一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理装置及其处理方法

技术领域

本发明属于脱硫废水浓缩领域，涉及一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理装置及其处理方法。

背景技术

我国对电厂废水的治理总体趋势是逐渐实现“零排放”，而现阶段实现脱硫废水“零排放”的技术整体思路为：脱硫废水→预处理→浓缩减量→蒸发结晶(转移固化)。在脱硫废水的预处理方面，传统的处理方法主要是采用化学加药的方法，去除废水中大量的钙镁离子及部分重金属离子，如常见的三联箱处理技术、双碱法等；浓缩减量阶段的目的是减少后续蒸发固化的处理量，降低废水蒸发固化的成本，废水的浓缩减量主要有两种方法：膜法浓缩和热法浓缩，膜法浓缩技术中比如应用较为广泛的反渗透(RO)、正渗透(FO)、纳滤(NF)、电渗析(ED)等，但由于膜法浓缩存在的诸多问题：成本高、前处理要求高、易结垢和堵塞等，不能够普遍应用于所有电厂。热法浓缩技术主要是采用蒸汽进行废水的蒸发结晶，如：机械蒸汽再压缩(MVR)、蒸汽热力再压缩(TVR)、多效蒸发(MED)以及利用电厂烟气余热进行废水蒸发。利用蒸汽蒸发其蒸发器造价较高，同时消耗蒸汽量大，而且制备出的工业盐品质难以保证而影响其应用。最近几年，利用烟气余热进行废水的浓缩减量也引人关注，该法一般抽取电除尘器后95～120℃低温烟气，在外部搭建浓缩塔，浓缩塔内布设喷淋装置，脱硫废水经水泵泵送至浓缩塔中，在塔中实现循环浓缩，浓缩后的浓盐水进入下一处理环节。湖北能源集团鄂州电厂与国电泰州电厂在1000MW机组抽取15％-20％烟气量，烟温为95℃左右的低温烟气进行废水的浓缩减量，其浓缩比可达到10:1。但该技术存在浓缩塔系统结垢、腐蚀严重，烟气携带的氯逃逸进入脱硫塔影响脱硫系统水平衡等问题。

综上，尽管对脱硫废水处理开展了诸多研究，但传统水处理技术仍面临着原有系统改动过大，投资费用高昂等问题，而且一直无法有效地同时解决结垢问题。因此需要采用一种一体化的多功能耦合系统，兼顾除盐、防垢等功能，用以去除脱硫废水中的污染物。电吸附技术是近年来发展起来的一种高效、节能的去离子技术，具有操作灵活性高(可根据水质要求灵活控制出水水质)、可吸附容量大、无需加药及自动化程度高等特点。其原理是在电场作用下，在多孔电极材料表面形成双电层。该技术基于电吸附原理对带电电极表面的离子进行分离，电极通常由高孔炭材料组成。与反渗透和蒸馏不同，电吸附工艺无需高压或高温，其可以在室温下连续水流作用下施加小电压运行。与电渗析相比，本技术未采用离子交换膜，因此不会产生膜堵塞问题，对进水水质要求不高。与膜法浓缩减量相比，无需更换膜、运行成本低、不易结垢和堵塞。烟气蒸发浓缩技术对比，电吸附不易结垢，而且烟气浓缩塔酸性较强，极易对设备造成腐蚀，电吸附由于具有无需加药以及不会造成二次污染的特点，很好地避免此类现象发生。此外，在很多电厂尾部没有足够的空间搭建脱硫废水处理装置，电吸附技术占地空间小这一特点恰好有效的解决了此类问题。因此，利用电吸附技术作为脱硫废水的减量单元，具有较大的优势和广阔的应用前景。

电吸附在废水浓缩方面已有研究，例如，公开号CN113429036A的中国发明专利公开了一种变压式电吸附软化浓缩技术具有较好的软化除垢效果，无需加药软化，解决了传统电吸附处理高硬废水需要进行加药软化预处理的问题，大幅降低了电吸附的运行成本。电吸附技术在燃煤电厂中的废水浓缩方面也有研究，例如，公开号CN111620360A的中国发明专利提供一种脱硫石膏清洗水回用方法以及电吸附系统，其在保证脱硫石膏清洗效果的同时，能够达到节水和废水减量化等目的；公开号CN110342714A的中国发明公开了一种基于半干法脱硫技术的

燃煤电厂废水零排放工艺系统及方法，其中包含了电吸附装置系统，可以有效地对燃煤电厂的含盐废水进行浓缩减量具有处理效果稳定、运行费用低、工艺系统简单等特点。公开号CN111097224A的中国发明专利涉及一种脱硫胺液中热稳定盐的净化方法，是将脱硫胺液预处理后进行电吸附处理，所述电吸附的电极材料为负载金属Zn的活性炭电极材料。通过强化阴离子的吸附作用，提高了脱硫胺液中热稳定盐的脱除率，实现了热稳定盐的高效净化。此外，在燃煤电厂脱硫废水浓缩处理方面也有一定的研究，例如，公开号CN212669437U的中国实用新型专利是提供一种以电吸附为主的脱硫废水处理系统，解决了三联箱和澄清器堵塞的问题，避免了系统瘫痪和膜浓缩系统的结垢堵塞，保证了浓缩系统的正常运行。由此可见，电吸附浓缩处理脱硫废水具有可行性且具备诸多优点。

为此，本发明根据脱硫废水水质特点，从工艺结构以及系统结构角度考虑，设计了一种“泳池”式电吸附浓缩脱硫废水的方法与装置。

发明内容

本发明针对于传统水处理技术仍面临着原有系统改动过大，投资费用高昂等问题，而且一直无法有效地同时解决结垢等问题，提出电吸附装置耦合微滤实现对脱硫废水的浓缩。而电吸附装置具有能量利用效率不高，水处理通量小以及运行稳定性差等短板。因此，实现电吸附反应器的高通量运行是要解决的另一难点，其中反应器优化设计是一条重要的解决方向。

具体的技术方案为：

一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理装置，包括电吸附模块，所述的电吸附模块的进水口连接原水管道和中水管道；出水口连接清水管道和浓水管道；

所述的原水管道上，依次设有原水池和微滤；

所述的中水管道上，设有中水池，所述的中水池与储酸罐和计量表连接；

所述的清水管道上，设有清水池；清水池与中水池通过清水回用管道连接；

所述的浓水管道上，设有浓水池；

原水管道、中水管道、清水管道和浓水管道上均设有水泵、压力表和阀门；

所述的电吸附模块的进水口和出水口分别均设有电导率表、pH计和流量计。

所述的电吸附模块与控制台连接，由控制台控制电吸附模块。

所述的电吸附模块，包括长方体的池体，池体上方敞口，池体内设有吸附材料组合体，进水口的底部与吸附材料组合体的底部齐平，出水口的底部与吸附材料组合体的顶部齐平；

吸附材料组合体包括一对有机玻璃柱，有机玻璃柱相对一面设有多个相对的凹槽，多个电极板两端分别依次插在所述的凹槽内；

相邻的电极板之间留有水流通道；

所述的电极板上设有多个绝缘塑料材料制备的L形状的固定杆，固定杆用于固定吸附材料。

所述的进水口处设有空置区。

一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理方法，采用所述的一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理装置，包括以下步骤：

待处理的脱硫废水通过由原水池进入微滤，处理掉大分子悬浮物；

之后脱硫废水由电吸附模块底部的进水口进入，脱硫废水与吸附材料充分接触；在控制台施加的电场力驱动下，阴、阳离子定向移动，最终附着在吸附材料表面，达到去除盐离子的目的，从电吸附模块顶部的出水口流出；

去除后的水进入清水池中。

待所述的吸附材料处理性能下降到一定程度，开始进行脱附处理：用中水池中的水进行脱附，通过改变外部电源或极性反转实现放电，盐离子从吸附材料中分离，汇入溶液中，生成的浓水被排至浓水池集中处理；

当电吸附模块工作了一定时间后，用储酸罐中的稀硫酸对电吸附模块进行冲洗，去除污垢。

本发明，具有以下技术优势：

(1)本发明利用微滤去除脱硫废水中残余悬浮物，将电吸附作为旁路烟道蒸发技术的前处理单元，耦合了膜法处理、电吸附技术优势，实现了集成创新；

(2)根据脱硫废水水质以及电厂的实际需求，开发新型电吸附浓缩减量装置，具有处理量大，易拆卸，不易漏水，便于观察等特点，实现了技术突破；

(3)本发明无需外加大量药剂，不易结垢与腐蚀，在低能耗的条件下即可运行，且清洁无二次污染，可实现安全经济运行。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电吸附模块结构示意图；

图3为本发明的吸附材料组合体结构示意图；

图4为本发明的吸附材料固定示意图；

图5为本发明实施例的电吸附浓缩脱硫废水零排放工艺路线图；

图6为本发明不同电压下，“泳池”式电吸附模块浓缩效果图；

图7为本发明对实际脱硫废水的稳定性效果图。

具体实施方式

结合附图说明本发明的具体技术方案。

如图1到图4所示，一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理装置，包括电吸附模块8，所述的电吸附模块8的进水口81连接原水管道和中水管道；出水口82连接清水管道和浓水管道；

所述的原水管道上，依次设有原水池1和微滤3；

所述的中水管道上，设有中水池14，所述的中水池14与储酸罐12和计量表13连接；

所述的清水管道上，设有清水池10；清水池10与中水池14通过清水回用管道连接；

所述的浓水管道上，设有浓水池11；

原水管道、中水管道、清水管道和浓水管道上均设有水泵、压力表和阀门；

所述的电吸附模块8的进水口81和出水口82分别均设有电导率表、pH计和流量计。

所述的电吸附模块8与控制台9连接，由控制台9控制电吸附模块8。

所述的电吸附模块8，包括长方体的池体，池体上方敞口，池体内设有吸附材料组合体，进水口81的底部与吸附材料组合体的底部齐平，出水口82的底部与吸附材料组合体的顶部齐平；

吸附材料组合体包括一对有机玻璃柱84，有机玻璃柱84相对一面设有多个相对的凹槽，多个电极板85两端分别依次插在所述的凹槽内；

相邻的电极板85之间留有水流通道87；

所述的电极板85上设有多个绝缘塑料材料制备的L形状的固定杆88，固定杆88用于固定吸附材料83。

所述的进水口81处设有空置区86。

电吸附模块8的池体整体呈长方体，上方呈敞口，类似于泳池，这样便于操作和观察水流状态以及不易漏水。进水口81的底部与吸附材料组合体的底部齐平，出水口82的底部与吸附材料组合体的顶部齐平，使得样液可以与吸附材料83充分接触。在水流进入电吸附模块8后，设有一段空置区86，可以使进入的样液在此区域充分混匀。有机玻璃柱84设有凹槽，可使电极板85镶嵌入其中。这样设计的目的是便于拆卸，可以实现及时更换。

吸附材料83选用活性炭海绵，紧贴电极板85放置，吸附材料83中间用格网隔开，形成水流通道87并起到防止短路的作用。样液在格网预留的水流通道87中通过，样液中的离子被两侧吸附材料83所吸附，之后由顶部的出水口82排出。本装置选用的吸附材料83为活性炭海绵，电极板85与活性炭海绵的衔接方式未使用粘结剂，而是用图4所示的方式进行衔接。绝缘塑料材料制备的固定杆88，形状似“钉耙”。短端镶嵌于电极板85上，长段悬浮于电极板85上。利用活性炭海绵良好的延展性，将其镶嵌在电极板85与固定杆88中间。固定杆88起到原有粘结剂的作用，使得活性炭海绵与电极板紧密接触。综上，电吸附模块8具有处理量大、可处理高浓度样液、拆卸便易和不易漏水等特点。

电吸附模块8在小试或中试规模下，处理脱硫废水的工作流程为：

一种泳池式电吸附浓缩脱硫废水处理方法包括以下步骤：

待处理的脱硫废水通过由原水池1进入微滤3，处理掉大分子悬浮物；

之后脱硫废水由电吸附模块8底部的进水口81进入，脱硫废水与吸附材料83充分接触；在控制台9施加的电场力驱动下，阴、阳离子定向移动，最终附着在吸附材料83表面，达到去除盐离子的目的，从电吸附模块8顶部的出水口82流出；

去除后的水进入清水池10中。该过程称为电吸附过程。

待所述的吸附材料83处理性能下降到一定程度，开始进行脱附处理：用中水池14中的水进行脱附，通过改变外部电源或极性反转实现放电，盐离子从吸附材料83中分离，汇入溶液中，生成的浓水被排至浓水池11集中处理；

当电吸附模块8工作了一定时间后，用储酸罐12中的稀硫酸对电吸附模块8进行冲洗，去除污垢。由于稀硫酸的用量无需太多，需用计量表13对用量进行监测。

而在电厂实际处理情况下，提出电吸附浓缩脱硫废水零排放工艺路线，如图5所示。该路线是根据电厂脱硫废水零排放实际需求所设计。经三联箱处理后的脱硫废水，首先进入微滤3，去除水中残留的悬浮物；然后进入电吸附模块8，去除掉水中盐分，产生的淡水返回脱硫塔回收利用，浓水可进入旁路蒸发器进行蒸发处理，或电解生成杀菌剂用于循环冷却水中，亦或用作电厂除渣水。该系统将电吸附作为旁路烟道蒸发技术的前处理单元，耦合了膜法处理、电吸附、烟道蒸发技术优势，实现集成创新。

图6、图7分别为本实施例吸附浓缩脱硫废水实验曲线，实验结果证实了该方法的可行性和实际效果。