本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

濕法脫硫過程會產(chǎn)生大量的脫硫廢水，脫硫廢水并沒有一個典型的水質(zhì)，然而其主要特點可以概括為：某些重金屬含量超標(biāo)，懸浮物濃度高，高氯根，鹽度大，這種極其復(fù)雜的水質(zhì)特性迫使脫硫廢水要通過零排放的方式來處理。

相比于重金屬以及懸浮物的去除，現(xiàn)階段脫硫廢水零排放的關(guān)鍵更在于脫鹽。目前，脫硫廢水的脫鹽方法主要為膜法和蒸發(fā)法，然而，這兩種方法對廢水的預(yù)處理要求非常高，尤其是水質(zhì)的硬度。對于膜法，硬質(zhì)性離子一方面會使膜的滲透通量下降，另一方面還會增加膜的清洗頻率，增加運行費用；對于蒸發(fā)法，蒸發(fā)設(shè)備常在較高的溫度下運行，其界面換熱的結(jié)垢系數(shù)會隨著溫度的升高而增大，即使硬質(zhì)離子含量非常低的廢水也會在蒸發(fā)過程中出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象，使相關(guān)熱力設(shè)備難以正常運行。因此，去除硬質(zhì)性的鈣鎂離子，使脫硫廢水得到高效的軟化是非常必要的。

脫硫廢水軟化最理想的方法是化學(xué)沉淀法，naoh-na2co3的聯(lián)合工藝被認為是最佳的脫硫廢水軟化工藝，該工藝不僅對ca²⁺、mg²⁺有著極大的脫除率，而且對全硅也具有優(yōu)異的去除效果。然而，此法會消耗大量的軟化劑，不但增加了電廠的消費成本，而且還會使脫硫廢水處理過程產(chǎn)生大量的污泥，增加后續(xù)處理的難度。因此，尋找新的方法來對這種聯(lián)合工藝做出改善成為脫硫廢水軟化的關(guān)鍵。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于氣升式環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)與方法。

本發(fā)明所述的基于氣升式環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)采用的技術(shù)方案為：

該系統(tǒng)由緩沖池、氣升式環(huán)流反應(yīng)器(包括兩級：第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器和第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器)、高密度沉淀池、廢水旋流器、纖維過濾器、脫水機(包括兩級：第一級脫水機和第二級脫水機)、澄清箱以及煙氣回收裝置組成：

廢水緩沖池的出口與第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的進液口相連，第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的物料排出口與高密度沉淀池的入口相連，高密度沉淀池的底部濃縮物出口與第一級脫水機的進口相連，第一級脫水機的液相出口與第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的進液口相連，第一級脫水機的固相出口為泥餅出口。廢水旋流器和纖維過濾器依次相連，高密度沉淀池的液體出口與廢水旋流器的進口相連，廢水旋流器的底部濃縮物出口與第一級脫水機的進口相連。纖維過濾器的出口與第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的進液口相連，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器與煙氣回收裝置連通，其物料排出口與澄清箱的進口相連，澄清箱的濃縮物出口與第二級脫水機的進口相連，第二級脫水機的固相物出口與石灰石給料系統(tǒng)的進口相連，澄清箱和第二級脫水機的液相出口為廢水排出口。

該系統(tǒng)在常規(guī)脫硫廢水處理設(shè)備的基礎(chǔ)上引入了相同的兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器：該氣升式環(huán)流反應(yīng)器包括外部筒體反應(yīng)器和兩端開口的內(nèi)部導(dǎo)流筒，兩者通過設(shè)置在外部筒體反應(yīng)器上的兩排間隔的筋塊及其底部的固定槽固定，保證了內(nèi)部導(dǎo)流筒的穩(wěn)固性和可拆性。外部筒體反應(yīng)器上設(shè)置加藥口、ph在線檢測口、取樣口以及物料排出口。外部筒體反應(yīng)器通過法蘭和反應(yīng)器封蓋連接，反應(yīng)器封蓋上設(shè)置進液口、排氣口以及吊耳。排氣口有兩個作用：一是作為氣相的出口，二是作為反應(yīng)器內(nèi)部氣相與液相管路的通道。內(nèi)部導(dǎo)流筒上設(shè)置吊耳，底部安裝氣體分布器，氣體分布器通過設(shè)置在導(dǎo)流筒內(nèi)部的底座固定并通過氣相管路與氣體壓縮機連通。為保證環(huán)流反應(yīng)器的清洗，外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁設(shè)置呈環(huán)形分布的壓力噴嘴，噴嘴通過液相管路與清洗水泵相連。兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器結(jié)構(gòu)相同，不同的是第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的動力源為壓縮空氣，而第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的動力源是脫硫脫硝后的煙氣。

所述兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比為5～14。

所述兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的導(dǎo)流筒的高徑比為3～12。

所述兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的導(dǎo)流筒至少為一段。

所述兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器設(shè)置清洗裝置，為緊貼外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁的呈環(huán)形分布的壓力噴嘴。

一種基于上述系統(tǒng)的濕法脫硫廢水軟化方法，具有以下步驟：

脫硫吸收塔產(chǎn)生的一定量的脫硫廢水通過水泵等動力設(shè)備輸送到廢水緩沖池中，之后進入第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中進行脫鎂，為了使該級環(huán)流反應(yīng)器同時具有重金屬脫除以及除硅作用，因此在該級氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)添加堿性軟化劑，保證oh^—與mg²⁺的摩爾比滿足2.2～2.4；同時，要對該級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的表觀氣速、循環(huán)液速等兩個主要操作參數(shù)進行控制，兩者分別滿足范圍0.01m/s～0.03m/s、3.36m/s～5.07m/s。

脫鎂后的廢水中含有較多的懸浮物，因此接下來進入高密度沉淀池中進行絮凝澄清。為了使第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器脫鈣過程產(chǎn)生的沉淀物保持較高的純度，因此，脫硫廢水的濁度在進入第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器之前必須盡可能降低到最低，采取的措施為在高密度沉淀池之后設(shè)置廢水旋流器和纖維過濾器。

脫鎂后的脫硫廢水中還含有大量的鈣離子，因此進入第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中進行脫鈣，脫鈣的方式為co2軟化，co2來自經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，含量為10～16％。脫鈣過程，仍需對該級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的表觀氣速、循環(huán)液速兩項操作參數(shù)進行控制，兩者分別滿足為范圍0.002m/s～0.02m/s、1.84m/s～4.35m/s。對于不同電廠的脫硫廢水，受co2溶解度影響，鈣可能無法完全脫除，因此需要額外添加輔助性的軟化藥劑，保證co3^2-與mg²⁺的摩爾比滿足1.7～1.8。

脫鈣后，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器內(nèi)會產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例＞90％。可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，因此被重新利用到濕法脫硫過程中。經(jīng)澄清箱和第二級脫水機分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，可以滿足后續(xù)膜法和蒸發(fā)法等深度處理工藝的要求。

所述該法適用于鎂硬度≤20000mg/l(以caco3計)，鈣硬度≤10000mg/l(以caco3計)的濕法脫硫廢水，經(jīng)該法軟化后，出水鎂硬度≤170mg/l(以caco3計)，鈣硬度≤100mg/l(以caco3計)。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明所述的基于氣升式環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)與方法，解決了濕法脫硫廢水零排放處理過程中一個重要技術(shù)難題。針對化學(xué)沉淀法存在的不足，本發(fā)明提出利用氣升式環(huán)流反應(yīng)器對脫硫廢水進行先脫鎂后脫鈣的分步軟化方法：脫鎂過程采用堿性軟化劑，脫鈣過程則充分利用經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣以及輔助性的化學(xué)藥劑。該方法不僅實現(xiàn)了脫硫廢水的高效軟化，而且還實現(xiàn)了煙氣中co2以及沉淀物caco3的回收利用，既降低了脫硫廢水軟化過程的運行花費，又為電廠節(jié)能減排的實現(xiàn)提供了新的途徑。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于氣升式環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)的原理圖；

圖2為本發(fā)明所述的第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的示意圖；

其中，圖中標(biāo)號：

1-廢水緩沖池；2-第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器(2.1-封蓋；2.2-進液口；2.3-排氣口；2.4-吊耳；2.5-法蘭；2.6-吊耳；2.7-ph在線檢測口；2.8-筋塊；2.9-取樣口；2.10-底座；2.11-出液口；2.12-固定槽；2.13-氣體分布器；2.14-導(dǎo)流筒；2.15-外部筒體反應(yīng)器；2.16-加藥口；2.17-清洗噴嘴；a-進氣管路；b-清洗水管路)；3-高密度沉淀池；4-第一級脫水機；5-廢水旋流器；6-纖維過濾器；7-第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器；8-澄清箱；9-第二級脫水機；10-煙氣回收裝置；11-石灰石給料系統(tǒng)。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種基于氣升式環(huán)流反應(yīng)器的濕法脫硫廢水軟化系統(tǒng)與方法，下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。

脫硫吸收塔產(chǎn)生的一定量的脫硫廢水首先通過水泵等動力設(shè)備輸送到廢水緩沖池1中進行初步的沉淀。之后，將廢水從進液口2.2送入到主體由封蓋2.1、外部筒體反應(yīng)器2.15、導(dǎo)流筒2.14組成的第一級氣升式環(huán)流反應(yīng)器2內(nèi)。待達到一定液位時，通入壓縮空氣啟動反應(yīng)器，該壓縮空氣以通過排氣口2.3的管路a輸送，之后送至固定在導(dǎo)流筒2.14底座2.10上的氣體分布器2.13。接下來，通過加藥口2.16向反應(yīng)器內(nèi)加入堿性軟化劑naoh，堿量的添加滿足oh^—與mg²⁺的摩爾比為2.2～2.4，同時，要控制該級環(huán)流反應(yīng)器的表觀氣速、循環(huán)液速兩項操作參數(shù)分別滿足范圍0.01m/s～0.03/s、3.36m/s～5.07m/s。為防止加藥產(chǎn)生波動，需要通過ph在線檢測口2.7連接的在線ph檢測裝置對反應(yīng)器的ph進行協(xié)同監(jiān)測并定期通過取樣口2.9取樣檢測。待檢測指標(biāo)合格后，廢水通過出液口2.11排出。反應(yīng)器在運行一段時間后需要清洗，主要依靠固定在2.15上頂部內(nèi)壁的呈環(huán)形分布的壓力噴嘴2.17進行，該清洗噴嘴以通過2.3的管路b輸送清洗水。同時，為了維修時方便對反應(yīng)器進行拆卸，外部筒體反應(yīng)器2.15和導(dǎo)流筒2.14之間特意以筋塊2.8和固定槽2.12固定。維修時，先將法蘭2.5拆解，然后利用吊耳2.4將2.1拆開，之后再利用吊耳2.6將2.14從固定槽2.12中取出。

脫鎂后的廢水中含有較多的懸浮物，因此接下來廢水將進入高密度沉淀池3中進行絮凝澄清，同時，為了使第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器7脫鈣過程產(chǎn)生的沉淀物保持較高的純度，因此，脫硫廢水的濁度在進入7之前必須降低到最低，采取的措施為在高密度沉淀池3之后設(shè)置廢水旋流器5和纖維過濾器6。3和5的底物接下來會進入第一級脫水機4中進行脫水，脫水后的泥餅進行外運而廢液將回流至2中。

經(jīng)過3、5、6處理后的廢水接下來進入7中進行脫鈣，該級氣升式環(huán)流反應(yīng)器在操作方式上和2相同，不同的是，其動力源是經(jīng)煙氣回收裝置10輸送的經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，并以其中含量為10～16％的co2作為脫鈣劑，該級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的表觀氣速、循環(huán)液速兩項操作參數(shù)應(yīng)控制為0.002m/s～0.02m/s、1.84m/s～4.35m/s的范圍。對于不同電廠的脫硫廢水，受co2溶解度影響，鈣可能無法完全脫除，因此需要額外添加輔助性的軟化藥劑na2co3，堿量的添加保證co3^2-/ca²⁺的摩爾比滿足1.7～1.8。

脫鈣后7中會產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，該caco3為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例＞90％，可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，因此被重新送入石灰石給料系統(tǒng)11中。經(jīng)澄清箱8和第二級脫水機9分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，其鎂硬度≤170mg/l(以caco3計)，鈣硬度≤100mg/l(以caco3計)，可以滿足后續(xù)膜法和蒸發(fā)法等深度處理工藝的要求。

實施例1：

采用上述系統(tǒng)及方法對初始鎂硬度和鈣硬度(以caco3計)分別為20000mg/l、6525mg/l的水量為15m³/h脫硫廢水a(chǎn)進行軟化，外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁安裝有呈環(huán)形分布的壓力噴嘴的兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比為10，導(dǎo)流筒為一段，高徑比為7，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器前設(shè)置廢水旋流器和纖維過濾器。脫鎂過程，選擇的堿性軟化劑為naoh，堿量為264kg/h(oh^—/mg²⁺的摩爾比為2.2)，反應(yīng)在0.03m/s、5.07m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行；脫鈣過程，co2來自于經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，含量為16％，反應(yīng)在0.01m/s、3.36m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行，受co2溶解度影響，鈣無法完全脫除，co2脫鈣后鈣硬度由6525mg/l降低250mg/l，因此添加輔助性的軟化藥劑na2co3，堿量為7.2kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩爾比為1.8)。脫鈣后第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，該caco3為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例為91％，可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，被重新利用到濕法脫硫過程中。經(jīng)澄清箱和第二級脫水機分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，其出水鎂硬度為83mg/l，鈣硬度≤50mg/l。

實施例2

采用上述系統(tǒng)及方法對初始鎂硬度和鈣硬度(以caco3計)分別為14417mg/l、10000mg/l的水量為20m³/h脫硫廢水b進行軟化，外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁安裝有呈環(huán)形分布的壓力噴嘴的兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比為14，導(dǎo)流筒為一段，高徑比為12，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器前設(shè)置廢水旋流器和纖維過濾器。脫鎂過程，選擇的堿性軟化劑為naoh，堿量為277kg/h(oh^—/mg²⁺的摩爾比為2.4)，反應(yīng)在0.02m/s、4.35m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行；脫鈣過程，co2來自于經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，含量為10％，反應(yīng)在0.002m/s、1.84m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行，受co2溶解度影響，鈣無法完全脫除，co2脫鈣后鈣硬度由10000mg/l降低375mg/l，因此添加輔助性的軟化藥劑na2co3，堿量為13.5kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩爾比為1.7)。脫鈣后第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，該caco3為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例為93％，可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，被重新利用到濕法脫硫過程中。經(jīng)澄清箱和第二級脫水機分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，其出水鎂硬度為67mg/l，鈣硬度≤60mg/l。

實施例3

采用上述系統(tǒng)及方法對初始鎂硬度和鈣硬度(以caco3計)分別為9083mg/l、4358mg/l的水量為22m³/h脫硫廢水c進行軟化，外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁安裝有呈環(huán)形分布的壓力噴嘴的兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比為5，導(dǎo)流筒為一段，高徑比為3，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器前設(shè)置廢水旋流器和纖維過濾器。脫鎂過程，選擇的堿性軟化劑為naoh，堿量為192kg/h(oh^—/mg²⁺的摩爾比為2.4)，反應(yīng)在0.01m/s、3.36m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行；脫鈣過程，co2來自于經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，含量為12％。反應(yīng)在0.02m/s、4.35m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行，受co2溶解度影響，鈣無法完全脫除，co2脫鈣后鈣硬度由4358mg/l降低200mg/l，因此添加輔助性的軟化藥劑na2co3，堿量為8.4kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩爾比為1.8)。脫鈣后第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，該caco3為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例為90％，可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，被重新利用到濕法脫硫過程中。經(jīng)澄清箱和第二級脫水機分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，其出水鎂硬度為46mg/l，鈣硬度≤52mg/l。

實施例4：

采用上述系統(tǒng)及方法對初始鎂硬度和鈣硬度(以caco3計)分別為11200mg/l、8400mg/l的水量為20m³/h脫硫廢水d進行軟化，外部筒體反應(yīng)器頂部內(nèi)壁安裝有呈環(huán)形分布的壓力噴嘴的兩級氣升式環(huán)流反應(yīng)器的高徑比為9，導(dǎo)流筒為等高的三段，總高徑比為7，第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器前設(shè)置廢水旋流器和纖維過濾器。脫鎂過程，選擇的堿性軟化劑為naoh，堿量為197kg/h(oh^—/mg²⁺的摩爾比為2.2)，反應(yīng)在0.02m/s、4.35m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行；脫鈣過程，co2來自于經(jīng)脫硫脫硝后的煙氣，含量為14％，反應(yīng)在0.01m/s、3.36m/s的表觀氣速、循環(huán)液速下進行，受co2溶解度影響，鈣無法完全脫除，co2脫鈣后鈣硬度由8400mg/l降低300mg/l，因此添加輔助性的軟化藥劑na2co3，堿量為11.4kg/h(co3^2-/ca²⁺的摩爾比為1.8)。脫鈣后第二級氣升式環(huán)流反應(yīng)器中產(chǎn)生大量的沉淀物，主要成分為caco3，該caco3為穩(wěn)定的方解石晶體結(jié)構(gòu)，比例為95％，可以作為良好的脫硫劑繼續(xù)使用，被重新利用到濕法脫硫過程中。經(jīng)澄清箱和第二級脫水機分離后的清液為高度軟化的脫硫廢水，其出水鎂硬度為78mg/l，鈣硬度≤55mg/l。

應(yīng)理解，上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于供本領(lǐng)域技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并非具體實施方式的窮舉，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。