CN103435168B - 一种废水除钙方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种废水除钙方法。所述方法以曝气的方式向废水中通入气体，将废水中的CO2气体带走，使废水中的钙离子以固体钙盐的形式结晶析出。本发明提供的技术方案不需要投加任何化学药剂，不会造成二次污染。除了水体中本身所含有的钙析出，没有额外的沉淀物。
Description
技术领域
本发明涉及废水除硬技术领域，尤其涉及一种通过曝气去除废水中钙离子的方法。
背景技术
硬度在水处理及用水过程中会产生诸如结垢等问题，严重影响生活及工业生产。硬度过高还会对污水处理过程产生影响。因此，去除水中的硬度离子是解决结垢、改善水处理效果、净化水质的根本途径。目前如化学沉淀法、纳滤、反渗透、电渗析等多种技术都可用于水的软化，然而每种处理技术都存在其局限性。
化学沉淀法主要有石灰软化法及其组合工艺，如石灰/苏打软化法，石灰/苏打/磷酸软化法等。此类方法可对含钙较高的废水进行处理，但是，多种化学药剂的加入不仅提高了处理成本，而且石灰乳会导致水的pH值上升，出水pH还需投加酸回调，有可能引起二次污染；另外，加入石灰乳还会增加固体废弃物（CaCO3）的产量。
纳滤、反渗透、电渗析等方法都用到选择性膜材料，具有膜再生困难，工艺复杂，要用化学药剂清洗，成本高等缺点，只适用于低浓度硬度离子的去除。
目前急需一种简单，无污染的新的除钙方法对高含钙废水进行处理（钙离子浓度大于200mg/L）。
发明内容
本发明的目的在于提供一种废水除钙方法。本发明所述的废水除钙方法不需添加化学药剂，无二次污染，无额外的沉淀物。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种废水除钙方法，所述方法以曝气的方式向废水中通入气体，将废水中的CO2气体带走，使废水中的钙离子以固体钙盐的形式结晶析出。
以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述废水中钙离子浓度大于等于200mg/L。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述废水温度为25～60℃。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，向废水中通入的气体为空气和/或氮气。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述通入的气体与废水的体积比为10～200:1。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，使废水与通入的气体逆流接触。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，所述逆流接触时，水流方向与气流方向之间的角度为90°～180°。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，析出的固体钙盐随水流和气流继续运动，不断结合成大颗粒后再沉降。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，废水中设置有填料，经曝气后的废水流经填料使析出的固体钙盐吸附截留，并进一步促进固体钙盐的生长堆积。
优选地，在本发明提供的技术方案的基础上，通过曝气使废水的pH值调节为8～9.5。
与已有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供的技术方案不需要投加任何化学药剂，不会造成二次污染。除了水体中本身所含有的钙以固体盐的形式析出，没有额外的沉淀物，废渣量少。
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方式如下：
在本发明的一种典型的实施方式中，提供了一种废水除钙方法，所述方法以曝气的方式向废水中通入气体，将废水中的CO2气体带走，使废水中的钙离子以固体钙盐的形式结晶析出。
本发明上述技术方案不需要投加任何化学药剂，不会造成二次污染，且工艺简单。本发明通过曝气来改变水体中的化学平衡，利用曝气所引起水体中的水力学变化来促进碳酸钙的快速、大量形成。除了水体中本身所含有的钙以固体盐的形式析出，没有额外的沉淀物，废渣量少。
在本发明提供的技术方案的基础上，所述废水中钙离子浓度大于等于200mg/L。本发明所述废水除钙方法可适用于高含钙废水的除钙处理，例如钙离子浓度为600mg/L或1000mg/L的废水，此处不一一列举。
在本发明提供的技术方案的基础上，所述废水温度为25～60℃。所述废水温度过低、过高都会影响钙离子在水中的分散，不利于析出钙盐形成结晶。所述废水温度在30～45℃时效果更好。
本发明根据水体中的碳酸平衡原理：2HCO3 - CO3 2-+CO2↑+H2O，通过向废水中曝气，吹脱水中的CO2气体，打破了水体中的碳酸平衡体系，使平衡向右移动，水体pH升高。随着CO2气体的吹脱，水体中平衡体系不断向生成CO3 2-的方向进行，从而促进废水中钙离子与碳酸根离子结合生成碳酸钙晶粒，具体反应为：Ca(HCO3)2 CaCO3↓+CO2↑+H2O。向废水中通入的气体只要能够满足不与废水起反应即可，同时又考虑到廉价易得，因此在本发明提供的技术方案的基础上，向废水中通入的气体为空气和/或氮气。
在本发明提供的技术方案的基础上，所述通入的气体与废水的体积比为10～200:1，通入的气体与废水的体积比为10:1时，即可有除钙的效果。通入的气体与废水的体积比为200:1时，除钙效率可以达到较好的效果，气量再大除钙效果也没有明显变化，反而增加处理成本，降低经济性。本发明所述体积比优选60～120:1。所述曝气方式优选为匀速曝气。
在本发明提供的技术方案的基础上，使废水与通入的气体逆流接触。逆流接触的方式可以使废水与气体充分混合，气体对废水中CO2气体的吹脱效果更好，从而最终提高除钙效率。
在本发明提供的技术方案的基础上，所述逆流接触时，水流方向与气流方向之间的角度为90°～180°，可以使气水混合更充分。当水流方向与气流方向之间的角度为180°时，二者方向完全相反，此时的吹脱效果最好，除钙效率也最高。
在本发明提供的技术方案的基础上，析出的固体钙盐随水流和气流继续运动，不断结合成大颗粒后再沉降。在随水流和气流继续运动的过程中，结晶析出的碳酸钙晶粒可以结合成更大的晶粒，从而更容易沉降，最终排出。
在本发明提供的技术方案的基础上，废水中设置有填料，经曝气后的废水流经填料使析出的固体钙盐吸附截留，并进一步促进固体钙盐的生长堆积。填料可以对水流和气流进行高速的、多方位的切割，能够加剧水体中离子的运动，提高钙离子和碳酸根离子的结合概率。绝大部分碳酸钙晶粒流经填料时被吸附截留，但废水中仍然会有部分钙离子和碳酸根离子。这些钙离子和碳酸根离子穿过填料后运动加剧，在继续上升的过程中结合的几率大大增加，提高了结垢效率，除硬效果明显。
水体中形成的碳酸钙晶粒被吸附截留在填料滤层里，累积到一定程度后要对填料进行再生处理。视结垢情况，可以选择水洗或酸洗，也可以选择水洗、酸洗相结合的方式或其它填料再生方式。
在本发明提供的技术方案的基础上，通过曝气使废水的pH值调节为8～9.5，优选为8.5～9。
在实际实施过程中，本领域技术人员可以对实现本发明方法的相应装置进行设计。本发明并无特殊限制。
本发明所述的一种废水除钙方法的具体过程如下：预除钙废水与空气和/或氮气在反应器中逆流接触，进行充分混合。空气和/或氮气吹脱水中的CO2气体，打破水中的离子平衡，促进废水中钙离子与碳酸根离子结合生成碳酸钙晶粒。碳酸钙晶粒随着水流和气流向上运动，不断结合成大颗粒后再沉降至反应器底部。经曝气后的废水流经填料，填料对水流和气流进行高速的、多方位的切割，加剧了水体中离子的运动，增加了水体中继续上升的Ca2+和CO3 2-结合的几率。填料层可以为形成的碳酸钙垢质提供很好的附着层，使碳酸钙在形成之后迅速的附着在填料层中，又进一步促进碳酸钙的生长堆积，增大结垢效率。同时，水体中形成的碳酸钙晶粒被吸附截留在填料滤层里，累积到一定程度后要对填料进行再生。
被软化的水从出水口排出。生成的碳酸钙晶粒大部分截留在填料里，还有一小部分会进入到出水区。由于出水区水力变化，可以使碳酸钙沉淀在此区域缓慢下沉，进一步降低出水钙含量。碳酸钙沉淀至填料表面后可以通过水洗、酸洗将填料冲洗干净，再将垢质排出。
具体实施例1
某厂产生的污水，总硬度=1237.5mg/L，Ca2+=1045.4mg/L，污水温度为56℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的10倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向之间的角度为90°；通过曝气将污水的pH值调节为8.5～9。
经过本发明所述除钙处理后，污水总硬度降至719.4mg/L，Ca2+浓度降至515.5mg/L。
具体实施例2
某厂产生的废水，总硬度=1643.99mg/L，Ca2+=1583.2mg/L，废水温度为38℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的200倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向角度为180°；通过曝气将废水的pH值调节为8.7～9.1。
经过本发明所述除钙处理后，废水总硬度降至170.4mg/L，Ca2+浓度降至74.3mg/L。
具体实施例3
某厂产生的废水，总硬度=2130.4mg/L，Ca2+=2003.6mg/L，废水温度为45℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的120倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向角度为120°；通过曝气将废水的pH值调节为8～8.7。
经过本发明所述除钙处理后，废水总硬度降至363.5mg/L，Ca2+浓度降至192.5mg/L。
具体实施例4
某厂产生的废水，总硬度=1724.3mg/L，Ca2+=1514.4mg/L，废水温度为60℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的60倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向角度为180°；通过曝气将废水的pH值调节为8.8～9.5。
经过本发明所述除钙处理后，废水总硬度降至523.3mg/L，Ca2+浓度降至307.5mg/L。
具体实施例5
某厂产生的污水，总硬度=302.5mg/L，Ca2+=210.4mg/L，污水温度为25℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的60倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向角度为180°；通过曝气将废水的pH值调节为8.6～9。
经过本发明所述除钙处理后，污水总硬度降至100.4mg/L，Ca2+浓度降至45.5mg/L。
具体实施例6
某厂产生的废水，总硬度=686.6mg/L，Ca2+=593.2mg/L，废水温度为37℃。
在除钙过程中，曝气量为进水量的80倍，匀速曝气；废水与气体逆流接触，水流方向与气流方向角度为180°；通过曝气将废水的pH值调节为8.7～9.1。
经过本发明所述除钙处理后，废水总硬度降至132.8mg/L，Ca2+浓度降至55.5mg/L。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、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 (5)
1.一种废水除钙方法，其特征在于，以曝气的方式向废水中通入气体，将废水中的CO2气体带走，使废水中的钙离子以固体钙盐的形式结晶析出；
所述废水温度为30～45℃；
所述通入的气体与废水的体积比为60～120:1；
使废水与通入的气体逆流接触；所述逆流接触时，水流方向与气流方向之间的角度为90°～180°；
废水中设置有填料，经曝气后的废水流经填料使析出的固体钙盐吸附截留，并进一步促进固体钙盐的生长堆积。
2.如权利要求1所述的废水除钙方法，其特征在于，所述废水中钙离子浓度大于等于200mg/L。
3.如权利要求1所述的废水除钙方法，其特征在于，向废水中通入的气体为空气和/或氮气。
4.如权利要求1所述的废水除钙方法，其特征在于，析出的固体钙盐随水流和气流继续运动，不断结合成大颗粒后再沉降。
5.如权利要求1所述的废水除钙方法，其特征在于，通过曝气使废水的pH值调节为8～9.5。
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