生產(chǎn)酸堿，極大降低成本，產(chǎn)生效益；
第五、投資及運行成本顯著降低，同時產(chǎn)生副產(chǎn)品鹽酸，解決了企業(yè)零排放成本高的問題，優(yōu)勢明顯。
附圖說明
圖1為本發(fā)明電驅(qū)離子膜處理脫硫廢液的工藝裝置示意圖；
其中，1為脫硫廢液澄清池、2為沉淀過濾設(shè)備、2.1為沉淀池、2.2為纖維過濾器、3為稀釋罐、4為一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備、5為均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備、6為雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備；
a為脫硫廢液、b為脫硫廢液澄清液；c為脫硫廢液濾液；d為水、e為硫酸鈣、f為氯化鈉、g為濃縮氯化鈉、h為鹽酸、j為氫氧化鈉、k為石膏。
具體實施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但所舉實例不作為對本發(fā)明的限定。
以下實施例采用的設(shè)備均為市購，主要的設(shè)備型號為：
一多價離子分離電驅(qū)離子膜采用亞斯通CIMS型一價陽離子選擇透過性膜和亞斯通ACS型一價陰離子選擇透過性膜。
均相濃縮電驅(qū)離子膜采用亞斯通CMX型陽離子選擇透過性膜和亞斯通AHA型陰離子選擇透過性膜。
雙極膜電驅(qū)離子膜采用北京廷潤TRJBM型雙極膜。
以下實施例中，電驅(qū)離子膜處理脫硫廢液的工藝裝置示意圖見圖1。
以下實施例采用的是某企業(yè)產(chǎn)出的脫硫廢液，脫硫廢液的成分組成如下表(表2)所示：
表2
實施例1
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置，包括脫硫廢液澄清池1、沉淀過濾設(shè)備2、稀釋罐3、一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4、均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5、雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6；
所述的沉淀過濾設(shè)備2包括沉淀池2.1和纖維過濾器2.2；
脫硫廢液澄清池1通過載流管道與沉淀過濾設(shè)備2的沉淀池2.1連接，沉淀過濾設(shè)備2的沉淀池2.1與沉淀過濾設(shè)備2的纖維過濾器2.2連接，沉淀過濾設(shè)備2的纖維過濾器2.2通過載流管道與稀釋罐3連接，稀釋罐3通過載流管道與一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4連接，一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4通過載流管道分別與脫硫廢液澄清池1和均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5連接，均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5通過載流管道與雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6連接，雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6通過載流管道與脫硫廢液澄清池1連接；
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝方法，采用上述裝置，包括以下步驟：
(1)來自脫硫塔的脫硫廢液a進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，進(jìn)行初步澄清，去除脫硫廢液a中累積的大量石膏k，得到脫硫廢液澄清液b，脫硫廢液澄清液b進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2進(jìn)行沉淀、過濾處理，去除脫硫廢液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液c；
沉淀、過濾處理，具體操作為：脫硫廢液澄清池1的脫硫廢液a進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2中的沉淀池2.1，進(jìn)行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進(jìn)入纖維過濾器2.2進(jìn)行過濾，去除脫硫上清液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液。
(2)脫硫廢液濾液c進(jìn)入稀釋罐3中，向稀釋罐3中加入水d，得到脫硫廢液稀釋液；其中，按流量比，脫硫廢液清液∶水＝20∶100；
(3)脫硫廢液稀釋液進(jìn)入一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4進(jìn)行離子分離，其一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備的單段分離效率為90％，通過三段串聯(lián)，完成氯化鈉和硫酸鈣分離效率為99.9％，出水氯化鈉溶液中硫酸鈣濃度為10mg/L；
通過分離得到硫酸鈣e和氯化鈉f；其中，硫酸鈣e通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.0wt.％；
(4)氯化鈉f進(jìn)入均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5進(jìn)行濃縮，濃縮采用兩級濃縮，第一級濃縮由1.0wt.％到4.0wt.％，電流密度150A/m2，運行電壓為0.9V；第二級由4.0wt.％濃縮到7.5wt.％，電流密度300A/m2，運行電壓為0.75V；
濃縮后，得到濃縮氯化鈉g；濃縮氯化鈉g的濃度為7.5wt.％；
(5)濃縮氯化鈉g進(jìn)入雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6進(jìn)行電解，電解工藝參數(shù)為：在陽極側(cè)得到氫氧化鈉，陰極側(cè)得到鹽酸，電解電流密度600A/m2，運行電壓0.85V；
電解后，得到氫氧化鈉j和鹽酸h，其中，氫氧化鈉j的濃度為7.5wt.％，鹽酸h的濃度為7.5wt.％；
其中，氫氧化鈉j通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，實現(xiàn)脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產(chǎn)品回收。
實施例2
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置，同實施例1。
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝方法，采用上述裝置，包括以下步驟：
(1)來自脫硫塔的脫硫廢液a進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，進(jìn)行初步澄清，去除脫硫廢液a中累積的大量石膏k，得到脫硫廢液澄清液b，脫硫廢液澄清液b進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2進(jìn)行沉淀、過濾處理，去除脫硫廢液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液c；
沉淀、過濾處理，具體操作為：脫硫廢液澄清池1的脫硫廢液a進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2中的沉淀池2.1，進(jìn)行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進(jìn)入纖維過濾器2.2進(jìn)行過濾，去除脫硫上清液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液。
(2)脫硫廢液濾液c進(jìn)入稀釋罐3中，向稀釋罐3中加入水d，得到脫硫廢液稀釋液；其中，按流量比，脫硫廢液清液∶水＝25∶100；
(3)脫硫廢液稀釋液進(jìn)入一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4進(jìn)行離子分離，其一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備的單段分離效率為90％，通過三段串聯(lián)，完成氯化鈉和硫酸鈣分離效率為99.9％，出水氯化鈉溶液中硫酸鈣濃度為10mg/L；
通過分離得到硫酸鈣e和氯化鈉f；其中，硫酸鈣e通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.5wt.％；
(4)氯化鈉f進(jìn)入均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5進(jìn)行濃縮，濃縮采用兩級濃縮，第一級濃縮由1.5wt.％到4.5wt.％，電流密度200A/m2，運行電壓為1.1V；第二級由4.5wt.％濃縮到8wt.％，電流密度350A/m2，運行電壓為0.9V；
濃縮后，得到濃縮氯化鈉g；濃縮氯化鈉g的濃度為8wt.％；
(5)濃縮氯化鈉g進(jìn)入雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6進(jìn)行電解，電解工藝參數(shù)為：在陽極側(cè)得到氫氧化鈉，陰極側(cè)得到鹽酸，電解電流密度1000A/m2，運行電壓1.0V；
電解后，得到氫氧化鈉j和鹽酸h，其中，氫氧化鈉j的濃度為8wt.％，鹽酸h的濃度為8wt.％；
其中，氫氧化鈉j通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，實現(xiàn)脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產(chǎn)品回收。
實施例3
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝裝置，同實施例1。
一種基于電驅(qū)離子膜實現(xiàn)脫硫廢液零排放的工藝方法，采用上述裝置，包括以下步驟：
(1)來自脫硫塔的脫硫廢液a進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，進(jìn)行初步澄清，去除脫硫廢液a中累積的大量石膏k，得到脫硫廢液澄清液b，脫硫廢液澄清液b進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2進(jìn)行沉淀、過濾處理，去除脫硫廢液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液c；
沉淀、過濾處理，具體操作為：脫硫廢液澄清池1的脫硫廢液a進(jìn)入沉淀過濾設(shè)備2中的沉淀池2.1，進(jìn)行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進(jìn)入纖維過濾器2.2進(jìn)行過濾，去除脫硫上清液中的懸浮固體，得到脫硫廢液濾液。
(2)脫硫廢液濾液c進(jìn)入稀釋罐3中，向稀釋罐3中加入水d，得到脫硫廢液稀釋液；其中，按流量比，脫硫廢液清液∶水＝23∶100；
(3)脫硫廢液稀釋液進(jìn)入一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備4進(jìn)行離子分離，其一多價離子分離電驅(qū)離子膜設(shè)備的單段分離效率為91％，通過三段串聯(lián)，完成氯化鈉和硫酸鈣分離效率為99.92％，出水氯化鈉溶液中硫酸鈣濃度為8mg/L；
通過分離得到硫酸鈣e和氯化鈉f；其中，硫酸鈣e通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.2wt.％；
(4)氯化鈉f進(jìn)入均相濃縮電驅(qū)離子膜設(shè)備5進(jìn)行濃縮，濃縮采用兩級濃縮，第一級濃縮由1.2wt.％到4.3wt.％，電流密度180A/m2，運行電壓為1.0V；第二級由4.3wt.％濃縮到6wt.％，電流密度320A/m2，運行電壓為0.8V；
濃縮后，得到濃縮氯化鈉g；濃縮氯化鈉g的濃度為6wt.％；
(5)濃縮氯化鈉g進(jìn)入雙極膜電驅(qū)離子膜設(shè)備6進(jìn)行電解，電解工藝參數(shù)為：在陽極側(cè)得到氫氧化鈉，陰極側(cè)得到鹽酸，電解電流密度800A/m2，運行電壓0.9V；
電解后，得到氫氧化鈉j和鹽酸h，其中，氫氧化鈉j的濃度為6wt.％，鹽酸h的濃度為6wt.％；
其中，氫氧化鈉j通過載流管道進(jìn)入脫硫廢液澄清池1，實現(xiàn)脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產(chǎn)品回收。
對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。