本发明属于废水处理领域，涉及一种高硬度废水软化及资源回收系统及方法。
背景技术：
电力、钢铁等工业生产过程中均会产生高硬度废水，例如火电厂脱硫废水、化工行业等工业循环冷却水等，该类废水含盐量高，污染性强，直接排放对环境危害极大。
高硬度废水中含有较高的ca2+、mg2+等致垢离子，处理过程中往往需要对废水进行软化等预处理。目前传统的软化预处理包括化学法和离子交换法等工艺。化学法在各种高硬度废水去除钙镁的实际应用中最为普遍，其主要机理是向废水中投加一定的化学药剂(如氢氧化钠或氢氧化钙，碳酸钠等)，使废水中钙镁离子形成难溶盐而沉淀除去。工业中高硬度废水中硬度较高且水量较大，软化用化学药剂费用高，同时产生大量的污泥对环境造成二次污染。离子交换法在废水除硬，生产软水的工艺中应用广泛，但不适用于高盐废水除硬，一方面由于高硬度废水ca2+、mg2+含量极高，离子交换树脂交换容量有限，会造成系统规模大，运行中再生频繁；另一方面树脂再生过程中不仅耗费大量酸碱药剂，也会产生再生高盐废水，存在二次污染。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高硬度废水软化及资源回收系统及方法，该系统及方法能够实现高硬度废水的处理，同时避免造成二次污染，且系统结构简单，操作方便。
为达到上述目的，本发明所述的高硬度废水软化及资源回收系统包括高硬度废水来水管路、过滤预处理装置、离子分离置换装置、镁反应装置、钙反应装置、提取液回收水池、双极膜酸碱制备装置、碱回用装置、酸液回用装置及烟气系统；
高硬度废水来水管路与过滤预处理装置的入口相连通，过滤预处理装置的出口与离子分离置换装置的入口相连通，离子分离置换装置的ca2+、mg2+离子富集液管路出口与镁反应装置的入口相连通，镁反应装置的出口与钙反应装置的入口相连通，钙反应装置的出口与提取液回收水池的入口相连通，提取液回收水池的出口与离子分离置换装置的提取液入口相连通。
离子分离置换装置的致垢型阴离子富集液管路出口与双极膜酸碱制备装置的入口相连通，双极膜酸碱制备装置的碱液管路出口与碱回用装置的入口相连通，碱回用装置的出口与镁反应装置的碱液加药管路入口相连通，双极膜酸碱制备装置的酸液管路出口与酸液回用装置的入口相连通，酸液回用装置的出口与离子分离置换装置的极液室管路入口相连通。
离子分离置换装置的提取液出口与提取液回收水池的入口相连通，离子分离置换装置的脱盐液管路出口与外接的工业用水系统相连通；
烟气系统的出口与钙反应装置的入口相连通。
还包括提取液浓缩装置，提取液回收水池的出口与提取液浓缩装置的入口相连通，提取液浓缩装置的浓水出口与离子分离置换装置的提取液入口相连通。
过滤预处理装置为多介质过滤器、砂滤、自清洗过滤器及超滤中的一种或多种工艺设备的组合；
提取液浓缩装置为反渗透装置或电渗析装置。
一种高硬度废水软化及资源回收方法包括以下步骤：
待处理的高硬度废水经预沉后进入过滤预处理装置中，以除去废水中悬浮物，使废水达到离子分离置换装置的进水要求，然后进入离子分离置换装置中进行离子分离置换处理，离子分离置换装置输出ca2+、mg2+离子富集液、致垢型阴离子富集液、脱盐液及提取液，其中，离子分离置换装置输出的ca2+、mg2+离子富集液进入镁反应装置中，同时通过碱液回用装置向镁反应装置加入碱液，ca2+、mg2+离子富集液利用碱液生成mg(oh)2，除去并回收溶液中的mg2+，镁反应装置输出的溶液进入到钙反应装置中，并在钙反应装置中与烟气中的co2反应，生成caco3沉淀，以去除并回收溶液中ca2+，钙反应装置输出的水进入提取液回收水池中；
离子分离置换装置输出的致垢型阴离子富集液进入双极膜酸碱制备装置中，利用双极膜将废水制成酸溶液及碱溶液，其中，碱溶液进入碱液回用装置，酸溶液进入酸液回用装置，酸液回用装置输出的酸液进入到离子分离置换装置中，用于调节离子分离置换装置中极液的ph值；
离子分离置换装置输出的脱盐液进入到外界的工业用水系统回用；
离子分离置换装置输出的提取液及钙反应装置输出的溶液进入到提取液回收水池中混合，然后经提取液浓缩装置浓缩处理，其中，提取液浓缩装置输出的淡水进入外界的工业用水系统中进行回用，提取液浓缩装置输出的浓水进入到离子分离置换装置中。
工业用水系统为火电厂脱硫系统或循环水系统。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高硬度废水软化及资源回收系统及方法在具体操作时，将高硬度废水先进行过滤处理，再送入离子分离置换装置中进行离子分离置换处理，离子分离置换装置输出ca2+、mg2+离子富集液、致垢型阴离子富集液、脱盐液及提取液，其中，ca2+、mg2+离子富集液依次经镁反应装置及钙反应装置处理，以去除ca2+及mg2+离子，然后送入提取液回收水池，致垢型阴离子富集液送入双极膜酸碱制备装置中，以制成酸溶液及碱溶液，其中，酸液用于调节离子分离置换装置中极液的ph值，碱液输入至镁反应装置中，用于去除mg2+离子，脱盐液直接外排后回用，提取液进入到提取液回收水池，提取液回收水池输出的提取液经提取液浓缩装置浓缩处理后回用至离子分离置换装置中，以实现高硬度废水的处理，同时避免造成二次污染，且系统结构简单，操作方便。另外，需要说明的是，本发明通过高硬度废水中致垢离子的定向迁移分离，使废水中ca2+、mg2+离子与提取液中不致垢阴离子结合，生成无结垢倾向的钙、镁离子富集液；废水中的致垢型阴离子与提取液中的不致垢阳离子结合，同样生成无致垢倾向的溶液，使高硬度废水完全成为无节垢倾向的两种溶液，实现废水软化，整个过程中完全避免石灰、碳酸钠等软化药剂的投加，大幅降低废水软化处理成本。另外，生成氢氧化镁可用于生产阻燃剂等工业产品；生成的caco3可回用为燃煤电厂脱硫剂，实现资源化处置，同时可以实现烟气中co2的固定，降低工业碳排放，整个系统不会产生固体废物，大幅降低高硬度废水运行成本，实现废水资源化处置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为过滤预处理装置、2为离子分离置换装置、3为镁反应装置、4为钙反应装置、5为提取液回收水池、6为提取液浓缩装置、7为双极膜酸碱制备装置、8为碱液回用装置、9为酸液回用装置、10为烟气系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的高硬度废水软化及资源回收系统包括高硬度废水来水管路、过滤预处理装置1、离子分离置换装置2、镁反应装置3、钙反应装置4、提取液回收水池5、双极膜酸碱制备装置7、碱回用装置8、酸液回用装置9及烟气系统10；高硬度废水来水管路与过滤预处理装置1的入口相连通，过滤预处理装置1的出口与离子分离置换装置2的入口相连通，离子分离置换装置2的ca2+、mg2+离子富集液管路出口与镁反应装置3的入口相连通，镁反应装置3的出口与钙反应装置4的入口相连通，钙反应装置4的出口与提取液回收水池5的入口相连通，提取液回收水池5的出口与离子分离置换装置2的提取液入口相连通，离子分离置换装置2的致垢型阴离子富集液管路出口与双极膜酸碱制备装置7的入口相连通，双极膜酸碱制备装置7的碱液管路出口与碱回用装置8的入口相连通，碱回用装置8的出口与镁反应装置3的碱液加药管路入口相连通，双极膜酸碱制备装置7的酸液管路出口与酸液回用装置9的入口相连通，酸液回用装置9的出口与离子分离置换装置2的极液室管路入口相连通，离子分离置换装置2的提取液出口与提取液回收水池5的入口相连通，离子分离置换装置2的脱盐液管路出口与外接的工业用水系统相连通；烟气系统10的出口与钙反应装置4的入口相连通。
本发明还包括提取液浓缩装置6，提取液回收水池5的出口与提取液浓缩装置6的入口相连通，提取液浓缩装置6的浓水出口与离子分离置换装置2的提取液入口相连通。
本发明所述的高硬度废水软化及资源回收方法包括以下步骤：
待处理的高硬度废水经预沉后进入过滤预处理装置1中，以除去废水中悬浮物，使废水达到离子分离置换装置2的进水要求，然后进入离子分离置换装置2中进行离子分离置换处理，离子分离置换装置2输出ca2+、mg2+离子富集液、致垢型阴离子富集液、脱盐液及提取液，其中，离子分离置换装置2输出的ca2+、mg2+离子富集液进入镁反应装置3中，同时通过碱液回用装置8向镁反应装置3加入碱液，ca2+、mg2+离子富集液利用碱液生成mg(oh)2，除去并回收溶液中的mg2+，镁反应装置3输出的溶液进入到钙反应装置4中，并在钙反应装置4中与烟气中的co2反应，生成caco3沉淀，以去除并回收溶液中ca2+，钙反应装置4输出的水进入提取液回收水池5中；
离子分离置换装置2输出的致垢型阴离子富集液进入双极膜酸碱制备装置7中，利用双极膜将废水制成酸溶液及碱溶液，其中，碱溶液进入碱液回用装置8，酸溶液进入酸液回用装置9，酸液回用装置9输出的酸液进入到离子分离置换装置2中，用于调节离子分离置换装置2中极液的ph值；
离子分离置换装置2输出的脱盐液进入到外界的工业用水系统回用；
离子分离置换装置2输出的提取液及钙反应装置4输出的溶液进入到提取液回收水池5中混合，然后经提取液浓缩装置6浓缩处理，其中，提取液浓缩装置6输出的淡水进入外界的工业用水系统中进行回用，提取液浓缩装置6输出的浓水进入到离子分离置换装置2中。
所述的废水回用工业系统，可根据水质等条件选用火电厂脱硫系统、循环水系统等；过滤预处理装置1可选用多介质过滤器、砂滤、自清洗过滤器、超滤等一种或多种工艺设备的组合；提取液浓缩装置6可选用反渗透、电渗析等工艺设备。
实施例一
某火电厂脱硫系统产生约10m3/h的高硬度、高盐、强污染性的脱硫废水，脱硫废水含盐量约84800mg/l，ca2+20mmol/l，mg2+730mmol/l，cl–377mmol/l。在经过预沉池沉淀后，去除大部分石膏等大颗粒易沉淀的悬浮物，进而经过多介质过滤器过滤-超滤组成的过滤预处理装置1中进行处理，然后送入离子分离置换装置2中，并通过离子分离置换装置2对高硬度脱硫废水进行离子分离置换软化，其中，离子分离置换装置2输出的淡化液电导可降至5000μs/cm以下，cl–含量大幅降低，可回用于脱硫塔，实现废水回用；离子分离置换装置2产生的ca2+、mg2+离子富集液进入镁反应装置3中，在镁反应装置3中与加入的碱液反应生成mg(oh)2，反应的ph值约为11.2，出水中mg2+浓度可降至2mmol/l以内；镁反应装置3的出水进入钙反应装置4中，在钙反应装置4中，与通入的co2含量为17％的烟气进行反应，生成碳酸钙沉淀，出水中ca2+含量低于1mmol/l。
离子分离置换装置2产生的致垢型阴离子富集液进入双极膜酸碱制备装置7中，反应产生浓度分别为1.5mol/l以上的酸溶液及碱溶液，其中，酸溶液输入到离子分离置换装置2中，用于调节离子分离置换装置2中的极水ph，碱溶液输入至镁反应装置3中。
离子分离置换装置2输出的提取液与钙反应装置4输出的溶液混合于提取液回收水池5中，然后进入提取液浓缩装置6中进行浓缩，提取液浓缩装置6的回收率在50％以上，淡水含盐量在500mg/l以内，可以直接回用于脱硫系统；浓缩后提取液含盐量达到85g/l，回用于离子分离置换装置2中，实现脱硫废水全部回用，大幅降低废水软化工艺的药剂消耗，降低废水处理成本。
技术特征：
1.一种高硬度废水软化及资源回收系统，其特征在于，包括高硬度废水来水管路、过滤预处理装置(1)、离子分离置换装置(2)、镁反应装置(3)、钙反应装置(4)、提取液回收水池(5)、双极膜酸碱制备装置(7)、碱回用装置(8)、酸液回用装置(9)及烟气系统(10)；
高硬度废水来水管路与过滤预处理装置(1)的入口相连通，过滤预处理装置(1)的出口与离子分离置换装置(2)的入口相连通，离子分离置换装置(2)的ca2+、mg2+离子富集液管路出口与镁反应装置(3)的入口相连通，镁反应装置(3)的出口与钙反应装置(4)的入口相连通，钙反应装置(4)的出口与提取液回收水池(5)的入口相连通，提取液回收水池(5)的出口与离子分离置换装置(2)的提取液入口相连通；
离子分离置换装置(2)的致垢型阴离子富集液管路出口与双极膜酸碱制备装置(7)的入口相连通，双极膜酸碱制备装置(7)的碱液管路出口与碱回用装置(8)的入口相连通，碱回用装置(8)的出口与镁反应装置(3)的碱液加药管路入口相连通，双极膜酸碱制备装置(7)的酸液管路出口与酸液回用装置(9)的入口相连通，酸液回用装置(9)的出口与离子分离置换装置(2)的极液室管路入口相连通；
离子分离置换装置(2)的提取液出口与提取液回收水池(5)的入口相连通，离子分离置换装置(2)的脱盐液管路出口与外接的工业用水系统相连通；
烟气系统(10)的出口与钙反应装置(4)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的高硬度废水软化及资源回收系统，其特征在于，还包括提取液浓缩装置(6)，提取液回收水池(5)的出口与提取液浓缩装置(6)的入口相连通，提取液浓缩装置(6)的浓水出口与离子分离置换装置(2)的提取液入口相连通。
3.根据权利要求1所述的高硬度废水软化及资源回收系统，其特征在于，过滤预处理装置(1)为多介质过滤器、砂滤、自清洗过滤器及超滤中的一种或多种工艺设备的组合。
4.根据权利要求1所述的高硬度废水软化及资源回收系统，其特征在于，提取液浓缩装置(6)为反渗透装置或电渗析装置。
5.一种高硬度废水软化及资源回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
待处理的高硬度废水经预沉后进入过滤预处理装置(1)中，以除去废水中悬浮物，使废水达到离子分离置换装置(2)的进水要求，然后进入离子分离置换装置(2)中进行离子分离置换处理，离子分离置换装置(2)输出ca2+、mg2+离子富集液、致垢型阴离子富集液、脱盐液及提取液，其中，离子分离置换装置(2)输出的ca2+、mg2+离子富集液进入镁反应装置(3)中，同时通过碱液回用装置(8)向镁反应装置(3)加入碱液，ca2+、mg2+离子富集液利用碱液生成mg(oh)2，除去并回收溶液中的mg2+，镁反应装置(3)输出的溶液进入到钙反应装置(4)中，并在钙反应装置(4)中与烟气中的co2反应，生成caco3沉淀，以去除并回收溶液中ca2+，钙反应装置(4)输出的水进入提取液回收水池(5)中；
离子分离置换装置(2)输出的致垢型阴离子富集液进入双极膜酸碱制备装置(7)中，利用双极膜将废水制成酸溶液及碱溶液，其中，碱溶液进入碱液回用装置(8)，酸溶液进入酸液回用装置(9)，酸液回用装置(9)输出的酸液进入到离子分离置换装置(2)中，用于调节离子分离置换装置(2)中极液的ph值；
离子分离置换装置(2)输出的脱盐液进入到外界的工业用水系统回用；
离子分离置换装置(2)输出的提取液及钙反应装置(4)输出的溶液进入到提取液回收水池(5)中混合，然后经提取液浓缩装置(6)浓缩处理，其中，提取液浓缩装置(6)输出的淡水进入外界的工业用水系统中进行回用，提取液浓缩装置(6)输出的浓水进入到离子分离置换装置(2)中。
6.根据权利要求5所述的高硬度废水软化及资源回收方法，其特征在于，工业用水系统为火电厂脱硫系统或循环水系统。
技术总结
本发明公开了一种高硬度废水软化及资源回收系统及方法，包括高硬度废水来水管路、过滤预处理装置、离子分离置换装置、镁反应装置、钙反应装置、提取液回收水池、双极膜酸碱制备装置、碱回用装置、酸液回用装置及烟气系统；高硬度废水来水管路与过滤预处理装置的入口相连通，过滤预处理装置的出口与离子分离置换装置的入口相连通，离子分离置换装置的Ca2+、Mg2+离子富集液管路出口与镁反应装置的入口相连通，镁反应装置的出口与钙反应装置的入口相连通，钙反应装置的出口与提取液回收水池的入口相连通，提取液回收水池的出口与离子分离置换装置的提取液入口相连通，该系统及方法能够实现高硬度废水的处理，同时避免造成二次污染，且系统结构简单。
技术开发人、权利持有人：刘亚鹏;刘迁伟;毛进;逯佳琪;周明飞;王璟;张雯;郭娉;杨彤;冯倩
