CN104986894B - 一种气液联用软化高硬度废水的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气液联用软化高硬度废水的方法及装置，其中气液联用高硬度废水的方法包括如下步骤：将软化药剂与高硬度废水充分混合得到混合溶液；将混合溶液与二氧化碳气体接触反应；将混合溶液进行固液分离，完成高硬度废水的处理。装置包括气液联用喷淋塔、微纳曝气系统、平流沉淀池、砂滤罐，微纳曝气系统设置于气液联用喷淋塔的底部，平流沉淀池与位于气液联用喷淋塔上部的出水口连通，砂滤罐与位于平流沉淀池上部的溢流管连通。本发明提供的装置结构简单、处理量大、处理效率高，应用于气液联用软化高硬度废水方法中，具有成本低廉，处理效果好且工艺简单等优势。
Description
技术领域
本发明涉及水处理方法领域，具体是涉及到一种气液联用软化高硬度废水的方法及装置。
背景技术
有色金属采选矿等冶炼行业常会产生较大规模的高酸度、高重金属含量的废水，企业一般都是采用石灰或电石渣对污酸进行中和，同时沉淀重金属离子，其出水呈碱性，总硬度高达到2000～3000mg/L，高硬度废水有着诸多危害，需要对其软化处理，才能进行废水的回收利用以及深度处理。
以电化学工艺处理重金属废水为例，电化学工艺前端需要对高浓度重金属废水进行处理，投加大量的石灰以及絮凝剂将大部分重金属去除，并加酸调节pH至6～9，以保证电化学工艺的进水要求。废水在经过电化学工艺深度处理之后，出水中大部分有害重金属离子如Pb、Zn、Cd、Cu等都达能到了排放标准，但出水钙离子浓度仍然很高，如果这些高硬度废水直接排放进入水体中会影响水生生物新陈代谢，导致消化系统失调，对水生生物有直接的毒害作用。同时碳酸钙的蓄积沉淀会严重影响水生植物的光合作用，破坏水生生物的生存环境，并且，高硬度废水在进行回收利用时会发生严重的结垢现象，导致管道堵塞，锅炉能耗增加，影响生产工艺，造成严重的浪费。
传统的软化处理方法是用硫酸做中和药剂、碳酸钠作为软化药剂。以废水中的钙离子含量为基准，通常碳酸钠按理论加入量的1.5～2倍加入，出水总硬度通常在200～300mg/L左右，软化效果有限，且废水的盐含量会大大增加。更重要的是，碳酸钠药剂法，药剂用量大，成本较高，严重限制了其应用范围。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉，处理效果好且工艺简单的气液联用软化高硬度废水的方法。还提供了一种结构简单、处理量大、处理效率高的用于气液联用软化高硬度废水方法的装置。
为解决上述技术问题，本发明提供一种气液联用软化高硬度废水的方法，包括如下步骤：
S1、混合：将软化药剂与高硬度废水充分混合得到混合溶液；
S2、曝气软化：将所述混合溶液与二氧化碳气体接触反应；
S3、固液分离：将经过所述S2步骤中曝气软化处理后的混合溶液进行固液分离，完成高硬度废水的处理。
上述的方法，优选的，所述S1步骤中所述软化药剂包括60wt％～70wt％的碳酸钠和 30wt％～40wt％的碳酸钙。
上述的方法，优选的，所述S1步骤中所述混合溶液的pH为10.5～11.5。
上述的方法，优选的，所述S2步骤中所述二氧化碳气体由微纳曝气系统产生，所述微纳曝气系统产生的二氧化碳气体为纳米级别，大小为200nm～4μm。
上述的方法，优选的，所述S2步骤中所述混合溶液与二氧化碳气体充分接触反应的时间为10～15min，温度为15～30℃。
上述的方法，优选的，所述S2步骤中，所述二氧化碳气体与所述混合溶液的固液体积比为0.3～0.5。进一步的，二氧化碳可以选用液态二氧化碳气体，也可以选取工业含碳废气，气体中二氧化碳的浓度优选为50～90％。
上述的方法，优选的，所述S3步骤中所述固液分离步骤具体为通过砂滤罐过滤。
上述的方法，优选的，处理的高硬度废水中总硬度为1000～3000mg/L。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种用于气液联用软化高硬度废水的方法的装置，包括气液联用喷淋塔1、微纳曝气系统2、平流沉淀池3和砂滤罐4，所述微纳曝气系统2与所述气液联用喷淋塔1的底部连通，所述平流沉淀池3与位于所述气液联用喷淋塔1上部的出水口连通，所述砂滤罐4与位于所述平流沉淀池3上部的溢流管连通。
上述的装置，优选的，所述1气液联用喷淋塔底部连通有软化药剂投加系统5。
上述的装置，优选的，所述微纳曝气系统2包括依次连接的液态CO2储罐21、汽化器22和曝气头23，所述曝气头23设置于所述气液联用喷淋塔1的底部。优选的，曝气头23的外周缘紧贴于气液联用喷淋塔1底部的内壁。
本发明的创新点在于：
1、本发明提供一种气液联用软化高硬度废水的方法，工艺路线简单，不需要复杂的药剂溶解配制过程，降低了处理的操作难度和劳动强度。
2、本发明提供一种气液联用软化高硬度废水的方法，微纳曝气系统产生的二氧化碳气体，呈微小气泡在溶液中反应，其接触反应的比表面积更大，反应更为高效。
3、本发明提供一种气液联用软化高硬度废水的方法，在水体中不引入新的阳离子，降低了废水的含盐量，更容易满足回收利用需求及深度回收利用工艺的水质要求。
4、本发明反应气体对水样pH进行调节，在完成高硬度废水软化的同时，不需要重新进行pH回调，直接保证工艺反应出水在6～9之间，减少了药剂使用量，降低了成本，工艺运行安全性得到很大提高。
5、本发明提供了一种用于液联用软化高硬度废水的方法的装置，结构简单、处理量大、处理效率高、自动化程度更高，并且指标稳定。经本发明处理后的出水硬度指标远优于国家 污染物综合排放一级标准(GB8978-1996)，达到城市污水再生利用工业用水水质指标(GB-T19923-2005)，更利于回收利用和深度处理的需求。本发明的处理方法在工业废水的规模化处理中具有较好的应用前景。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1为本发明的处理流程图。
图2为用于气液联用高硬度废水方法的装置的结构示意图。
图例说明：
在附图中，1、气液反应喷淋塔；2、微纳曝气系统；3、平流沉淀池；4、砂滤罐；5、软化药剂投加系统；6、污水池；7、清水池；21、液态CO2；22、储罐汽化器；23、曝气头。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。以下实施例采用的高硬度废水为冶炼厂污酸预处理后的废水。
实施例1
参见图1：一种本发明的气液联用软化高硬度废水的方法，采取连续进水方式处理，处理量控制在1m3/h，具体包括以下步骤：
(1)制备软化药剂：将60wt％的碳酸钠(工业级99％)和40wt％(工业级99％)碳酸钙混合得到软化药剂。
(2)预处理：用石灰调节高硬度废水pH至10(高硬度废水pH为9～10均可实施)，同时去除废水中的大颗粒杂质，检测经过预处理后的高硬度废水的总硬度为2500mg/L，pH为10，电导率为4500us/cm。
(3)混合：将步骤(1)制备得到的软化药剂与经过步骤(2)预处理后的高硬度废水充分混合得到混合溶液，混合溶液的pH为10.7(混合溶液的pH为10.5～11.5均可实施)。
(4)曝气软化：将纳米级别(200nm～4μm)的二氧化碳气体(二氧化碳气体中二氧化碳的浓度为50％，在本发明中，二氧化碳气体中二氧化碳的浓度为50％～90％均可实施)与步骤(3)制备得到的混合溶液中接触反应10分钟，反应温度为15℃，控制二氧化碳与混合溶液的体积比为0.3。气液反应喷淋塔中压强为0.5Mpa。
(5)固液分离：经过步骤(4)曝气软化处理后的混合溶液通过砂滤罐进行固液分离，完成整个气液联用软化反应过程。
实施例1仅为本发明的优选实施例，在本发明中，软化药剂的成份为60wt％～70wt％的 碳酸钠和30wt％～40wt％的碳酸钙均可实施。
步骤(4)曝气软化过程中，混合溶液与二氧化碳气体充分接触反应的时间为10～15min，温度为15～30℃，二氧化碳气体与所述混合溶液的固液体积比为0.3～0.5，气液反应喷淋塔中压强为0.4～0.6Mpa均可实施。
实施例2
参见图2：一种用于气液联合高硬度废水的方法的装置，包括气液联用喷淋塔1、微纳曝气系统2、平流沉淀池3、砂滤罐4，软化药剂投加系统5、污水池6、清水池7。气液联用喷淋塔1底部设有进水口，污水池6与气液联用喷淋塔1的进水口连通，在污水池6与气液联用喷淋塔1之间设有软化药剂投加系统5，软化药剂投加系统5中的软化药剂与污水池6中的污水一起从气液联用喷淋塔1底部的进水口进入，其软化药剂投加系统5包括药剂储罐和计量泵(图未示出)。气液联用喷淋塔1底部还设有进气口，微纳曝气系统2与气液联用喷淋塔1底部的进气口连通。平流沉淀池3与位于气液联用喷淋塔1上部的出水口连通，砂滤罐4与位于平流沉淀池3上部的溢流管连通，砂滤罐4的出水口与清水池7连通。
微纳曝气系统2包括液态CO2储罐21、汽化器22和曝气头23，液态CO2储罐21中的液态CO2通过汽化器22气化成气体，气体从气液联用喷淋塔1底部的进气口进入，在设置于气液联用喷淋塔1底部进气口的曝气头23的作用下，将二氧化碳气体切割、打散成纳米级别的二氧化碳气体。纳米级别的二氧化碳气体从气液联用喷淋塔1底部进入，与高硬度废水混合。本实施例优选的气液联用喷淋塔1底部为锥形结构，曝气头23的外周缘为气液联用喷淋塔1的锥形结构相匹配的锥形结构。曝气头23的外周缘紧贴于气液联用喷淋塔1底部内壁。
一种采用实施例2的装置应用于高硬度废水处理的方法：
(1)制备软化药剂：将60wt％的碳酸钠(工业级99％)和40wt％(工业级99％)碳酸钙混合得到软化药剂。
(2)预处理：用石灰调节处于污水池6的高硬度废水pH值至10，同时去除废水中的大颗粒杂质，检测经过预处理后的高硬度废水的总硬度为2500mg/L，pH为10，电导率为4500us/cm。
(3)将污水池1中的高硬度废水通过离心泵抽出，同时药剂储罐中的软化药剂通过计量泵抽出与高硬度废水混合得到混合溶液，然后混合溶液进入气液反应喷淋塔1中。
(4)在步骤(1)进行的同时，液态CO2储罐21中的液态CO2通过汽化器22得到CO2气体，二氧化碳气体从气液反应喷淋塔1的进气口进入，通过设置于气液联用喷淋塔1底部的曝气头23作用，将二氧化碳气体切割、打散成纳米级别的二氧化碳气体(二氧化碳气体在混合溶液中形成的气泡大小为200nm～4μm)，通过气体流量计控制二氧化碳与混合溶液的体积比为0.3。纳米级别的二氧化碳气体与混合溶液，在气液反应喷淋塔1中，以15℃反应10分钟，反应过程中气液反应喷淋塔1中压强为0.5Mpa。
(5)反应完成后，曝气软化处理后的混合溶液从位于气液反应喷淋塔1顶部的溢流管中流出，通入平流沉淀池中3，经过沉淀后，上清液从位于平流沉淀池3顶部的溢流管中流出。
(6)从平流沉淀池3中流出的上清液通过砂滤罐4，细颗粒碳酸钙污泥被拦截，出水清液从砂滤罐4顶部自流进入清水池7，截留的碳酸钙污泥通过反冲洗进行压滤。
对比例1
(1)预处理：将高硬度废水输送入均化池中，用石灰调节废水pH至9，同时去除废水中的大颗粒杂质，检测经过预处理后的高硬度废水的总硬度为2500mg/L，pH为10，电导率为4500us/cm。
(2)软化反应：按3.5kg/吨的投加量，将碳酸钠投入经过步骤(1)处理后的高硬度废水中，伴有缓慢的机械搅拌，反应停留时间为15min。
(3)固液分离：将经过步骤(2)软化反应后的废水溢流进入斜板沉淀池底部，沉淀停留时间为60min，上清液溢流进入清水池。
分别将经过实施例2方法处理后的高硬度废水与经过对比例1方法处理后的高硬度废水进行质量检测，考察出水的总硬度、pH、电导率。
其中总硬度的检测方法根据石灰以及石膏在水中的溶解度计算。
表1：经实施例2和对比例1方法处理后的废水的质量检测结果表
从表1的检测结果可知，按照实施例2方法处理后的高硬度废水相比于对比例1的方法，可显著降低废水的硬度，对废水的处理时间更短、效率更高；同时出水的pH偏中性，可直接排放，操作更简便。
同时，按照实施例2方法处理后的高硬度废水的水质达到城市污水再生利用工业用水水质指标(GB-T19923-2005)，远优于国家污染物综合排放一级标准(GB8978-1996)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱 离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
Claims (4)
1.一种气液联用软化高硬度废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、混合：用石灰调节高硬度废水pH至9～10；将软化药剂与高硬度废水充分混合得到混合溶液；所述软化药剂包括60wt%～70wt%的碳酸钠和30wt%～40wt%的碳酸钙；所述混合溶液的pH为10.5～11.5；
S2、曝气软化：将所述混合溶液与二氧化碳气体接触反应10～15min，反应温度为15～30℃，压强为0.5Mpa，控制二氧化碳与混合溶液的体积比为0.3～0.5；所述二氧化碳气体由微纳曝气系统产生，所述微纳曝气系统产生的二氧化碳气体粒径为200nm～4μm；
S3、固液分离：将经过所述S2步骤中曝气软化处理后的混合溶液通过砂滤罐过滤进行固液分离，完成高硬度废水的处理；
所述高硬度废水为冶炼行业产生的高酸度、高重金属含量的废水，经石灰或电石渣对污酸进行中和处理后得到的高硬度废水。
2.一种用于权利要求1所述方法的装置，其特征在于，包括气液联用喷淋塔（1）、微纳曝气系统（2）、平流沉淀池（3）和砂滤罐（4），所述微纳曝气系统（2）与所述气液联用喷淋塔（1）的底部连通，所述平流沉淀池（3）与位于所述气液联用喷淋塔（1）上部的出水口连通，所述砂滤罐（4）与位于所述平流沉淀池（3）上部的溢流管连通。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述（1）气液联用喷淋塔连通有软化药剂投加系统（5）。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述微纳曝气系统（2）包括依次连接的液态CO2储罐（21）、汽化器（22）和曝气头（23），所述曝气头（23）设置于所述气液联用喷淋塔（1）的底部。
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