CN103011426A

CN103011426A - 一种工业废水处理装置及处理方法

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Publication number: CN103011426A
Application number: CN2012105536961A
Authority: CN
Inventors: 李伟; 王丽梅; 李立敏; 贾永强; 闫东杰; 贾立庄; 冯功源
Original assignee: ENN Science and Technology Development Co Ltd
Current assignee: BEIJING NOVEL ENVIRONMENTAL PROTECTION Co Ltd
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-18
Also published as: CN103011426B

Abstract

本发明涉及一种工业废水处理装置及处理方法。所述装置包括反应器主体、进水管、出水管、排污管等，反应器主体内装填有填料。本发明通过将工业废水中的无机离子在填料表面结晶沉淀、长大，形成非均相结晶，从而有效去除工业废水中的无机离子，处理后的合格废水从出水管排出反应器。本发明通过不断补充填料或填料再生等方式使废水处理连续进行。与传统的处理方法相比，本发明无需絮凝、沉淀等单元，不产生污泥，具有处理速度快、去除率高、不易产生二次污染等优点，在实际工业应用中具有广阔的前景。

Description

一种工业废水处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及工业废水处理技术领域，尤其涉及一种工业废水处理装置及处理方法。

背景技术

化工、冶金、电子、电镀、造纸等行业排放的废水硬度偏高，易造成废水处理管道、设备和填料的腐蚀和结垢，给后续的废水处理带来一系列问题，例如缩短设备和管道的使用寿命，给正常维护管理增加了很大工作量，生物处理中使用的填料容易结垢和堵塞，由于管道堵塞使水头损失增加，由于水质恶化增加了不合格水的排放等。因此废水的结垢问题越来越引起人们的重视。废水的软化技术研究一直是国内外环保领域的重要课题。

石灰软化法、离子交换法和膜法是传统的水软化技术。工业废水量大，且未经处理的废水含有大量悬浮物、有机物等各种污染物，离子交换法和膜法不适合使用。石灰软化法倒是可以用于废水的软化处理，但是，石灰用量不当，会使出水水质不稳定，给运行管理带来困难。

软化处理的基本原理是：废水中含有一定数量的钙、镁离子，它们是构成水中硬度的主要成分。根据水中钙镁离子含量的多少，把水体分为软水和硬水。其中硬水在流通、加热和曝气过程中容易产生钙、镁的碳酸盐晶体附着在管道和设备上，称之为水垢，如果把水中的钙镁离子去除或更换为不易结垢的钠和氢离子，这个处理过程称之为软化。

反渗透的水源有地表水和地下水两种。地下水水质一般终年稳定，由于土壤层的过滤作用，地下水基本没有悬浮物，污染指数SDI值小，浊度低，可简化反渗透的预处理，比较适宜做反渗透的水源。但含有游离CO₂的地下水通过土壤和岩石时溶解了其中各种可溶性矿物质和钙、镁的碳酸盐，故地下水的硬度一般比地表水大，通常在100~500mg/L。在反渗透除盐过程中，由于反渗透膜对Ca²⁺的透过率几乎为零，当给水被浓缩时，浓水中Ca²⁺浓度成倍增加，而反渗透膜对水中CO₂的透过率几乎为100%，导致浓水侧pH升高，引起水中HCO₃ ^-转化为CO₃ ^2-，这样，极容易造成CaCO₃在反渗透膜表面上结垢析出，使反渗透膜压差增大，产水率和脱盐率下降。原水硬度越高，结垢的可能性就越大。故地下水反渗透除盐系统中原水预处理的重点是防止膜表面结垢。

随着水处理技术的发展，在无机废水处理上出现了许多新的处理技术，流态化诱导结晶沉积法就是其中之一。该技术是利用诱导结晶原理和流化床方法，将要去除的物质结晶沉积在填料（硅砂等）的表面上，广泛应用于废水中无机污染物的去除，如处理重金属废水、含氟废水、磷酸盐废水以及水的软化处理等。与一般的化学沉淀法相比，诱导结晶沉积法具有反应快、占地面积小、不产生污泥等优点，有着广泛的实际应用前景。

赵晖等（赵晖，孙杰等。流态化诱导结晶沉积法处理无机废水的研究进展。应用化工，2007，36（10）：1021~1023）介绍了流态化诱导结晶沉积法的原理综述了该方法在无机废水处理中的应用研究，着重介绍其在重金属离子、磷酸盐、氟离子以及水的软化处理方面的研究进展。

但是，现有的流态化诱导结晶沉积法在废水软化方面的去除率较低，只能达到63%左右，不能满足工业废水处理的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服传统中和沉淀法、膜法等处理工业废水的诸多缺点，提供一种去除废水硬度效果好、成本低且沉降性好的工业废水处理装置和方法。

本发明装置和方法还可以用于反渗透排出浓盐水处理和循环冷却水的浓缩排污水等的高盐水处理。

本发明装置和方法还可以用于膜预处理除盐技术。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一在于提供一种工业废水处理装置，所述装置包括：

反应器主体，该反应器主体具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部装填有填料；

进水管，开口于反应器主体内部空间，用于使废水进入反应器；

出水管，贯穿设置于反应器主体器壁，开口于反应器主体内部空间，用于处理后的废水出水；

排污管，贯穿设置于反应器主体器壁，开口于反应器主体内部空间，用于将相应物料排出。

本发明所述处理装置中的进水管、出水管、排污管的具体设置，可由本领域技术人员根据经验进行选择，能够实现其相应功能即可。例如：将进水管贯穿设置于反应器主体器壁的下部，或者直接从反应器主体顶部伸入其内部空间；出水管贯穿设置于反应器主体器壁的上部，排污管贯穿设置于反应器主体器壁的下部或底部。所述进水管、出水管、排污管的个数可由本领域技术人员根据实际情况进行设计。本发明在下文提供了上述部件的优选设置形式，能够更好地实现进水、出水、排污等功能。

本发明所述反应器主体具有承压能力，能够耐受并维持其内部空间的水压等压力。所述进水管用于将待处理废水在一定压力和速度下引入反应器内。所述出水管用于将处理后的废水排出反应器。所述排污管用于将不再参与后续处理的物料排出系统。本领域技术人员根据实际生产情况，能够确定上述入管或出管所需的个数，以更好的实现各自的功能，实现本发明的目的。

本发明的优选方案之一是将所述反应器主体内的填料固定于反应器内，优选地，所述填料通过网板固定于反应器内。也即是，将本发明装置设计为固定床反应器来处理工业废水，具体处理方法在下文进行描述。

本发明的优选方案之二是将所述反应器主体内的填料不固定，即将本发明装置设计为流化床反应器。当本发明装置为流化床反应器时，所述反应器主体还包括进料管，贯穿设置于反应器主体器壁，开口于反应器主体内部空间，用于向反应器中加填料。优选地，所述反应器主体还包括内循环进水管和内循环出水管，贯穿设置于反应器主体器壁，开口于反应器主体内部空间，用于内循环水的进出。内循环水流的作用主要是通过内循环水的流动使反应器内的填料流态化。在适当情况下，内循环水进水管可以和废水进水管共用。

本发明所述填料为碳酸钙、硫酸钙、硅砂或聚氨酯填料中的一种或至少两种的混合物。碳酸钙、硫酸钙或硅砂填料粒径为0.01~2mm，优选0.1~1mm。粒径太小，不利于沉淀；粒径太大，流化速度提高，耗能增加。本发明所述的聚氨酯填料典型但非限制性的例子为CN102531149A中公开的一种生物填料，包含至少一块高硬聚氨酯泡沫，该泡沫具有孔，孔中含有活性炭颗粒；和包络住所述高硬聚氨酯泡沫的笼，该笼由聚合物制成。

所述装置还包括曝气管，贯穿设置于反应器主体器壁，开口于反应器主体内部空间，用于曝气。当所述反应器主体内的填料用网板固定，即形成固定床反应器时，曝气一方面可以调节废水pH值，另一方面在固定床运行一段时间后，停止进废水，排空装置内废水，取下网板，加大曝气量，吹干填料，继续曝气，使填料处于流化状态，通过填料的相互碰撞去除填料上的沉积垢；重新固定填料，继续处理废水，使填料得到再生。当反应器内的填料不固定，在处理废水过程中，通过高速进水、内循环水流或曝气等方式，使填料流态化，形成流化床反应器，此时曝气的作用为使填料流态化。

本发明所述装置还包括导流管，所述导流管用于将通过进水管进入反应器主体的废水导入填料区。本领域技术人员可以根据导流管的功能将其安装于进水管朝向反应器内的一侧，以便将通过进水管进入反应器主体的废水更好地导流入填料区，使废水与填料充分接触，使废水中的无机离子结晶沉淀于填料表面。导流作用可以为从上到下导流或者从下到上导流。

本发明所述进水管位于反应器主体的下部；出水管位于反应器主体上部，设有溢流槽；排污管位于反应器主体下部和/或底部。

优选地，所述曝气管位于反应器主体下部和/或底部。

优选地，所述进料管位于反应器主体下部；所述内循环进水管和内循环出水管分别位于反应器主体下部和上部。

本发明所述装置具有平底、锥形底或半球底。

所述反应器主体为上下统一的圆柱状，或上部大、下部小的倒锥状，或下部为圆柱状、上部为直径大于下部的圆柱状。后两种反应器主体形状用于流化床反应器时，能够使填料更好地沉降。

本发明的目的之二在于提供一种利用本发明设计的固定床反应器装置处理工业废水的方法：将工业废水通过进水管泵入反应器，使废水与网板固定的填料接触，废水中的无机离子在填料表面结晶沉淀、长大，形成非均相结晶，从而有效去除工业废水中的无机离子，处理后的合格废水从出水管排出反应器；当处理效果不明显时，停止进水，通过排污管排空反应器内废水，取下网板，加大曝气量，吹干填料，继续曝气，使填料处于流化状态，通过填料的相互碰撞去除填料上的沉积垢，由排污管排出；重新固定填料，继续处理废水。

所述固定床反应器中使用的填料优选聚氨酯填料，其大小约为1.5cm×1.5cm~4cm×4cm，本发明所述的碳酸钙、硫酸钙或硅砂等填料也可以用于固定床反应器。

本发明的目的之三在于提供一种利用本发明设计的流化床反应器装置处理工业废水的方法：将工业废水通过进水管泵入反应器，使废水与流态化的填料接触，废水中的无机离子在填料表面结晶沉淀、长大，形成非均相结晶，从而有效去除工业废水中的无机离子，处理后的合格废水从出水管排出反应器；附着有无机离子的填料逐渐沉降到反应器底部，从排污管排出。

在处理过程中，所述的流化床从下到上为依次连通的填料沉降区、流态化结晶区和固液分离区。

所述流化床反应器中的填料优选碳酸钙、硫酸钙或硅砂填料，也可以选用聚氨酯填料。

所述填料的流态化可通过增大废水进管速度、内循环水流或曝气实现。优选地，进水速度或内循环水流速度为0.01~0.1m/s，例如0.011~0.096m/s，0.025~0.083m/s，0.04~0.06m/s，0.052m/s等，优选0.04~0.06m/s。

将本发明装置用于工业废水软化时，在处理过程中保持废水为碱性，优选pH为7~12，进一步优选9~10.5；

优选地，通过向反应器中曝气和/或加碱液调节pH值。

在实际运行中，本领域技术人员可以通过反应条件的选择使废水中要去除的无机离子处于过饱和状态，废水进入反应器中，由于其中存在填料颗粒，减小了溶液产生晶粒的过饱和度，在晶粒较小时，废水中无机离子跳过形成晶核的过程，直接在现有晶核上生长，发生非均相的诱导结晶反应，反应器的容积不需要很大。因此，一般可生成难溶沉淀物的无机离子，如阳离子Cu²⁺，Zn²⁺，Ni²⁺，Cd²⁺，Pb²⁺，Ag⁺，Ca²⁺，Mg²⁺等，阴离子PO₄ ^3-，F^-等都可以用此方法去除。

本发明用于废水软化的原理：（1）废水中通过曝气或加碱调pH值，使废水中钙镁离子达到饱和状态；（2）废水进入反应器，由于反应器中存在晶体颗粒，减小了溶液产生晶粒的过饱和度，在晶粒较小时，废水中钙镁离子跳过形成晶核的过程，直接在现有晶核上生长；（3）随着晶体的生长，颗粒逐渐变大，其流化性减弱，最终停留在反应器底部后，从底部排污管直接排出。

本发明所述的固定床和流化床反应器可以串联使用：在流化床反应器后串联固定床反应器，废水从流化床进水管进入，出水通过固定床进水管进入固定床，最终出水从固定床出水管流出。在固定床和流化床反应器底部各存在两套布水系统。这种设计能够去除流化床出水中的细小悬浮颗粒，而且进一步去除钙镁离子。按上述方法运行一段时间后，改变运行方式，将原固定床作为流化床，将原流化床作为固定床，废水先经过流化床再进入固定床，如此反复运行。

与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明装置具有结构简单合理、操作简便、占地面积小等优点，去除废水硬度效果好、成本低且沉降性好。

2）本发明通过不断补充填料或填料再生等方式使废水处理连续进行。

3）与传统的处理方法相比，本发明无需絮凝、沉淀等单元，不产生污泥，具有处理速度快、去除率高、不易产生二次污染等优点，在实际工业应用中具有广阔的前景。

附图说明

图1是本发明具体实施例1的结构示意图；

图2是本发明具体实施例2的结构示意图；

图3是本发明具体实施例3的结构示意图；

图4是本发明具体实施例4的结构示意图；

图5是本发明具体实施例5的结构示意图；

图6是本发明具体实施例6的结构示意图。

图中：1-反应器主体；2-进水管；3-出水管；4-排污管；5-进料管；6-内循环进水管；7-内循环出水管；8-曝气管；9-导流管。

下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：

实施例1

如图1所示，一种工业废水处理装置，所述装置为固定床反应器，包括：

反应器主体1，该反应器主体1具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部通过网板固定装填有2.5cm×2.5cm的聚氨酯填料；

进水管2，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1的下部，用于使废水进入反应器；

出水管3，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1上部，用于处理后的废水出水；

曝气管8，贯穿设置于反应器主体1器壁，位于反应器主体1底部，开口于反应器主体1内部空间，用于填料再生时曝气；

排污管4，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1底部，用于填料再生时将废水和沉积垢排出。

所述反应器主体1为圆柱状，并具有锥形底。

实施例2

如图2所示，一种工业废水处理装置，所述装置为流化床反应器，包括：

反应器主体1，该反应器主体1具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部装填有粒径为0.1mm的硅砂；

排污管4，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1底部，用于将填料排出；

进料管5，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1下部，用于向反应器中加填料；

内循环进水管6和内循环出水管7，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，所述内循环进水管6和内循环出水管7分别位于反应器主体1下部和上部，用于内循环水的进出。

所述反应器主体为圆柱状，并具有锥形底。

反应器本体直径为150mm，高为1.5m。

用该装置处理新能达旗甲醇厂脱盐水站的反渗透浓水，浓盐水钙离子浓度为1295mg/L（以碳酸钙计），镁离子浓度为1080mg/L，调pH=10.5。反渗透浓水进水量为100L/天，内循环速度为0.04m/s，钙镁离子在细沙粒上逐渐形成结晶并生长，稳定后流化床出水钙离子浓度为180mg/L，镁离子浓度为212mg/L，钙离子去除率为86.1%，镁离子去除率为80.3%，钙离子、镁离子去除效果显著。

实施例3

本实施例装置为流化床反应器，与实施例2的区别在于反应器主体下部为圆柱状、上部为直径大于下部的圆柱状。

反应器主体下部直径为200mm，高为1.5m，上部直径为300mm，高为0.5m。

用该装置处理新能达旗甲醇废水，高硬甲醇废水钙离子浓度为1275mg/L（以碳酸钙计），镁离子浓度为540mg/L，调pH=9。高硬甲醇废水进水量为200L/天，内循环速度为0.06m/s，钙镁离子在碳酸钙晶体上逐渐形成结晶并生长，稳定后流化床出水钙离子浓度为248mg/L，镁离子浓度为210mg/L，钙离子去除率为80.5%，镁离子去除率为61.1%，该反应器去除废水中钙离子、镁离子效果显著。

实施例4

如图4所示，一种工业废水处理装置，所述装置为流化床反应器，包括：

反应器主体1，该反应器主体1具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部装有填料；

排污管4，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1下部，进水管2下方，用于将填料排出；

曝气管8，贯穿设置于反应器主体1器壁，位于反应器主体1底部，开口于反应器主体1内部空间，用于曝气。

反应器主体1下部为圆柱状、上部为直径大于下部的圆柱状，并具有锥形底。

用该装置处理新能达旗甲醇废水，高硬甲醇废水钙离子浓度为1275mg/L（以碳酸钙计），镁离子浓度为540mg/L，调pH=11。流化床内加入0.1~1mm的碳酸钙晶体，高硬甲醇废水进水量为200L/天，曝气量为12m³/h，反应器内保持流化状态，钙镁离子在碳酸钙晶体上逐渐形成结晶并生长，稳定后流化床出水钙离子浓度为205mg/L，镁离子浓度为182mg/L，钙离子去除率为83.9%，镁离子去除率为66.3%。说明当用曝气代替废水高速内循环实现流化态时，该反应器去除废水中钙离子效果仍然显著。

实施例5

如图5所示，一种工业废水处理装置，所述装置为固定床反应器，包括：

反应器主体1，该反应器主体1具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部通过网板固定装填有4cm×4cm的聚氨酯填料；

导流管9，设置于反应器内进水管2的出水端，用于将通过进水管2进入反应器主体1的废水导入填料区；

排污管4，贯穿设置于反应器主体1器壁，开口于反应器主体1内部空间，位于反应器主体1底部，用于填料再生时将废水排出。

所述反应器主体1为圆柱状，并具有锥形底。

实施例6

如图6所示，一种工业废水处理装置，所述装置为固定床反应器，包括：

反应器主体1，该反应器主体1具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部装填有1.5cm×1.5cm的聚氨酯填料；

进水管2，从反应器主体1顶部伸入并开口于反应器主体1内部空间，用于使废水进入反应器；

所述反应器主体1为圆柱状，并具有锥形底。

通过本发明工业废水处理装置及方法，钙离子去除率为80.1%，镁离子去除率为65.1%，超过现有技术的63%的去除率。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征以及处理方法，但本发明并不局限于上述详细结构特征以及处理方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征以及处理方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims

1.一种工业废水处理装置，其特征在于，所述装置包括：

反应器主体（1），该反应器主体（1）具有器壁，并具有封闭的底部和向上开口的顶部，其内部装填有填料；

进水管（2），开口于反应器主体（1）内部空间，用于使废水进入反应器；

出水管（3），贯穿设置于反应器主体（1）器壁，开口于反应器主体（1）内部空间，用于处理后的废水出水；

排污管（4），贯穿设置于反应器主体（1）器壁，开口于反应器主体（1）内部空间，用于将物料排出。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器主体（1）内的填料固定于反应器内；优选地，所述填料通过网板固定于反应器内。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应器主体（1）内的填料不固定；

优选地，所述反应器主体（1）还包括进料管（5），贯穿设置于反应器主体（1）器壁，开口于反应器主体（1）内部空间，用于向反应器中加填料；

优选地，所述反应器主体（1）还包括内循环进水管（6）和内循环出水管（7），贯穿设置于反应器主体（1）器壁，开口于反应器主体（1）内部空间，用于内循环水的进出。

4.如权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述填料为碳酸钙、硫酸钙、硅砂或聚氨酯填料中的一种或至少两种的混合物；

优选地，所述碳酸钙、硫酸钙或硅砂填料的粒径为0.01~2mm，优选0.1~1mm；

优选地，所述装置还包括曝气管（8），贯穿设置于反应器主体（1）器壁，开口于反应器主体（1）内部空间，用于曝气；

优选地，所述装置还包括导流管（9），所述导流管（9）用于将通过进水管（2）进入反应器主体（1）的废水导入填料区。

5.如权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述进水管（2）位于反应器主体（1）的下部；出水管（3）位于反应器主体（1）上部，设有溢流槽；排污管（4）位于反应器主体（1）下部和/或底部；

优选地，所述曝气管（8）位于反应器主体（1）下部和/或底部；

优选地，所述进料管（2）位于反应器主体（1）下部；所述内循环进水管（6）和内循环出水管（7）分别位于反应器主体（1）下部和上部。

6.如权利要求1-5之一所述的装置，其特征在于，所述装置具有平底、锥形底或半球底。

优选地，所述反应器主体（1）为上下统一的圆柱状，或上部大、下部小的倒锥状，或下部为圆柱状、上部为直径大于下部的圆柱状。

7.一种利用如权利要求1、2、4、5或6所述的装置处理工业废水的方法，

将工业废水通过进水管（2）泵入反应器，使废水与网板固定的填料接触，废水中的无机离子在填料表面结晶沉淀、长大，形成非均相结晶，从而有效去除工业废水中的无机离子，处理后的合格废水从出水管（3）排出反应器；当处理效果不明显时，停止进水，通过排污管（4）排空反应器内废水，取下网板，加大曝气量，吹干填料，继续曝气，使填料处于流化状态，通过填料的相互碰撞去除填料上的沉积垢，由排污管（4）排出；重新固定填料，继续处理废水。

8.一种利用如权利要求1、3、4、5或6所述的装置处理工业废水的方法，

将工业废水通过进水管（2）泵入反应器，使废水与流态化的填料接触，废水中的无机离子在填料表面结晶沉淀、长大，形成非均相结晶，从而有效去除工业废水中的无机离子，处理后的合格废水从出水管（3）排出反应器；附着有无机离子的填料逐渐沉降到反应器底部，从排污管（4）排出。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述填料的流态化可通过增大废水进管速度、内循环水流或曝气实现；

优选地，废水进管速度或内循环水流速度为0.01~0.1m/s，优选0.04~0.06m/s。

10.如权利要求7-9之一所述的方法，其特征在于，将所述装置用于工业废水软化时，在处理过程中保持废水为碱性，优选pH为7~12，进一步优选9~10.5；

优选地，通过向反应器中曝气和/或加碱液调节pH值。