本發明涉及一種廢水處理領域，更具體地說是涉及一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置及方法。
背景技術：
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，其典型水質如下表所示。
表1脫硫廢水典型水質
傳統的脫硫廢水零排放工藝普遍采用的是脫硫廢液直接進行處理的方法，即首先對廢水進行預軟化和過濾處理；然后將得到的軟化水先經高壓反滲透處理，淡水直接回用；最后濃水經濃縮設備(常見技術有碟管式反滲透和電驅動脫鹽)濃縮處理后進行蒸發，蒸發產生的鹽類則作為固體廢物處理。
可以看出傳統工藝路線設備復雜，而且材質要求極高。噸水設備投資約合70-120萬元，投資極高，行業阻力極大。而且軟化藥劑用量、脫鹽系統電耗、蒸發蒸汽、電耗消耗極大，噸水成本高達60-120元。傳統工藝每次只產生少量一次除鹽水，卻產出大量危險固體廢物，處置成本高昂。
綜上所述，傳統零排放工藝路線，尤其是預處理和后續蒸發部分導致投資、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一步改進，以降低處理能耗和簡化運行維護操作。
傳統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行系統的需求分析。
通過對濕法脫硫工藝進行分析：
(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平衡抑制因素，因此可以持續進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化成脫硫循環液中氯離子，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，即可實現脫硫廢液零排放，這就是脫硫廢液零排放的本質需求。
(4)傳統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進行分析擬定工藝，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-蒸發工藝流程，將脫硫廢液中所有離子轉化為固體廢物，水回收利用，工藝流程復雜，需要添加大量化學藥劑，以及使用大量能源，不僅造成嚴重的二次污染，而且導致廢液處理投資及處理成本極其高昂，經濟及社會效益很差，無法適應企業及社會需求。
技術實現要素：
為了克服現有脫硫廢液處理技術的不足，本發明提出了一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置及方法，該方法基于電驅動離子膜技術進行脫硫廢液的處理，達到了零排放的效果，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、能源消耗低和經濟效益好的優點。
本發明的一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置，包括脫硫廢液澄清池、沉淀過濾設備、稀釋罐、一多價離子分離電驅離子膜設備、均相濃縮電驅離子膜設備、雙極膜電驅離子膜設備；脫硫廢液澄清池通過載流管道與沉淀過濾設備連接，沉淀過濾設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離子膜設備連接，一多價離子分離電驅離子膜設備通過載流管道分別與脫硫廢液澄清池和均相濃縮電驅離子膜設備連接，均相濃縮電驅離子膜設備通過載流管道與雙極膜電驅離子膜設備連接，雙極膜電驅離子膜設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離子膜設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，對一價離子和多價離子進行分離的過程；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離子膜。
所述的均相濃縮電驅離子膜設備是直流電場作為推動力，以均相離子膜為分離介質，對溶液進行濃縮的工藝設備；均相離子膜是指通過化工合成方式生產的，離子基團在膜內均勻分布的離子交換膜，
所述的雙極膜電驅離子膜設備是指采用雙極膜為介質，通過直流電解過程將氯化鈉溶液轉化成氫氧化鈉和鹽酸的工藝設備。雙極膜是指一張離子膜兩側呈現不同離子屬性，一側為陽離子膜，另一側是陰離子膜，在直流電場中雙極膜會將水解離成氫氧根離子和氫離子。
本發明的一種基于電驅離子膜實現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入脫硫廢液澄清池，進行初步澄清，去除脫硫廢液中累積的大量石膏，得到脫硫廢液澄清液，脫硫廢液澄清液進入沉淀過濾設備進行沉淀、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)脫硫廢液稀釋液進入一多價離子分離電驅離子膜設備進行離子分離，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入脫硫廢液澄清池；氯化鈉濃度為(1.0～1.5)wt.％；
(4)氯化鈉進入均相濃縮電驅離子膜設備進行濃縮，濃縮后，得到濃縮氯化鈉；濃縮氯化鈉的濃度為(6～8)wt.％；
(5)濃縮氯化鈉進入雙極膜電驅離子膜設備進行電解，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入脫硫廢液澄清池，實現脫硫廢液堿度平衡，鹽酸作為副產品回收。
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入沉淀過濾設備中的沉淀池，進行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進入纖維過濾器進行過濾，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離子膜設備的單段分離效率≥90％，通過三段串聯，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，其工藝參數為：在陽極側得到氫氧化鈉，陰極側得到鹽酸，電解電流密度600～1000A/m2，運行電壓0.85～1.0V。
本發明的一種電驅離子膜處理脫硫廢液的工藝裝置和方法，相比于現有技術，其有益效果為：
第一、采用一多價離子分離電驅離子膜設備分離氯離子，不需要軟化預處理和徹底脫鹽，針對性解決本質需求，降低工藝投資、成本和風險；
第二、通過雙極膜電驅離子膜設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，實現閉路循環和資源化；
第三、采用分鹽和資源化，減少預處理和末端蒸發設備，大幅度降低設備投資和運行成本；
第四、不需要預處理藥劑和后端蒸發運行費用，同時生產酸堿，極大降低成本，產生效益；
第五、投資及運行成本顯著降低，同時產生副產品鹽酸，解決了企業零排放成本高的問題，優勢明顯。
附圖說明
圖1為本發明電驅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離子膜設備、5為均相濃縮電驅離子膜設備、6為雙極膜電驅離子膜設備；
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
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合實例對本發明作進一步詳細說明，但所舉實例不作為對本發明的限定。
以下實施例采用的設備均為市購，主要的設備型號為：
一多價離子分離電驅離子膜采用亞斯通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。
雙極膜電驅離子膜采用北京廷潤TRJBM型雙極膜。
以下實施例中，電驅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產出的脫硫廢液，脫硫廢液的成分組成如下表(表2)所示：
表2
實施例1
一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置，包括脫硫廢液澄清池1、沉淀過濾設備2、稀釋罐3、一多價離子分離電驅離子膜設備4、均相濃縮電驅離子膜設備5、雙極膜電驅離子膜設備6；
所述的沉淀過濾設備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備2的沉淀池2.1連接，沉淀過濾設備2的沉淀池2.1與沉淀過濾設備2的纖維過濾器2.2連接，沉淀過濾設備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離子膜設備4連接，一多價離子分離電驅離子膜設備4通過載流管道分別與脫硫廢液澄清池1和均相濃縮電驅離子膜設備5連接，均相濃縮電驅離子膜設備5通過載流管道與雙極膜電驅離子膜設備6連接，雙極膜電驅離子膜設備6通過載流管道與脫硫廢液澄清池1連接；
一種基于電驅離子膜實現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進入脫硫廢液澄清池1，進行初步澄清，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進入沉淀過濾設備2進行沉淀、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進入沉淀過濾設備2中的沉淀池2.1，進行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進入纖維過濾器2.2進行過濾，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)脫硫廢液稀釋液進入一多價離子分離電驅離子膜設備4進行離子分離，其一多價離子分離電驅離子膜設備的單段分離效率為90％，通過三段串聯，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.0wt.％；
(4)氯化鈉f進入均相濃縮電驅離子膜設備5進行濃縮，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進入雙極膜電驅離子膜設備6進行電解，電解工藝參數為：在陽極側得到氫氧化鈉，陰極側得到鹽酸，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1，實現脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產品回收。
實施例2
一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置，同實施例1。
一種基于電驅離子膜實現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進入脫硫廢液澄清池1，進行初步澄清，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進入沉淀過濾設備2進行沉淀、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進入沉淀過濾設備2中的沉淀池2.1，進行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進入纖維過濾器2.2進行過濾，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)脫硫廢液稀釋液進入一多價離子分離電驅離子膜設備4進行離子分離，其一多價離子分離電驅離子膜設備的單段分離效率為90％，通過三段串聯，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.5wt.％；
(4)氯化鈉f進入均相濃縮電驅離子膜設備5進行濃縮，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進入雙極膜電驅離子膜設備6進行電解，電解工藝參數為：在陽極側得到氫氧化鈉，陰極側得到鹽酸，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1，實現脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產品回收。
實施例3
一種基于電驅離子膜實現脫硫廢液零排放的工藝裝置，同實施例1。
一種基于電驅離子膜實現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進入脫硫廢液澄清池1，進行初步澄清，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進入沉淀過濾設備2進行沉淀、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進入沉淀過濾設備2中的沉淀池2.1，進行沉淀，得到沉降物和脫硫上清液；
脫硫上清液進入纖維過濾器2.2進行過濾，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)脫硫廢液稀釋液進入一多價離子分離電驅離子膜設備4進行離子分離，其一多價離子分離電驅離子膜設備的單段分離效率為91％，通過三段串聯，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1；氯化鈉f濃度為1.2wt.％；
(4)氯化鈉f進入均相濃縮電驅離子膜設備5進行濃縮，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進入雙極膜電驅離子膜設備6進行電解，電解工藝參數為：在陽極側得到氫氧化鈉，陰極側得到鹽酸，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通過載流管道進入脫硫廢液澄清池1，實現脫硫廢液堿度平衡；鹽酸h作為副產品回收。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術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明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發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。