一种膜蒸馏处理脱硫废水的方法及脱硫废水处理装置

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种膜蒸馏处理脱硫废水的方法及脱硫废水处理装置。

背景技术

脱硫废水是指总溶解固体(TDS)超过10000mg/L的废水，主要来源于燃煤电厂，煤化工企业，石油和天然气开采，印染，造纸，医药等行业。自从2015年国务院发布《水污染防治行动计划》以来，每年都有相关的政策和法规出台，国家和地方政府强化了对各类水体污染治理的监管力度，企业对实现脱硫废水处理的需求也越来越迫切。

现有技术中，脱硫废水浓缩处理的方法主要分为两大类，分别是热法浓缩和膜浓缩。然而，热法浓缩会产生过高的能耗，不仅大大提高了处理脱硫废水的成本，而且在处理过程中容易出现新的固废污染，蒸发的废水进入大气，很少做到回收利用。现有的膜蒸馏技术中对脱硫废水预处理的酸碱中和，软化，重金属离子去除得不够完全，易造成蒸馏过程中的膜壁结晶。

膜浓缩处理方法具有节能、高效，以及清洁环保的优点。然而，现有技术中的膜浓缩处理方法中，存在的主要的问题是，由于脱硫废水容易结垢，而大量的垢附着于膜上容易堵塞，导致了膜的使用效率和使用寿命降低，需要长期更换或频繁清洗，降低了膜通量，增加了处理成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种膜蒸馏处理脱硫废水的方法及脱硫废水处理装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种膜蒸馏处理脱硫废水的方法，包括如下步骤：

酸碱中和、加药絮凝、沉淀分离、底泥压滤、碳滤、超滤、膜蒸馏；其中，采用高效旋流澄清器进行所述沉淀分离的步骤，其中，所述沉淀分离的步骤采用高效旋流澄清器进行；脱硫废水经过所述高效旋流澄清器的旋流角度与所述脱硫废水的悬浮物浓度呈反比。

本发明的有益效果在于，通过改变脱硫废水的旋流角度，利用离心混凝可增大絮体的粒径和密度，可将停留时间缩短1～3小时，大幅度提高处理效率和效果。同时，经过上述沉淀分离的步骤，还能够解决脱硫废水容易结垢的问题，防止膜蒸馏步骤中对膜的堵塞，提高了膜通量，降低了处理成本。

本发明还可以通过以下进一步技术方案实现：

进一步，脱硫废水经过所述高效旋流澄清器的旋流角度为20～40°，脱硫废水在所述高效旋流澄清器中的停留时间是6～8小时。

进一步，所述沉淀分离的步骤完成后，得到废水和底泥；将所述废水依次进行所述碳滤、所述超滤和所述膜蒸馏的步骤，将所述底泥进行所述底泥压滤的步骤。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，将废水和底泥分离并分别进行处理，可以提高处理效果。

进一步，所述超滤的步骤中使用的超滤膜为卷式超滤膜；所述卷式超滤膜的过滤精度为1000～2000道尔顿。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，通过卷式超滤膜可截留分子量大于1000～2000的大分子杂质，降低COD，减少膜蒸馏结垢的风险。

进一步，所述膜蒸馏的步骤中采用的膜蒸馏组件为疏水微孔膜；所述疏水微孔膜的表面孔径为100～500纳米，所述疏水微孔膜的材质为聚四氟乙烯。

进一步，所述膜蒸馏的步骤具体为，废水在所述疏水微孔膜的一侧被加热为蒸汽，所述蒸汽透过所述疏水微孔膜至其另一侧，透过后被冷却为冷却水；其中，加热温度为75～85℃，冷却温度为15～25℃。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，在上述加热和冷区温度区间内，具有最佳的处理效果和较低的成本。

进一步，对所述冷却水进行控温，控温后得到所述产水，所述产水的温度为25～35℃。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，控制冷却水的温度能够保证浓缩的废水不会结垢；冷却水的流量既能满足工艺对产水的温度要求，又能保证较高的膜通量。

进一步，所述酸碱中和的步骤为，向脱硫废水中添加含有氢氧化钠和碳酸钠的组合药剂，并将脱硫废水的pH值调节为7～8。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，一方面调节pH值到微碱性可以降低设备的腐蚀，另一方面可以去除硬度和大部分重金属，减少后面膜结垢的风险。

进一步，所述加药絮凝的步骤为，向脱硫废水中分别添加聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺；其中，聚合氯化铝铁的质量为脱硫废水总质量的3％～10％，聚丙烯酰胺的质量为脱硫废水总质量的5‰～1％。

采用上述进一步技术方案的有益效果为，通过投加絮凝剂和助凝剂，可以增大絮体密度，提高混凝效果，加速沉降，降低浊度。

本发明还提供一种脱硫废水处理装置，包括互相连接的酸碱中和装置、加药絮凝装置、沉淀分离装置、底泥压滤装置、碳滤装置、超滤装置以及膜蒸馏装置；

所述沉淀分离装置包括高效旋流澄清器，所述高效旋流澄清器包括多个叶片，多个所述叶片可在20～40°的角度范围内转动并定位。

附图说明

图1为本发明的膜蒸馏处理脱硫废水方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明的膜蒸馏处理脱硫废水的方法，包括如下步骤：将脱硫废水通过酸碱中和、加药絮凝、沉淀分离、底泥压滤、碳滤、超滤、膜蒸馏的步骤转化为产水；其中，沉淀分离的步骤采用高效旋流澄清器进行；脱硫废水经过高效旋流澄清器的旋流角度与脱硫废水的悬浮物浓度呈反比。

本发明的方法，通过改变脱硫废水的旋流角度，利用离心混凝可增大絮体的粒径和密度，使不同水质(悬浮物浓度)的脱硫废水能够在不同的旋流角度下被处理，有效提高处理效率和效果，同时

本发明采用膜蒸馏的方法，将膜法浓缩和热法蒸馏经相结合对脱硫废水进行处理，能够解决脱硫废水容易结垢的问题，防止对膜的堵塞，提高了膜通量，降低了处理成本。

脱硫废水经过本发明的上述方法处理后，经过膜蒸馏得到的产水可被冷凝回收，经过膜蒸馏得到的浓水蒸发结晶形成杂盐，通过热熔冷却结晶除杂处理后也可被进一步回收再利用。

优选的，脱硫废水经过所述高效旋流澄清器的旋流角度为20～40°，脱硫废水在所述高效旋流澄清器中的停留时间是6～8小时；可将停留时间缩短1～3小时，大幅度提高处理效率和效果。

本发明的具体处理步骤如下：

步骤1，酸碱中和：向脱硫废水中添加含有氢氧化钠和碳酸钠的组合药剂，并将脱硫废水的pH值调节为7～8。

优选的，将待处理的脱硫废水打入中和加药箱中，依次投加氢氧化钠和碳酸钠进行搅拌，调节pH值到微碱性可以避免对后续设备的腐蚀，还能去除大部分硬度和重金属离子。

优选的，储存脱硫废水的箱罐材质均为PE，管道材质为UPVC，泵的内衬为聚四氟乙烯。

步骤2，加药絮凝：向脱硫废水中分别添加聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺；其中，聚合氯化铝铁的质量为脱硫废水总质量的3％～10％，聚丙烯酰胺的质量为脱硫废水总质量的5‰～1％。

优选的，在絮凝箱中先加入聚合氯化铝铁，在出口处再加聚丙烯酰胺，能够使悬浮物进行团聚，增强沉降性能，可以有效去除悬浮物和大分子颗粒物。加药的配比浓度要先检测钙镁离子及重金属离子的浓度。

优选的，在中和加药箱和絮凝箱中通过搅拌来加快药剂的充分混合，搅拌机的浆片材质采用聚四氟乙烯，防止液体酸蚀和氯蚀。

步骤3，沉淀分离：步骤2中经过加药处理的废水进入沉淀罐中，沉淀分离采用高效旋流澄清器，通过电机转动可改变叶片旋流的角度，在水质较好时，可使旋流角度变大，利用离心混凝可增大絮体的粒径和密度，使大颗粒的杂质在澄清器的内壁附集，增进絮团的致密性和稳定性；这样，可将停留时间缩短1～3小时。沉淀后的废水和底泥被分离，废水进行所述碳滤步骤，底泥进行真空压滤处理。

静置沉淀的过程有助于大分子有机物形成絮凝沉淀，降低溶液浊度，对钙镁离子有较好的去除效果，可以有效应对不同负荷的进水，利用离心力。

步骤4，底泥压滤：将底泥进行真空压滤处理。

优选的，将沉淀罐中的底泥排出并对底泥进行真空压滤；静置陈化后，将沉淀罐中的底泥通过真空皮带压滤机压滤后排出，真空皮带压滤机对该污泥具有较高的固液分离效率，它能够连续、自动完成过滤、洗涤、卸渣等工艺流程，压滤后底泥的含水率为40％～60％。

步骤5，碳滤：采用活性炭装置进行碳滤。活性炭装置的活性炭料层厚度为0.5～2m，废水在活性炭装置中的停留时间0.5～3h。活性炭的过滤吸附能够有效去除废水中的大分子有机物，防止它们对后续的的膜材料造成破坏。

优选的，活性炭为生物活性炭，以活性炭为载体，微生物以活性炭为载体构建生物膜，通过生物活性炭的吸附和生物降解的协同作用，从而使有机物的生化效率大幅提高。

优选的，活性炭材质选用椰壳，其碘值和吸附性要高于果壳、煤质和木质活性炭。

步骤6，超滤；采用过滤精度为1000～2000道尔顿卷式超滤膜，卷式超滤膜可截留分子量大于1000～2000的大分子杂质，降低COD，减少膜蒸馏结垢的风险。

优选的，在超滤前端可增加两级精密过滤器进行过滤；其中，第一级精密过滤器中的滤芯孔径为10μm，第二级精密过滤器中的滤芯孔径为1μm。

步骤7，膜蒸馏：膜蒸馏技术是一种由温度差造成疏水微孔膜两侧的蒸气压力差为动力的膜分离过程，具有设备简单，操作容易，能耗较低等特点。

优选的，膜蒸馏废水的加热温度为75～85℃，冷却温度15～25℃，产水温度25～35℃。循环水流量6～10m

疏水微孔膜的表面孔径为100～500纳米，膜的材质为聚四氟乙烯。

本发明的脱硫废水处理装置，包括互相连接的酸碱中和装置、加药絮凝装置、沉淀分离装置、底泥压滤装置、碳滤装置、超滤装置以及膜蒸馏装置；沉淀分离装置包括高效旋流澄清器，高效旋流澄清器包括多个叶片，多个叶片可在20～40°的角度范围内转动并定位；通过可调节叶片角度的高效旋流澄清器，可实现对废水的高剪切强制反应，从而增进絮团的致密性和稳定性，缩短了废水的停留时间。

优选的，多个叶片间距也可调节。优选的，酸碱中和装置为加药箱，加药絮凝装置为絮凝箱，沉淀分离装置为沉淀罐，碳滤装置包括活性炭吸附装置，超滤装置包括卷式超滤膜，膜蒸馏装置包括疏水微孔膜。

优选的，脱硫废水处理装置还包括浓度检测装置和控制计算装置，其中，浓度检测装置可检测脱硫废水中的悬浮物浓度，控制计算装置可根据检测到的悬浮物浓度计算合适的叶片角度，并控制高效旋流澄清器的叶片角度转动。

下面通过具体的实施例对本发明的方法和效果进行举例说明：

实施例1

采用本发明的上述处理方法对燃煤锅炉的脱硫废水进行处理。

步骤1：酸碱中和；采用双碱法，依次投加氢氧化钠和碳酸钠，将废水的pH值调节到7.0。

步骤2：加药絮凝；将中和加药箱中的上清液引入到絮凝箱，加药絮凝药剂采用聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺，加药浓度分别为3％和5‰。

步骤3：沉淀分离；此时电厂的发电机负荷为50％，由于燃煤量的减少和烟气量的降低，废水的水质较好，SS相对较低，将高效旋流澄清器的叶片角度调节为40°，使废水的旋流角度为40度，使废水在高效旋流澄清器中的停留时间为6小时。

步骤4：底泥压滤；将沉淀罐中的底泥排出并对底泥进行真空压滤，压滤后底泥的含水率为60％。

步骤5：碳滤；活性炭料层厚度0.5m，停留时间1h。

步骤6：超滤；采用过滤精度为1000道尔顿卷式超滤膜，进水压力为0.1Mpa，回流量为30％。

步骤7：膜蒸馏；膜蒸馏废水的加热温度为75℃，冷却温度25℃，循环水流量6m

本实施例中，通过卷式超滤和膜蒸馏的协同作用，可将产水的电导率从入口的35000μs/cm降到460μs/cm，膜通量为23L/(m

实施例2

采用本发明的上述处理方法对燃煤锅炉的脱硫废水进行处理。

步骤1：酸碱中和；采用双碱法，依次投加氢氧化钠和碳酸钠，将废水的PH值调节到7.5。

步骤2：加药絮凝；将中和加药箱中的上清液引入到絮凝箱，加药絮凝药剂采用聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺，加药浓度分别为7％，7‰。

步骤3：沉淀分离；此时电厂的发电机负荷为75％，燃煤量和烟气量增加，水质变差，将高效旋流澄清器的叶片角度调节为30°，使废水的旋流角度为30度，使废水在高效旋流澄清器中的停留时间为7小时。

步骤4：底泥压滤；将沉淀罐中的底泥排出并对底泥进行真空压滤，压滤后底泥的含水率为50％。

步骤5：碳滤；活性炭料层厚度1m，停留时间2h。

步骤6：超滤；采用过滤精度为1000道尔顿卷式超滤膜，进水压力为0.2Mpa，回流量为50％。

步骤7：膜蒸馏；膜蒸馏废水的加热温度为80℃，冷却温度20℃，循环水流量8m

本实施例中，通过卷式超滤和膜蒸馏的协同作用，可将产水的电导率从入口的35000μs/cm降到310μs/cm，膜通量为46L/(m

实施例3

采用本发明的上述处理方法对燃煤锅炉的脱硫废水进行处理。

步骤1：酸碱中和；采用双碱法，依次投加氢氧化钠和碳酸钠，将废水的PH值调节到8.0。

步骤2：加药絮凝；将中和加药箱中的上清液引入到絮凝箱，加药絮凝药剂采用聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺，加药浓度分别为10％，1％。

步骤3：沉淀分离；此时电厂的发电机负荷为100％，燃煤量和烟气量增加，水质更差，悬浮物(SS)的含量很高，将高效旋流澄清器的叶片角度调节为20°，使废水的旋流角度为20度，使废水在高效旋流澄清器中的停留时间为8小时。

步骤4：底泥压滤；将沉淀罐中的底泥排出并对底泥进行真空压滤，压滤后底泥的含水率为40％。

步骤5：碳滤；活性炭料层厚度2m，停留时间3h。

步骤6：超滤；采用过滤精度为1000道尔顿卷式超滤膜，进水压力为0.3Mpa，回流量为70％。

步骤7：膜蒸馏；膜蒸馏废水的加热温度为85℃，冷却温度15℃，循环水流量10m

本实施例中，通过卷式超滤和膜蒸馏的协同作用，可将产水的电导率从入口的35000μs/cm降到260μs/cm，膜通量为58L/(m

实施例4

采用本发明的上述处理方法对燃煤锅炉的脱硫废水进行处理。

步骤1：酸碱中和；采用双碱法，依次投加氢氧化钠和碳酸钠，将废水的PH值调节到8.0。

步骤2：加药絮凝；将中和加药箱中的上清液引入到絮凝箱，加药絮凝药剂采用聚合氯化铝铁和聚丙烯酰胺，加药浓度分别为10％，1％。

步骤3：沉淀分离；此时电厂的发电机负荷为100％，燃煤量和烟气量增加，水质更差，SS很高，将高效旋流澄清器的叶片角度调节为90°(相当于无旋流器叶片)，使废水在相同体积的旋流澄清器中的停留时间降为3小时。

步骤4：底泥压滤；将沉淀罐中的底泥排出并对底泥进行真空压滤，压滤后底泥的含水率为40％。

步骤5：碳滤；活性炭料层厚度2m，停留时间3h。由于进水的SS沉降不完全，造成了活性炭吸附很快饱和，增加了反冲洗的频率。

步骤6：超滤；由于水质浊度较高，担心对超滤膜造成污堵，降低使用寿命，没有进入后续的膜处理系统。

本实施例中，在相同烟气负荷的脱硫废水中，通过与实施例3进行对比，在相同体积的澄清器中，在不使用旋流叶片的情况下，会造成停留时间缩短，水质浊度较高，色度较差，易造成后续膜处理设施的污堵，增加了设备的反冲洗频率，降低了膜的使用寿命。

本发明采用膜蒸馏处理脱硫废水的方法，针对传统的热法浓缩会产生过高的能耗，不仅大大提高了处理脱硫废水的成本，而且在处理过程中容易出现新的固废污染，蒸发的废水进入大气，很少做到回收利用。而传统的膜浓缩处理脱硫废水容易结垢，而大量的垢附着于膜上容易堵塞，导致了膜的使用效率和使用寿命降低，需要长期更换或频繁清洗，降低了膜通量，增加了处理成本。

膜蒸馏将膜法浓缩和热法蒸馏通过设备结合起来，以疏水微孔膜为介质，在膜两侧蒸汽压差的作用下，水以蒸汽形式透过膜后冷凝回收，达到浓缩的目的。膜蒸馏通过常压操作，降低了高压操作对膜损坏的风险，操作温度一般低于90℃，采用低品位的烟气或蒸汽余热可进一步降低成本，操作条件比较温和，回收水的品质较高。并通过与卷式超滤膜的工艺组合，降低了热法设备因蒸发而结垢的风险。同时增强了产水的回收率，实现了水资源的梯次利用和废水的综合治理。该发明的方法具有设备简单，操作容易，降低运行成本且易于实现工业化应用的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。