CN108059269A - 一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统和工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，包括(1)调质工序、(2)反应工序、(3)絮凝工序和(4)沉淀工序；该方法通过投加氧化镁和铝酸钠初步生成中间物镁铝水滑石，继而生成氢氧化镁、钠长石和氢氧化铝难溶胶体，从而减少废水中二氧化硅和总硬度的含量，有效防止了二氧化硅、钙镁结垢污堵对后续系统的影响，为后续膜系统及蒸发结晶系统的稳定运行提供了保障；而且本处理方法产生的污泥量少，降低了污泥处理系统的投资成本和运行成本。本发明还公开了一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，该系统结构简单，设计合理。
Description
技术领域：
本发明涉及一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统和工艺，属于水处理领域。
背景技术：
工业废水中二氧化硅、钙离子和镁离子通过膜浓缩系统时，容易使膜组件结垢、污堵，致使其通量瞬间下降；而且膜组件发生结垢污堵后其需要的化洗时间长、药剂消耗大，难以保证系统的稳定长久运行。同时，通过膜浓缩系统后废水中的二氧化硅、钙离子和镁离子进一步浓缩后容易在蒸发器中结垢，尤其是二氧化硅结垢后无法化洗恢复，致使严重影响结晶盐的品质。由此可知，去除工业废水中的二氧化硅、钙离子和镁离子尤为关键。
现阶段，处理工业废水中钙离子和镁离子的方法主要有双碱法、石灰软化法和离子交换法，辅以镁剂除硅法去除工业废水中的二氧化硅。但是，上述方法在应用过程中都存在一定的条件限制，双碱法主要适用于去除水中的非碳酸盐硬度，及原水中总硬度较高且总碱度较低的情况；石灰软化法主要针对原水中碱度和硬度都很高，且碱度明显高于硬度的情况；离子交换法主要针对原水中的钙、镁离子较低时，最大程度降低浓盐水的总硬度，通过离子交换法处理后，浓盐水的含盐量略有增加，碱度保持不变。
综上所述，双碱法、石灰软化法、离子交换法和镁剂除硅法在应用过程中都存在一定的条件限制，更为制约其发展的是，这些方法去除工业废水中的二氧化硅和钙离子、镁离子主要是投加药剂通过化学反应生成沉淀，导致钙离子、镁离子及二氧化硅的去除效率整体较低，其硬度去除效率最高为85％，二氧化硅的去除率仅仅为60％。通过膜浓缩后其浓度进一步增高，严重制约了高含盐废水零排放技术的发展。同时，产生的污泥量较大、由于镁剂和熟石灰为微溶物，加药管道极易发生堵塞。
发明内容：
本发明的第一个目的在于提供一种高效、稳定、经济去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺；
本发明的第二个目的在于提供一种高效、稳定、经济去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统；
本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，其包括如下工序：
一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，其特征在于，其包括如下工序：
(1)调质工序，将不同来源废水加入调节池内混合调质，在调节池中不投加任何物质，一方面防止废水直接进入反应池内造成反应池内的进水量忽大忽小，另一方面防止进入反应池内废水中的钙镁和二氧化硅含量忽大忽小，对后续反应池的冲击，造成反应不充分或者药剂投加量过大等问题，属于物理调节工序，不发生任何化学变化，均衡的调节后液；
(2)反应工序，调节所述调节后液的pH到10～10.5，加入占所述调节后液85～100mg/L的偏铝酸钠和35～45mg/L的氧化镁，同时以70～80r/min的速度搅拌，反应20～30min后得到反应后液；
(3)絮凝工序，在所述反应后液中加入絮凝剂，得到絮凝后液；
(4)沉淀工序：所述絮凝后液沉淀分离60～90min，得到上清液和污泥，所述上清液即为合格产水。
进一步的，所述偏铝酸钠和所述氧化镁以溶液形式同时加入，所述偏铝酸钠溶液和所述氧化镁溶液的浓度分别为10～15m％和2～5m‰，偏铝酸钠和氧化镁以溶液形式投加，便于管道的输送以及控制其投加量；氧化镁属于微溶物，高浓度容易堵塞管道，因此需要控制其溶液浓度。
进一步的，所述(3)絮凝工序：在所述反应后液中加入占反应后液3～5m‰的PAM，PAM即聚丙烯酰胺，是一种线状的有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水溶性水处理絮凝剂产品，专门可以吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，并且加快了沉淀的速度，所述PAM以浓度为3～5m‰的PAM絮凝剂形式加入；同时以15～20r/min的速度搅拌，反应10～15min后得到所述絮凝后液。
本发明中，向工业废水中投加偏铝酸钠和氧化镁，发生如下反应：
6Mg2++2Al3++16OH-+CO3 2-+4H2O→Mg6Al2(OH)16CO3↓ [1]
2Mg6Al2(OH)16CO3+4Na++4Si2++2Ca2++8OH-→Na2Al2Si2O8↓+12Mg(OH)2↓+2CaCO3↓
[2]AlO2-+H++H2O→Al(OH)3↓ [3]
Mg2++2OH-→Mg(OH)2↓ [4]
偏铝酸钠和氧化镁在水中生成镁铝水滑石(Mg6Al2(OH)16CO3)，生成的镁铝水滑石通过络合反应高效的去除二氧化硅、钙、镁离子，同时在碱性条件下多余的镁、铝离子进一步沉降，最大限度的降低水中硬度及不溶物的含量，最终达到同时去除高含盐工业废水中二氧化硅、钙离子和镁离子的目的。
本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，其包括调节池、反应池、絮凝池、沉淀池、出水池、氧化镁罐、偏铝酸钠罐和PAM罐，所述调节池、所述反应池、所述絮凝池、所述沉淀池和所述出水池并排设置且依次连通；其中，所述调节池与所述反应池之间的池壁底部开设有通口，所述反应池与所述絮凝池之间的池壁顶部设有溢流口，所述絮凝池与所述沉淀池之间的池壁中部设有通口，絮凝池中部固液混合均匀，所述沉淀池与所述出水池的之间的池壁顶部设有溢流口，所述出水池的出水口与后续用水工段进水口连通；所述沉淀池的池底与压滤机的进料口通过污泥管连接，所述压滤机的排泥口与污泥处理单元连接；
所述氧化镁罐和所述偏铝酸钠罐均与所述反应池通过管道连接，所述PAM罐与所述絮凝池通过管道连接；
在所述反应池内转动设有混合搅拌机，在所述絮凝池内转动设有絮凝搅拌机，在所述沉淀池内转动设有刮泥机。
进一步的，所述絮凝搅拌机的桨叶与所述絮凝池和所述沉淀池之间的池壁上的通口平齐。
进一步的，所述调节池、所述反应池、所述絮凝池和所述出水池的池底均设有排空管，所述排空管与排空总管连通，用于在系统停用后和检修时排空池体内的废水。
本发明的优点：
1、本发明公开的系统结构简单，设计合理，利用该系统去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，通过投加氧化镁和铝酸钠的方案，初步生成中间物镁铝水滑石，继而生成氢氧化镁、钠长石和氢氧化铝难溶胶体，从而减少废水中二氧化硅和总硬度的含量，有效防止了二氧化硅、钙镁结垢污堵对后续系统的影响，为后续膜系统及蒸发结晶系统的稳定运行提供了保障。
2、本发明通过投加氧化镁和铝酸钠大大提高预处理效率，产水的总硬度≤110mg/L，去除率可以稳定的保持在90％以上；当进水二氧化硅≤80mg/L时，其二氧化硅的去除率可以达到99％以上；当进水二氧化硅＞80mg/L时，其二氧化硅的去除率可以达到95％以上。
3、传统的工艺中，通过投加石灰或者碳酸钠去除硬度，并且在去除二氧化硅时其镁剂的投加量一般为1:20摩尔比进行投加，其投加量较大，同时形成的污泥量也巨大；而本发明投加偏铝酸钠和氧化镁其投加量小，形成的污泥量也小，降低了污泥处理系统的投资成本和运行成本。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的系统图。
图中：调节池1，反应池2，絮凝池3，沉淀池4，出水池5，氧化镁罐6，偏铝酸钠罐7，PAM罐8，压滤机9，混合搅拌机10，絮凝搅拌机11，刮泥机12，排空管13，排空总管14，用水单元15，污泥处理单元16。
具体实施方式：
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，其包括调节池1、反应池2、絮凝池3、沉淀池4、出水池5、氧化镁罐6、偏铝酸钠罐7和PAM罐8，调节池1、反应池2、絮凝池3、沉淀池4和出水池5并排设置且依次连通，调节池1、反应池2、絮凝池3和出水池5的池底均设有排空管13，排空管13与排空总管14连通，用于在系统停用后和检修时排空池体内的废水；其中，调节池1与反应池2之间的池壁底部开设有通口，反应池2与絮凝池3之间的池壁顶部设有溢流口，絮凝池3与沉淀池4之间的池壁中部设有通口，絮凝池3中部固液混合均匀，沉淀池4与出水池5的之间的池壁顶部设有溢流口，出水池5的出水口与用水单元15进水口连通；沉淀池4的池底与压滤机9的进料口通过污泥管连接，压滤机9的排泥口与污泥处理单元16连接；
氧化镁罐6和偏铝酸钠罐7均与反应池2通过管道连接，PAM罐8与絮凝池3通过管道连接；
在反应池2内转动设有混合搅拌机10，在絮凝池3内转动设有絮凝搅拌机11，絮凝搅拌机11的桨叶与絮凝池3和沉淀池4之间的池壁上的通口平齐，在沉淀池4内转动设有刮泥机12。
实施例2：
利用实施例1系统去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，包括(1)调质工序
将总硬度＝1200mg/L、SiO2＝95mg/L的工业废水连续加入调节池1，加碱调节其pH值达到10，得到调节后液；进水流量为15m3/h，使工业废水在反应池2、絮凝池3和沉淀池4内的停留时间分别为30min、15min和80min，停留时间与各池体的容量和废水流量有关；
(2)反应工序
调节后液从调节池1连续排入反应池2，同时向反应池2连续加入偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液，偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液的浓度分别为10m％和2m‰，偏铝酸钠和氧化镁以溶液形式投加，便于管道的输送以及控制其投加量；氧化镁属于微溶物，高浓度容易堵塞管道，因此需要控制其溶液浓度；控制调节后液中偏铝酸钠和氧化镁的含量为85mg/L和35mg/L；
启动混合搅拌机10，调节混合搅拌机10以转速为70r/min搅拌，得到反应后液；
(3)絮凝工序
反应后液从反应池2连续排入絮凝池3，同时向絮凝池3连续加入浓度为3‰的大分子阳离子PAM，控制反应后液中PAM的含量为3.5mg/L；
启动絮凝搅拌机11，调节絮凝搅拌机11以转速为15r/min搅拌，得到絮凝后液；
(4)沉淀工序
反应后液从絮凝池3连续排入沉淀池4，得到污泥和上清液，启动刮泥机12，污泥被排入压滤机9，经压滤后排入污泥处理单元16处理；上清液溢流排入出水池5，获得合格产水。
实施例3：
利用实施例1系统去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，包括(1)调质工序
将总硬度＝1200mg/L、SiO2＝95mg/L的工业废水连续加入调节池1，加碱调节其pH值达到10.5，得到调节后液；进水流量为15m3/h，使工业废水在反应池2、絮凝池3和沉淀池4内的停留时间分别为30min、15min和80min，停留时间与各池体的容量和废水流量有关；
(2)反应工序
调节后液从调节池1连续排入反应池2，同时向反应池2连续加入偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液，偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液的浓度分别为15m％和5m‰，偏铝酸钠和氧化镁以溶液形式投加，便于管道的输送以及控制其投加量；氧化镁属于微溶物，高浓度容易堵塞管道，因此需要控制其溶液浓度；控制调节后液中偏铝酸钠和氧化镁的含量为100mg/L和45mg/L；
启动混合搅拌机10，调节混合搅拌机10以转速为80r/min搅拌，得到反应后液；
(3)絮凝工序
反应后液从反应池2连续排入絮凝池3，同时向絮凝池3连续加入浓度为5‰的大分子阳离子PAM，控制反应后液中PAM的含量为5.5mg/L；
启动絮凝搅拌机11，调节絮凝搅拌机11以转速为20r/min搅拌，得到絮凝后液；
(4)沉淀工序
反应后液从絮凝池3连续排入沉淀池4，得到污泥和上清液，启动刮泥机12，污泥被排入压滤机9，经压滤后排入污泥处理单元16处理；上清液溢流排入出水池5，获得合格产水。
实施例4：
利用实施例1系统去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，包括(1)调质工序
将总硬度＝1200mg/L、SiO2＝70mg/L的工业废水连续加入调节池1，加碱调节其pH值达到10.5，得到调节后液；进水流量为15m3/h，使工业废水在反应池2、絮凝池3和沉淀池4内的停留时间分别为30min、15min和80min，停留时间与各池体的容量和废水流量有关；
(2)反应工序
调节后液从调节池1连续排入反应池2，同时向反应池2连续加入偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液，偏铝酸钠溶液和氧化镁溶液的浓度分别为12m％和4m‰，偏铝酸钠和氧化镁以溶液形式投加，便于管道的输送以及控制其投加量；氧化镁属于微溶物，高浓度容易堵塞管道，因此需要控制其溶液浓度；控制调节后液中偏铝酸钠和氧化镁的含量为90mg/L和40mg/L；
启动混合搅拌机10，调节混合搅拌机10以转速为75r/min搅拌，得到反应后液；
(3)絮凝工序
反应后液从反应池2连续排入絮凝池3，同时向絮凝池3连续加入浓度为4‰的大分子阳离子PAM，控制反应后液中PAM的含量为5mg/L；
启动絮凝搅拌机11，调节絮凝搅拌机11以转速为20r/min搅拌，得到絮凝后液；
(4)沉淀工序
反应后液从絮凝池3连续排入沉淀池4，得到污泥和上清液，启动刮泥机12，污泥被排入压滤机9，经压滤后排入污泥处理单元16处理；上清液溢流排入出水池5，获得合格产水。
对实施例2-4的废水和产水指标检测，具体结果列于下表
从上表可知，产水的总硬度≤110mg/L，去除率可以稳定的保持在90％以上；当进水二氧化硅≤80mg/L时，其二氧化硅的去除效率可以达到99％以上，即保证出水二氧化硅＜1mg/L；当进水二氧化硅＞70mg/L时，其处理效果可以达到98％。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，其特征在于，其包括如下工序：
(1)调质工序：将不同来源废水加入调节池内混合调质，得到均衡的调节后液；
(2)反应工序：调节所述调节后液的pH到10～10.5，加入占所述调节后液85～100mg/L的偏铝酸钠和35～45mg/L的氧化镁，同时以70～80r/min的速度搅拌，反应20～30min后得到反应后液；
(3)絮凝工序：在所述反应后液中加入絮凝剂，得到絮凝后液；
(4)沉淀工序：所述絮凝后液沉淀分离60～90min，得到上清液和污泥，所述上清液即为合格产水。
2.根据权利要求1所述一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，其特征在于，所述偏铝酸钠和所述氧化镁以溶液形式同时加入，所述偏铝酸钠溶液和所述氧化镁溶液的浓度分别为10～15m％和2～5m‰。
3.根据权利要求1所述一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的工艺，其特征在于，所述(3)絮凝工序：在所述反应后液中加入占反应后液3～5m‰的PAM，所述PAM以浓度为3～5m‰的PAM絮凝剂形式加入；同时以15～20r/min的速度搅拌，反应10～15min后得到所述絮凝后液。
4.一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，其特征在于，其包括调节池、反应池、絮凝池、沉淀池、出水池、氧化镁罐、偏铝酸钠罐和PAM罐，所述调节池、所述反应池、所述絮凝池、所述沉淀池和所述出水池并排设置且依次连通；其中，所述调节池与所述反应池之间的池壁底部开设有通口，所述反应池与所述絮凝池之间的池壁顶部设有溢流口，所述絮凝池与所述沉淀池之间的池壁中部设有通口，所述沉淀池与所述出水池的之间的池壁顶部设有溢流口，所述沉淀池的池底与压滤机的进料口通过污泥管连接，所述氧化镁罐和所述偏铝酸钠罐均与所述反应池通过管道连接，所述PAM罐与所述絮凝池通过管道连接；
在所述反应池内转动设有混合搅拌机，在所述絮凝池内转动设有絮凝搅拌机，在所述沉淀池内转动设有刮泥机。
5.根据权利要求4所述一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，其特征在于，所述絮凝搅拌机的桨叶与所述絮凝池和所述沉淀池之间的池壁上的通口平齐。
6.根据权利要求4或5所述一种去除工业废水中二氧化硅和硬度的系统，其特征在于，所述调节池、所述反应池、所述絮凝池和所述出水池的池底均设有排空管。
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