CN108101261B - 一种氧化结晶软化的水处理方法及水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种氧化结晶软化的水处理方法及水处理系统，该水处理方法包括如下步骤：(1)集水及曝气处理、(2)臭氧催化氧化处理、(3)CaCO3结晶软化处理、(4)脱SiO2处理、(5)脱镁处理和浓缩及微滤处理。本发明的水处理方法操作简单，成本低，处理效率高，软化效果好，净化效果佳，各处理步骤环环相扣，经过整体的水处理流程，能大大降低废水的COD值，降低废水中COD污染物对软化反应的干扰，提高软化效率，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命，并提高对杂质元素、杂质粒子的去除率，副产可循环利用的副产物，提高资源利用率，经处理后的水体具有较佳的水质和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种氧化结晶软化的水处理方法及水处理系统。
背景技术
目前的水处理领域中，经常进行水处理的水体包括有循环冷却水排污水、 RO浓水、反洗水、UFRO反洗水、树脂塔再生水、矿山水、地下苦咸水、近岸海咸水、化工废水、重金属废水、轻工业废水等，在进行水处理之前常先进行预处理，然后再入膜浓缩、后处理。
但是传统的水处理方法中常采用沉淀、过滤等简单的净化方式，处理后的水体仍具有较多的微小颗粒杂质，污染物未除尽，而废水中的COD污染物对软化反应造成干扰，导致水体的硬度较高，长期饮用存在硬度高的水体容易引起肠胃功能紊乱、结石、高血压、糖尿病等疾病，影响人体健康。
而常用的水处理装置多采用沉淀池、高密池、V型滤池等，占地面积大，未能实现全自动，难以在现场实现实时水处理，且废水中的COD污染物对软化反应造成干扰，影响水体的软化效果，实用性较低。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种氧化结晶软化的水处理方法，该水处理方法操作简单，成本低，处理效率高，软化效果好，净化效果佳，有效去除废水中COD污染物，并减轻COD污染物对软化反应的干扰，并副产可循环利用的副产物，提高资源的循环利用率，且经处理后的水体水质佳，稳定性好。
本发明的目的在于提供一种用于氧化结晶软化的水处理系统，该水处理系统的各处理装置的结构紧凑，占地面积小，无需大规模土建施工，可在水处理现场使用，软化效率高，净化效果佳，实用性高。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种氧化结晶软化的水处理方法，包括如下步骤：
(1)集水及曝气处理：将废水收集于水体收集容器中，并通入空气进行曝气；
(2)臭氧催化氧化处理：将步骤(1)曝气后的废水通入内置催化剂颗粒的臭氧催化氧化装置中，并通入臭氧，搅拌，在臭氧、废水、催化剂颗粒三相流体化中进行臭氧催化氧化处理；
(3)CaCO3结晶软化处理：将步骤(2)经臭氧催化氧化处理的废水通入内置CaCO3结晶诱导因子的CaCO3结晶软化装置中，并加入软化剂、水，通入少量空气，搅拌，在空气、废水、软化剂三相流体化中进行CaCO3结晶软化处理；
(4)脱SiO2处理：将步骤(3)经CaCO3结晶软化后的废水加入至脱SiO2装置中，并加入水处理剂，搅拌，进行脱SiO2处理；
(5)脱镁处理：将步骤(4)除去SiO2后的废水加入至脱镁装置中，并加入pH调节剂和助剂，搅拌，进行脱镁处理；
(6)浓缩及微滤处理：将步骤(5)加有pH调节剂和助剂的废水通过浓缩过滤装置进行浓缩及微滤处理，去除沉淀杂质，得到净化水体。
本发明通过采用上述步骤对废水进行处理，各处理步骤环环相扣，经过本发明的整体水处理，能大大降低废水的COD值，降低废水中COD污染物对软化反应的干扰，提高软化效率，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命，并提高对杂质元素、杂质粒子的去除率，副产可循环利用的副产物，提高资源利用率，经处理后的水体具有较佳的水质和稳定性。
其中，通过步骤(1)收集废水并对废水进行曝气处理，且控制废水在水体收集容器中的水力停留时间为8-30h，能将空气中的氧气充分溶解于水中，为处理污水的好氧菌提供氧气需求，并可通过曝气将污水中不需的气体或挥发性物质放逐至空气中，促进气体与液体之间的物质交换。
通过步骤(2)的臭氧催化氧化，在臭氧、废水、催化剂颗粒形成的三相流体化中进行，其中臭氧在催化剂颗粒的作用下产生强氧化性羟基自由基 (OH·)，该催化剂颗粒为臭氧催化剂，可为双氧水等催化剂，产生的羟基自由基与废水中的有机物进行反应，破坏RO浓水、循环冷却水等水体中的阻垢剂，有效降低废水中的COD值，减轻了废水中COD污染物对软化反应的干扰，使后续脱硅脱镁的软化反应更顺利地进行，提高了软化效率，软化效率可达95％，提高了硬度脱除率，而传统的软化方法的软化效率仅50％-70％，且本发明通过臭氧催化氧化的方式降低了软化成本，延长了后续过滤装置(如RO膜等)的使用寿命，而臭氧在双氧水的催化作用下产生羟基自由基的反应机理为2O3+H2O2→ 2OH·+3O2↑。
通过步骤(3)的CaCO3结晶软化处理，在空气、废水、软化剂形成的三相流体化中进行，其中CaCO3结晶诱导因子为NaOH和Na2CO3，软化剂为Na2CO3，添加 NaOH和Na2CO3提高体系的pH值至10-11，废水中的钙离子与NaOH和Na2CO3反应，产生数量庞大且粒径微细的悬浮物，并控制反应物浓度在介稳区范围内，配合一定的水力条件，使载体流体化，进而使无机污染物在载体表面形成结晶，进而除去废水中的杂质，降低水体的硬度，其中的反应过程如下：
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl
MgCl2+NaOH→Mg(OH)2↓+2NaCl
NaHCO3+NaOH→Na2CO3+H2O；
而通过控制CaCO3结晶软化处理的pH值、ORP值和流速等，过饱和状态使废水中的钙离子以CaCO3晶体形态大量析出，从CaCO3结晶软化装置的底部排出，可回收进行后续纯化处理得到纯度90％以上的CaCO3晶粒，可循环利用作为烟气脱硫剂，提高资源的循环利用率，减少了软化垃圾的废弃处置；而废水中的镁离子则大部分不析出，以离子形态进入脱SiO2装置中进行脱SiO2处理。
析出CaCO3后的废水从CaCO3结晶软化装置的顶部进入脱SiO2处理装置中进行步骤(4)脱SiO2处理，并加入水处理剂Mg(OH)2和/或MgSO4，该 Mg(OH)2可为后续脱镁处理中得到的Mg(OH)2浆料，无需额外添加MgCl2，提高了资源的循环利用率，降低了水处理成本，且脱镁处理中副产的Mg(OH)2对水体的脱硅效率更佳，而水中的SiO2被加入的Mg(OH)2吸附偶合沉淀，脱硅效果佳，脱硅率可达98％以上，远高于传统的脱硅方法。
通过步骤(5)的脱镁处理，加入pH调节剂(如NaOH和/或石灰)调整水处理体系的pH值至8-9，并添加助剂，促进大量生成Mg(OH)2沉淀，得到纯度80％以上的Mg(OH)2浆料，可循环利用于脱SiO2处理中与SiO2吸附偶合沉淀，Mg(OH)2浆料也可经干滤后得到Mg(OH)2干粉，可循环利用作为水处理剂，提高了资源的循环利用率。
通过步骤(6)的浓缩及微滤处理控制步骤(5)Mg(OH)2浆料的熟化度，使其容易进行过滤又具有较佳的反应活性，便于进行后续的过滤，且过滤后的 Mg(OH)2产物仍具有较佳反应活性；而经过微滤装置过滤后形成10％的 Mg(OH)2浆料进行压滤得到Mg(OH)2粗产品，可循环作为污水处理的絮凝吸附剂，提高了资源的循环利用率。
优选的，所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为1-5mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为 2.5-3.5:10000-12000:400-600。
本发明通过采用粒径为1-5mm的臭氧催化剂颗粒，并严格控制，臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比，能在臭氧、废水、催化剂颗粒形成的三相流体化中进行高效的臭氧催化氧化，其中，臭氧在粒径为1-5mm的臭氧催化剂颗粒的作用下产生强氧化性羟基自由基(OH·)，产生的羟基自由基与废水中的有机物进行反应，破坏RO浓水、循环冷却水等水体中的阻垢剂，有效降低废水中的 COD值，减轻了废水中COD污染物对软化反应的干扰，使后续脱硅脱镁的软化反应更顺利地进行，提高了软化效率，可达95％，并提高了硬度脱除率，降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命。
优选的，所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从 CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为1.0-1.5:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.1-0.3:1:0.3-0.8。
优选的，所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10-11，ORP 值为350-550mV，空气通入的流速为0.4-8cm/s，废水与软化剂的液体流速为 0.144-0.808cm/s。
本发明通过采用重量比为1.0-1.5:1的NaOH和Na2CO3作为CaCO3结晶诱导因子，并采用Na2CO3作为软化剂，能使空气、废水、软化剂形成的三相流体化进行CaCO3结晶软化处理，同时不会引入其他杂质粒子，碳酸离子能与钙离子反应生成碳酸钙沉淀；添加的NaOH和Na2CO3提高体系的pH值至10-11，使废水中的钙离子与NaOH和Na2CO3反应，产生数量庞大且粒径微细的悬浮物，并严格控制ORP 值、空气通入的流速、废水与软化剂的液体流速，使载体流体化，进而使无机污染物在载体表面形成CaCO3结晶，进而除去废水中的杂质，降低水体的硬度，而大量析出的CaCO3晶体从CaCO3结晶软化装置的底部排出，可回收进行后续纯化处理得到纯度90％以上的CaCO3晶粒，可循环利用作为烟气脱硫剂，提高资源的循环利用率，减少了软化垃圾的废弃处置。
优选的，所述步骤(4)中，所述水处理剂为Mg(OH)2和/或MgSO4。
本发明通过采用Mg(OH)2和/或MgSO4作为水处理剂，Mg(OH)2能从后续脱镁处理中得到的Mg(OH)2浆料，无需额外添加MgCl2，提高了资源的循环利用率，降低了水处理成本，且加入的Mg(OH)2或MgSO4不会引入其他杂质粒子，且镁离子能在后续的脱镁处理中去除，对水体不会造成杂质影响，并且Mg(OH)2对水体的脱硅效率更佳，而水中的SiO2被加入的Mg(OH)2吸附偶合沉淀，脱硅效果佳，脱硅率可达98％以上，远高于传统的脱硅方法。
优选的，所述步骤(5)中，所述pH调节剂为NaOH和/或石灰，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.0-1.5:1.8-2.6组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
本发明通过采用NaOH和/或石灰作为pH调节剂，以调整水处理体系的 pH值至8-9，不会引入其他杂质离子，且钠和钾为人体内的微量元素，对人体健康无影响，也不会对水体造成杂质影响；而采用重量比为1.0-1.5:1.8-2.6的聚合氯化铝和聚丙烯酰胺作为助剂，能促进大量生成Mg(OH)2沉淀，得到纯度 80％以上的Mg(OH)2浆料，可循环利用于脱SiO2处理中与SiO2吸附偶合沉淀， Mg(OH)2浆料也可经干滤后得到Mg(OH)2干粉，可循环利用作为水处理剂，提高了资源的循环利用率。
优选的，所述步骤(6)具体为：将步骤(5)生成有Mg(OH)2沉淀的废水通过浓缩过滤装置进行浓缩及微滤处理，得到Mg(OH)2料浆，进行压滤后得到净化水体以及可循环用于脱SiO2处理中水处理剂的粗产品Mg(OH)2。
本发明通过对含有Mg(OH)2沉淀的废水进行浓缩及微滤处理，以控制 Mg(OH)2浆料的熟化度，使其便于进行后续的过滤，且过滤后的Mg(OH)2产物仍具有较佳反应活性；而经过微滤装置过滤后形成10％的Mg(OH)2浆料进行压滤得到Mg(OH)2粗产品，可循环作为污水处理的絮凝吸附剂，提高了资源的循环利用率。
优选的，所述步骤(6)后还包括步骤(7)后处理：将步骤(6)除去沉淀杂质后的废水通入后处理装置中，加入pH调节剂进行pH调节和，并进行杀菌处理，得到稳定软化水体；所述pH调节剂为硫酸和/或盐酸，所述杀菌处理采用紫外线杀菌处理或杀菌剂处理，所述杀菌剂为次氯酸钠、二氧化氯和臭氧中的至少一种。
本发明通过对步骤(6)得到的净化水体加入pH调节剂和杀菌剂，并采用硫酸作为pH调节剂，能利用微量的用量便能有效调节水体呈中性；而采用次氯酸钠作为杀菌剂，能有效调节书体的朗格尔准数在水体储存器内呈稳定状态，减少后续过滤中产生的污垢，进而得到稳定状态的软化水体。
本发明的另一目的通过下述技术方案实现：一种用于上述氧化结晶软化的水处理方法的水处理系统，所述水处理系统按照使用顺序包括依次连接的水体收集容器、臭氧催化处理装置、CaCO3结晶软化装置、脱SiO2装置、脱镁装置、浓缩过滤装置和后处理装置,所述臭氧催化处理装置的内置有催化剂颗粒，所述CaCO3结晶软化装置内置有CaCO3结晶诱导因子。
本发明的水处理系统的各处理装置结构紧凑，占地面积小，无需大规模土建施工，可在水处理现场使用；通过设置臭氧催化处理装置和CaCO3结晶软化装置，提高了水体的软化效率，软化效率可达95％，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命；而通过设置CaCO3结晶软化装置，能除去水体中的钙离子并副产CaCO3晶粒，可循环用于烟气脱硫剂等，提高资源的循环利用率；而通过设置脱SiO2装置和脱镁装置，能除去水体中的硅和镁，并副产Mg(OH)2，经过干滤后成干粉，可循环用于水处理剂，实现资源的循环利用，不仅减少了软化垃圾的产生和处理成本，还实现了软化污泥的综合利用；通过设置浓缩过滤装置，能对水体进行进一步的过滤净化，提高水体的水质和稳定性；通过设置后处理装置，能提高了水的软化稳定性，使处理后的水体水质稳定，实用性高，该水处理系统可适用于北方严寒冰封季节及南方多雨高地下水位区域。另外，本实施例的水处理系统还包括PLC控制器，该PLC控制器分别与水体收集容器、臭氧催化处理装置、CaCO3结晶软化装置、脱SiO2装置、脱镁装置、浓缩过滤装置和后处理装置电连接。
优选的，所述臭氧催化处理装置包括臭氧发生器和臭氧催化流化床，所述臭氧发生器的输入端连接有液氧供应器，所述臭氧发生器的输出端与所述臭氧催化流化床的臭氧输入端连接所述CaCO3结晶软化装置包括空气供应器和软化结晶流化床，所述空气供应器的输出端置于所述软化结晶流化床的内部；所述臭氧催化流化床的水体输入端与所述水体收集容器的输出端连接，所述臭氧催化流化床的水体输出端与所述软化结晶流化床的水体输入端连接,所述软化结晶流化床的输出端与所述脱SiO2装置的输入端连接。
本发明的臭氧催化处理装置通过设置臭氧发生器和臭氧催化流化床，且臭氧催化流化床内置催化剂颗粒，能使臭氧催化流化床内形成催化剂颗粒、臭氧、废水的三相流体化，有效降低水体中的COD值，提高水体中硬度的脱除率，水处理效果佳；而在臭氧催化流化床内设催化剂颗粒，该催化剂颗粒为臭氧催化剂，能使臭氧在催化剂的作用下产生强氧化性的羟基自由基(OH·)，利用羟基自由基与废水中的有机物进行反应，破坏RO浓水、循环冷却水等水体中的阻垢剂，使后续脱硅脱镁的软化反应更顺利地进行，实用性高。
而本发明的CaCO3结晶软化装置通过设置空气供应器和软化结晶流化床，且软化结晶流化床内置CaCO3结晶诱导因子，并加入软化剂、水，能使软化结晶流化床内形成CaCO3结晶诱导因子、软化剂、水及空气形成多相流体化，能提高水体的pH值，产生数量庞大而粒径微细的悬浮物，控制反应物浓度在介稳区，并配合一定的水力条件，能使载体流体化，使无机污染物在载体表面形成CaCO3结晶，形成的CaCO3晶粒可循环用于烟气脱硫剂，提高资源的循环利用率；而在软化结晶流化床内设CaCO3结晶诱导因子，该CaCO3结晶诱导因子为NaOH和 Na2CO3，可提高水体的pH值，产生数量庞大而粒径微细的悬浮物，控制反应物浓度在介稳区，并配合一定的水力条件，能使载体流体化，使无机污染物在载体表面形成CaCO3结晶，形成的CaCO3晶粒可循环用于烟气脱硫剂，提高资源的循环利用率，实用性高。
另外，本发明的臭氧催化处理装置还包括用于监测所述臭氧催化流化床pH 值的第一pH变送器、用于监测所述臭氧催化流化床ORP值的第一ORP变送器、若干个催化回流泵以及若干个第二流量控制器，所述催化回流泵的输入端与所述臭氧催化流化床的水体回流输出端连接，所述催化回流泵的输出端与所述第二流量控制器的输入端连接，所述第二流量控制器的输出端与所述臭氧催化流化床的水体回流输入端连接；所述臭氧催化流化床的水体回流输出端设置于臭氧催化流化床水体输入端的下方。
通过设置第一pH变送器和第一ORP变送器，能实时监控臭氧催化流化床内的pH值和ORP值，进而对臭氧催化流化床内的水体臭氧催化进行调控；而设置的催化回流泵，能从臭氧催化流化床的上部抽出上方的水体，并回流至臭氧催化流化床的下方，使得水体能与臭氧催化流化床底部的催化剂进行臭氧催化，促进了水体的臭氧催化效率和臭氧催化效果，而第二流量控制器对回流至臭氧催化流化床中的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第二流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理；而将臭氧催化流化床的水体回流输出端设置于臭氧催化流化床水体输入端的下方，水体液面达到臭氧催化流化床的水体回流输出端的位置便通过催化回流泵实现回流，能避免臭氧催化流化床中的水体回流至水体收集容器中，实用性高。
本发明的CaCO3结晶软化装置还包括用于监测所述软化结晶流化床pH值的第二pH变送器、用于监测所述软化结晶流化床ORP值的第二ORP变送器、若干个软化回流泵以及若干个第三流量控制器，所述软化回流泵的输入端与所述软化结晶流化床的水体回流输出端连接，所述软化回流泵的输出端与所述第三流量控制器的输入端连接，所述第三流量控制器的输出端与所述软化结晶流化床的水体回流输入端连接；所述软化结晶流化床的水体回流输出端设置于软化结晶流化床的水体输入端的下方。
通过设置第二pH变送器和第二ORP变送器，能实时监控软化结晶流化床内的pH值和ORP值，进而对软化结晶流化床内的水体软化结晶进程进行调控；而设置的软化回流泵，能从软化结晶流化床的上部抽出上方的水体，并回流至软化结晶流化床的下方，使得水体能与软化结晶流化床底部的CaCO3结晶诱导因子进行结晶处理，促进了水体的软化结晶效率和软化结晶效果，而第三流量控制器对回流至软化结晶流化床底部中的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第三流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理；而将软化结晶流化床的水体回流输出端设置于软化结晶流化床水体输入端的下方，水体液面达到软化结晶流化床的水体回流输出端的位置便通过软化回流泵实现回流，能避免软化结晶流化床中的水体回流至臭氧催化处理装置中，实用性高。
本发明的水体收集容器与所述臭氧催化处理装置之间设有第一流量控制器和若干个水体进水泵，若干个所述水体进水泵的输入端均与所述水体收集容器的输出端连接，所述第一流量控制器的输入端分别与若干个所述水体进水泵的输出端连接，所述第一流量控制器的输出端与所述臭氧催化处理装置的水体输入端连接。
通过在水体收集容器与臭氧催化处理装置之间设置第一流量控制器和若干个水体进水泵，能有效地将水体收集容器中的待处理水体通过水体进水泵泵进臭氧催化处理装置中进行臭氧催化处理，并通过第一流量控制器对泵进臭氧催化处理装置的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第一流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理，实用性高。
本发明的脱SiO2装置包括脱SiO2槽体、用于搅拌所述脱SiO2槽体内部水体的第一搅拌装置以及用于监测所述脱SiO2槽体pH值的第三pH变送器；所述脱镁装置包括脱镁槽体和用于搅拌所述脱镁槽体内部水体的第二搅拌装置。
通过设置脱SiO2槽体和第一搅拌装置，加入浓缩槽中浓缩副产的Mg(OH)2，通过第一搅拌装置对水体进行搅拌，水中的SiO2被Mg(OH)2吸附偶合沉淀，无需额外添加MgCl2，物料循环利用，提高了系统的资源利用率，且利用副产的 Mg(OH)2对水体的脱硅率更佳；并通过设置第三pH变送器，能实时监测脱SiO2槽体中的pH值，实时性佳，实用性高。通过设置脱镁槽体51和第二搅拌装置，加入NaOH调节脱镁槽体中的pH值为8-9，并加入助剂，通过第二搅拌装置对水体进行搅拌，促进Mg(OH)2的大量生产，产生的Mg(OH)2经过干滤得到干粉，可循环用于水处理剂，可循环加入至脱SiO2槽体中对SiO2进行吸附偶合沉淀，资源利用率高，实用性高。
本发明的浓缩过滤装置包括浓缩槽体、用于搅拌所述浓缩槽体内部水体的第三搅拌装置、连接于所述浓缩槽体输出端的微滤膜装置，所述微滤膜装置的输出端与所述后处理装置的输入端连接；所述浓缩槽体输出端与所述微滤膜装置之间设有第四流量控制器和若干个微滤进水泵，若干个所述微滤进水泵的输入端均与所述浓缩槽体的输出端连接，若干个所述微滤进水泵的输出端均与所述第四流量控制器的输入端连接，所述第四流量控制器的输出端与所述微滤膜装置的输入端连接。
通过设置浓缩槽体、第三搅拌装置、微滤膜装置，将在脱镁槽体中生成的 Mg(OH)2浓缩过滤，第一搅拌装置对水体进行搅拌，促进水体均匀，在微滤膜装置中实现水体的脱镁，过滤得到的Mg(OH)2经过干滤得到干粉，可循环用于水处理剂，可循环加入至脱SiO2槽体中对SiO2进行吸附偶合沉淀，资源利用率高；而通过在浓缩槽体与微滤膜装置之间设置第四流量控制器和微滤进水泵，能有效地将浓缩槽体中的水体通过微滤进水泵泵进微滤膜装置中进行微滤处理，并通过第四流量控制器对泵进微滤膜装置的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第四流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理，实用性高。
本发明的后处理装置包括依次连接的水稳槽体、软化槽体和超滤系统，所述水稳槽体与所述软化槽体之间设有第五流量控制器和若干个水稳提升泵，若干个所述水稳提升泵的输入端均与所述水稳槽体的输出端连接，所述水稳提升泵的输出端与所述第五流量控制器的输入端连接，所述第五流量控制器的输出端与所述软化槽体的输入端连接；软化槽体与所述超滤系统之间设有第六流量控制器和若干个超滤进水泵，若干个所述超滤进水泵的输入端均与软化槽体的输出端连接，所述若干个所述超滤进水泵的输出端均与所述第六流量控制器的输入端连接，所述第六流量控制器的输出端与所述超滤系统的输入端连接。
通过在水稳槽体与软化槽体之间设置第五流量控制器和水稳提升泵，能有效地将水稳槽体中的水体通过水稳提升泵泵进软化槽体中进行软化处理，并通过第五流量控制器对泵进软化槽体的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第五流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理，实用性高。通过在软化槽体与超滤系统之间设置第六流量控制器和超滤进水泵，能有效地将软化槽体中的水体通过超滤进水泵泵进超滤系统中进行超滤处理，并通过第六流量控制器对泵进超滤系统的水体流量进行实时监控、调整等控制，该第六流量控制器有实时显示水体流量的功能，并有可调整流量的阀门，使整个水处理系统的处理效率高，可控处理，实用性高。
本发明的有益效果在于：本发明的水处理方法操作简单，成本低，处理效率高，软化效果好，净化效果佳，各处理步骤环环相扣，经过整体的水处理流程，能大大降低废水的COD值，降低废水中COD污染物对软化反应的干扰，提高软化效率，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命，并提高对杂质元素、杂质粒子的去除率，副产可循环利用的副产物，提高资源利用率，经处理后的水体具有较佳的水质和稳定性。
其中，通过步骤(1)收集废水并对废水进行曝气处理，能将空气中的氧气充分溶解于水中，为处理污水的好氧菌提供氧气需求，并可通过曝气将污水中不需的气体或挥发性物质放逐至空气中，促进气体与液体之间的物质交换。
通过步骤(2)的臭氧催化氧化，在臭氧、废水、催化剂颗粒形成的三相流体化中进行，其中臭氧在催化剂颗粒的作用下产生强氧化性羟基自由基 (OH·)，产生的羟基自由基与废水中的有机物进行反应，破坏RO浓水、循环冷却水等水体中的阻垢剂，有效降低废水中的COD值，减轻了废水中COD污染物对软化反应的干扰，使后续脱硅脱镁的软化反应更顺利地进行，提高了软化效率，软化效率可达95％，提高了硬度脱除率，而传统的软化方法的软化效率仅 50％-70％，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命。
通过步骤(3)的CaCO3结晶软化处理，在空气、废水、软化剂形成的三相流体化中进行，能产生数量庞大且粒径微细的悬浮物，并控制反应物浓度在介稳区范围内，配合一定的水力条件，使载体流体化，进而使无机污染物在载体表面形成结晶，进而除去废水中的杂质，降低水体的硬度。
通过将析出CaCO3后的废水进行步骤(4)脱SiO2处理，并加入水处理剂，对水体的脱硅效率更佳，而水中的SiO2被加入的Mg(OH)2吸附偶合沉淀，脱硅效果佳，脱硅率可达98％以上。
通过步骤(5)的脱镁处理，加入pH调节剂和助剂，促进大量生成Mg(OH)2沉淀，得到纯度80％以上的Mg(OH)2浆料，可循环利用于脱SiO2处理中与SiO2吸附偶合沉淀，Mg(OH)2浆料也可经干滤后得到Mg(OH)2干粉，可循环利用作为水处理剂，提高了资源的循环利用率。
通过步骤(6)的浓缩及微滤处理，可控制步骤(5)Mg(OH)2浆料的熟化度，使其便于进行后续的过滤，且过滤后的Mg(OH)2产物仍具有较佳反应活性；而经过微滤装置过滤后形成10％的Mg(OH)2浆料进行压滤得到Mg(OH)2粗产品，可循环作为污水处理的絮凝吸附剂，提高了资源的循环利用率。
本发明的水处理系统的各处理装置结构紧凑，占地面积小，无需大规模土建施工，可在水处理现场使用；通过设置臭氧催化处理装置和CaCO3结晶软化装置，提高了水体的软化效率，软化效率可达95％，并降低了软化成本，延长了后续过滤装置的使用寿命；而通过设置CaCO3结晶软化装置，能除去水体中的钙离子并副产CaCO3晶粒，可循环用于烟气脱硫剂等，提高资源的循环利用率；而通过设置脱SiO2装置和脱镁装置，能除去水体中的硅和镁，并副产 Mg(OH)2，经过干滤后成干粉，可循环用于水处理剂，实现资源的循环利用，不仅减少了软化垃圾的产生和处理成本，还实现了软化污泥的综合利用；通过设置浓缩过滤装置，能对水体进行进一步的过滤净化，提高水体的水质和稳定性；通过设置后处理装置，能提高了水的软化稳定性，使处理后的水体水质稳定，实用性高，该水处理系统可适用于北方严寒冰封季节及南方多雨高地下水位区域。
附图说明
图1是本发明所述水处理方法的工艺流程图；
图2是本发明所述水处理系统的结构示意图；
附图标记为：1—水体收集容器、11—第一流量控制器、12—水体进水泵、 2—臭氧催化处理装置、21—臭氧发生器、22—臭氧催化流化床、221—催化剂颗粒、23—液氧供应器、24—第一pH变送器、25—第一ORP变送器、26—催化回流泵、27—第二流量控制器、3—CaCO3结晶软化装置、31—空气供应器、 32—软化结晶流化床、321—CaCO3结晶诱导因子、33—第二pH变送器、34—第二ORP变送器、35—软化回流泵、36—第三流量控制器、4—脱SiO2装置、 41—脱SiO2槽体、42—第一搅拌装置、43—第三pH变送器、5—脱镁装置、51 —脱镁槽体、52—第二搅拌装置、6—浓缩过滤装置、61—浓缩槽体、62—第三搅拌装置、63—微滤膜装置、64—第四流量控制器、65—微滤进水泵、7—后处理装置、71—水稳槽体、72—软化槽体、73—超滤系统、74—第五流量控制器、75—水稳提升泵、76—第六流量控制器、77—超滤进水泵
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例及附图1～2对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种氧化结晶软化的水处理方法，包括如下步骤：
(1)集水及曝气处理：将废水收集于水体收集容器1中，并通入空气进行曝气；
(2)臭氧催化氧处理化：将步骤(1)曝气后的废水通入内置催化剂颗粒的臭氧催化氧化装置2中，并通入臭氧，搅拌，在臭氧、废水、催化剂颗粒三相流体化中进行臭氧催化氧化处理；
(3)CaCO3结晶软化处理：将步骤(2)经臭氧催化氧化处理的废水通入内置CaCO3结晶诱导因子的CaCO3结晶软化装置3中，并加入软化剂、水，通入少量空气，搅拌，在空气、废水、软化剂三相流体化中进行CaCO3结晶软化处理；
(4)脱SiO2处理：将步骤(3)经CaCO3结晶软化后的废水加入至脱SiO2装置4中，并加入水处理剂，搅拌，进行脱SiO2处理；
(5)脱镁处理：将步骤(4)除去SiO2后的废水加入至脱镁装置5中，并加入pH调节剂和助剂，搅拌，进行脱镁处理；
(6)浓缩及微滤处理：将步骤(5)加有pH调节剂和助剂的废水通过浓缩过滤装置6进行浓缩及微滤处理，去除沉淀杂质，得到净化水体。
所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为1mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为2.5:10000:600。
所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为 1.:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.3:1:0.8。
所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10，ORP值为350mV，空气通入的流速为0.4cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.144cm/s。
所述步骤(4)中，所述水处理剂为Mg(OH)2。
所述步骤(5)中，所述pH调节剂为NaOH，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.0:2.6组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
所述步骤(6)具体为：将步骤(5)生成有Mg(OH)2沉淀的废水通过浓缩过滤装置6进行浓缩及微滤处理，得到Mg(OH)2料浆，进行压滤后得到净化水体以及可循环用于脱SiO2处理中水处理剂的粗产品Mg(OH)2。
所述步骤(6)后还包括步骤(7)后处理：将步骤(6)除去沉淀杂质后的废水通入后处理装置7中，加入pH调节剂进行pH调节，并进行杀菌处理，得到稳定软化水体；所述pH调节剂为硫酸，所述杀菌处理采用杀菌剂处理，所述杀菌剂为臭氧。
实施例2
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为2mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为2.8:10500:550。
所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为 1.1:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.25:1:0.7。
所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10.3，ORP值为400mV，空气通入的流速为2.3cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.310cm/s。
所述步骤(5)中，所述pH调节剂为KOH，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.1:2.4组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
所述步骤(7)中，所述pH调节剂为盐酸，所述杀菌处理采用杀菌剂处理，所述杀菌剂为二氧化氯。
实施例3
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为3mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为3:11000:500。
所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为 1.2:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.2:1:0.6。
所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10.5，ORP值为450mV，空气通入的流速为4.8cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.476cm/s。
所述步骤(5)中，所述pH调节剂为NaOH，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.2:2.2组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
所述步骤(7)中，所述pH调节剂为硫酸，所述杀菌处理采用杀菌剂处理，所述杀菌剂为次氯酸钠。
实施例4
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为4mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为3.3:11500:450。
所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为 1.3:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.15:1:0.5。
所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10.8，ORP值为500mV，空气通入的流速为6.7cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.642cm/s。
所述步骤(5)中，所述pH调节剂为KOH，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.3:2组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
所述步骤(7)中，所述pH调节剂为硫酸，所述杀菌处理采用紫外线杀菌处理。
实施例5
本实施例与上述实施例1的区别在于：
所述步骤(2)中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为5mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为3.5:12000:400。
所述步骤(3)中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为 1.5:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.1:1:0.3。
所述步骤(3)中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为11，ORP值为550mV，空气通入的流速为8cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.808cm/s。
所述步骤(5)中，所述pH调节剂为NaOH，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.5:1.8组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
所述步骤(7)中，所述pH调节剂为盐酸，所述杀菌处理采用紫外线杀菌处理。
实施例6
一种用于上述氧化结晶软化的水处理方法的水处理系统，所述水处理系统按照使用顺序包括依次连接的水体收集容器1、臭氧催化处理装置2、CaCO3结晶软化装置3、脱SiO2装置4、脱镁装置5、浓缩过滤装置6和后处理装置7,所述臭氧催化处理装置2的内置有催化剂颗粒221，所述CaCO3结晶软化装置3内置有 CaCO3结晶诱导因子321。
所述臭氧催化处理装置2包括臭氧发生器21和臭氧催化流化床22，所述臭氧发生器21的输入端连接有液氧供应器23，所述臭氧发生器21的输出端与所述臭氧催化流化床22的臭氧输入端连接所述CaCO3结晶软化装置3包括空气供应器 31和软化结晶流化床32，所述空气供应器31的输出端置于所述软化结晶流化床 32的内部；所述臭氧催化流化床22的水体输入端与所述水体收集容器1的输出端连接，所述臭氧催化流化床22的水体输出端与所述软化结晶流化床32的水体输入端连接,所述软化结晶流化床32的输出端与所述脱SiO2装置4的输入端连接。
实施例7
本实施例与上述实施例6的区别在于：
所述臭氧催化处理装置2还包括用于监测所述臭氧催化流化床22pH值的第一pH变送器24、用于监测所述臭氧催化流化床22ORP值的第一ORP变送器25、若干个催化回流泵26以及若干个第二流量控制器27，所述催化回流泵26的输入端与所述臭氧催化流化床22的水体回流输出端连接，所述催化回流泵26的输出端与所述第二流量控制器27的输入端连接，所述第二流量控制器27的输出端与所述臭氧催化流化床22的水体回流输入端连接；所述臭氧催化流化床22的水体回流输出端设置于臭氧催化流化床22水体输入端的下方。
所述CaCO3结晶软化装置3还包括用于监测所述软化结晶流化床32pH值的第二pH变送器33、用于监测所述软化结晶流化床32ORP值的第二ORP变送器34、若干个软化回流泵35以及若干个第三流量控制器36，所述软化回流泵35的输入端与所述软化结晶流化床32的水体回流输出端连接，所述软化回流泵35的输出端与所述第三流量控制器36的输入端连接，所述第三流量控制器36的输出端与所述软化结晶流化床32的水体回流输入端连接；所述软化结晶流化床32的水体回流输出端设置于软化结晶流化床32的水体输入端的下方。
所述水体收集容器1与所述臭氧催化处理装置2之间设有第一流量控制器 11和若干个水体进水泵12，若干个所述水体进水泵12的输入端均与所述水体收集容器1的输出端连接，所述第一流量控制器11的输入端分别与若干个所述水体进水泵12的输出端连接，所述第一流量控制器11的输出端与所述臭氧催化处理装置2的水体输入端连接。
所述脱SiO2装置4包括脱SiO2槽体41、用于搅拌所述脱SiO2槽体41内部水体的第一搅拌装置42以及用于监测所述脱SiO2槽体41pH值的第三pH变送器43；所述脱镁装置5包括脱镁槽体51和用于搅拌所述脱镁槽体51内部水体的第二搅拌装置52。
所述浓缩过滤装置6包括浓缩槽体61、用于搅拌所述浓缩槽体61内部水体的第三搅拌装置62、连接于所述浓缩槽体61输出端的微滤膜装置63，所述微滤膜装置63的输出端与所述后处理装置7的输入端连接；所述浓缩槽体61输出端与所述微滤膜装置63之间设有第四流量控制器64和若干个微滤进水泵65，若干个所述微滤进水泵65的输入端均与所述浓缩槽体61的输出端连接，若干个所述微滤进水泵65的输出端均与所述第四流量控制器64的输入端连接，所述第四流量控制器64的输出端与所述微滤膜装置63的输入端连接。
所述后处理装置7包括依次连接的水稳槽体71、软化槽体72和超滤系统73，所述水稳槽体71与所述软化槽体72之间设有第五流量控制器74和若干个水稳提升泵75，若干个所述水稳提升泵75的输入端均与所述水稳槽体71的输出端连接，所述水稳提升泵75的输出端与所述第五流量控制器74的输入端连接，所述第五流量控制器74的输出端与所述软化槽体72的输入端连接；软化槽体72与所述超滤系统73之间设有第六流量控制器76和若干个超滤进水泵77，若干个所述超滤进水泵77的输入端均与软化槽体72的输出端连接，所述若干个所述超滤进水泵77的输出端均与所述第六流量控制器76的输入端连接，所述第六流量控制器76的输出端与所述超滤系统73的输入端连接。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）集水及曝气处理：将废水收集于水体收集容器中，并通入空气进行曝气处理；
（2）臭氧催化氧化处理：将步骤（1）曝气后的废水通入内置催化剂颗粒的臭氧催化氧化装置中，并通入臭氧，搅拌，在臭氧、废水、催化剂颗粒三相流体化中进行臭氧催化氧化处理；
（3）CaCO3结晶软化处理：将步骤（2）经臭氧催化氧化处理的废水通入内置CaCO3结晶诱导因子的CaCO3结晶软化装置中，并加入软化剂、水，通入少量空气，搅拌，在空气、废水、软化剂三相流体化中进行CaCO3结晶软化处理；
（4）脱SiO2处理：将步骤（3）经CaCO3结晶软化后的废水加入至脱SiO2装置中，并加入水处理剂，搅拌，进行脱SiO2处理；
（5）脱镁处理：将步骤（4）除去SiO2后的废水加入至脱镁装置中，并加入pH调节剂和助剂，搅拌，进行脱镁处理；
（6）浓缩及微滤处理：将步骤（5）加有pH调节剂和助剂的废水通过浓缩过滤装置进行浓缩及微滤处理，去除沉淀杂质，得到净化水体；
用于氧化结晶软化的水处理方法的水处理系统，所述水处理系统按照使用顺序包括依次连接的水体收集容器、臭氧催化处理装置、CaCO3结晶软化装置、脱SiO2装置、脱镁装置、浓缩过滤装置和后处理装置, 所述臭氧催化处理装置内置有催化剂颗粒，所述CaCO3结晶软化装置内置有CaCO3结晶诱导因子；
所述臭氧催化处理装置包括臭氧发生器和臭氧催化流化床，所述臭氧发生器的输入端连接有液氧供应器，所述臭氧发生器的输出端与所述臭氧催化流化床的臭氧输入端连接；所述CaCO3结晶软化装置包括空气供应器和软化结晶流化床，所述空气供应器的输出端置于所述软化结晶流化床的内部；所述臭氧催化流化床的水体输入端与所述水体收集容器的输出端连接，所述臭氧催化流化床的水体输出端与所述软化结晶流化床的水体输入端连接, 所述软化结晶流化床的输出端与所述脱SiO2装置的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（2）中，所述催化剂颗粒为臭氧催化剂颗粒，所述催化剂颗粒的粒径为1-5mm，所述臭氧、废水、催化剂颗粒三相的质量比为2.5-3.5:10000-12000:400-600。
3.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中，废水中的Ca析出以CaCO3结晶的形式析出并从CaCO3结晶软化装置的底部排出；所述CaCO3结晶诱导因子是由NaOH和Na2CO3以重量比为1.0-1.5:1组成的混合物；所述软化剂为Na2CO3；所述空气、废水、软化剂三相的质量比为0.1-0.3:1:0.3-0.8。
4.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（3）中，CaCO3结晶软化处理的体系pH值为10-11，ORP值为350-550mV，空气通入的流速为0.4-8cm/s，废水与软化剂的液体流速为0.144-0.808cm/s。
5.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（4）中，所述水处理剂为Mg(OH)2和/或MgSO4。
6.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（5）中，所述pH调节剂为NaOH和/或石灰，所述助剂是由聚合氯化铝和聚丙烯酰胺以重量比为1.0-1.5:1.8-2.6组成的混合物；废水中的镁离子与pH调节剂、助剂相反应并生成Mg(OH)2沉淀。
7.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（6）具体为：将步骤（5）生成有Mg(OH)2沉淀的废水通过浓缩过滤装置进行浓缩及微滤处理，得到Mg(OH)2料浆，进行压滤后得到净化水体以及可循环用于脱SiO2处理中水处理剂的粗产品Mg(OH)2。
8.根据权利要求1所述的一种氧化结晶软化的水处理方法，其特征在于：所述步骤（6）后还包括步骤（7）后处理：将步骤（6）除去沉淀杂质后的废水通入后处理装置中，加入pH调节剂进行调节pH，并进行杀菌处理，得到稳定软化水体；所述pH调节剂为硫酸和/或盐酸，所述杀菌处理采用紫外线杀菌处理或杀菌剂处理，所述杀菌剂为次氯酸钠、二氧化氯和臭氧中的至少一种。
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