CN109179743A - 一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属水处理领域，涉及一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法。所述的预处理系统包括脱稳絮凝沉淀系统、软化沉淀系统、机械过滤器、超滤及后处理系统，以及污泥处理设备和磁粉分离器，本发明同时提供一种利用所述系统进行污水预处理的方法，包括脱稳结晶、絮凝沉淀、软化、絮凝沉降、沉淀分离和过滤步骤。本发明提供的技术方案可用于含有高钙高硫酸根矿化度的煤矿水、高含盐废水等的预处理，预处理后矿化度含量大为降低，可满足超滤（UF）系统进水水质要求。本发明的预处理工艺可连续操作、处理效果好、处理效率高，工艺流程简单、运行成本低。

Description

一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法

技术领域

本发明属水处理领域，尤其涉及一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法。

背景技术

水资源缺乏是本世纪面临的最严重的全球挑战之一。中国的水环境形势非常严峻，整个地表水受到严重污染的劣V类水体所占比例较高（约10%），有些流域甚至大大超过这个数字。涉及饮用水安全的水环境突发事件时有发生。为此，国家近年来出台了一系列政策措施用于指导水污染防治，2015年更推出了《水污染防治行动计划》( 即“水十条”)，为废水处理行业提供了良好的外部政策环境。污水治理的关键在于源头控制、污水净化后循环利用、以及零排放技术。本发明以高矿化度、高悬浮物的废水为例，提供其“零排放”过程中的预处理技术。

高矿化度废水会给生态环境带来一定危害：土壤结块、土壤滋生盐碱化、不耐盐碱类林木种类削弱、农作物减产。对其不进行处理将会导致过度开采地下水，造成地下水资源短缺、地质塌陷等。我国近年来开始开展对高矿化度、高悬浮物废水的处理，尤其是深度处理方面的工作。在处理矿化度不高且悬浮物含量较高的废水方面的处理，有比较成熟可行的经验，一般采用混凝、沉淀、过滤、消毒等等工序，其出水水质即能基本达到生产使用和生活饮用标准的要求。但高矿化度水废水中含有大量的无机离子，如Ca²⁺、Na⁺、SO₄ ^2-、Cl^-等离子，硬度高，其中含盐高达5,000-15,000 mg/L，含氯高达1,000-5,000 mg/L，悬浮物高达300-1,500 mg/L，需采用以膜分离和膜浓缩为核心的集成技术对其进行深度处理，以达到处理水回用和（近）零排放的目的。在该类集成处理技术中，仅采用混凝、沉淀等无法达到进超滤膜的水质要求，存在硬度、碱度去除效果不佳、悬浮物沉降效果不好、预处理时间长等缺点。

发明内容

本发明针对现有预处理技术的不足，提供了一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法，以解决现有技术中的问题。该预处理方法投资较低，处理净化程度高，节能高效，经预处理后的出水可直接进入后续超滤及后处理过程。

1、本发明采取的技术方案为：一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法，所述系统包括，

脱稳絮凝沉淀系统，所述脱稳絮凝沉淀系统包括晶种投加池、第一絮凝池、第一助凝池、第一斜管沉淀池及第一污泥处理装置，所述第一斜管沉淀池底部设有与晶种投加池连通的晶种回流管道，同时第一斜管沉淀池底部设有与第一污泥处理装置连通的污流管道；

软化沉淀系统，所述软化沉淀系统包括软化池、第二絮凝池、第二助凝池、第二斜管沉淀池、所述第二斜管沉淀池排污口连接磁粉分离器，所述磁粉分离器设有与第二絮凝池连接的磁粉回流管道和污泥回流管道，磁粉分离器同时通过污泥管道与第二污泥处理装置连接；

第一污泥处理装置的排水管道与第一斜管沉淀池的上清液溢流管道共同连接至软化沉淀系统的软化池，第二污泥处理装置的污泥管道连接至滤渣处理系统，第二污泥处理装置的排水管道与第二斜管沉淀池的溢流管道共同连接至机械过滤器，所述第一污泥处理装置和第二污泥污泥处理装置为板框压滤机和卧螺离心机中的一种；

机械过滤器与超滤及后处理系统连接，所述机械过滤器为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，其中，石英砂过滤器可以为多孔板或弓形板，过滤精度45-55 微米，石英砂填充高度0.8-1.2 m，弓形板石英砂过滤器垫层填充高度0.2 m，斜管孔径为50-150 mm。

本发明同时提供一种高硫酸钙矿化度的废水预处理方法，包括如下步骤：

a、脱稳结晶，晶种投加池提前投加硫酸钙晶种，废水进入晶种投加池后脱稳去过饱和，促发废水中硫酸钙结晶；

b、絮凝沉淀，分别在絮凝池和助凝池中添加絮凝剂和助凝剂，使形成的硫酸钙晶体形成大的絮体便于沉降，混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或多种，混凝剂用量0.1~1 kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，获得含硫酸钙沉淀的溶液进入第一斜管沉淀池，经过斜管沉淀形成含硫酸钙污流和上清液，所述含硫酸钙污流的一部分通过晶种回流管道回流至晶种投加池以维持系统稳定平衡，另一部分通过污流管道进入第一污泥处理装置，经第一污泥处理装置处理后分别得到的滤渣和滤液，所述滤渣即为石膏产品，所述滤液与所述上清液一起进入软化沉淀系统中的软化池。

c、软化，软化池内提前添加软化药剂以去步骤2所述滤液与上清液的硬度和碱度，形成软化水，所述软化药剂采用生石灰-碳酸钠法或苛性钠+纯碱或熟石灰+纯碱+磷酸钠，软化药剂按总硬度的0.9~2倍摩尔比投加。

d、絮凝沉降，向步骤3得到的软化水投放磁粉后进入絮凝池和助凝池，向絮凝池中添加混凝剂和助凝剂，将软化产生的固体悬浮物沉降以降低浊度形成浊流，所述混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或多种，混凝剂用量0.1~1 kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，所选磁粉粒度50~500目，磁性物含量92~96%，磁粉加入量为絮凝池和助凝池容积的1~10%；

e、沉淀分离，将步骤4所得浊流引入第二斜管沉淀池，沉淀后得到位于第二斜管沉淀池沉淀区的带磁粉污泥和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液，所述带磁粉污泥排放至磁粉分离器进行磁分离，分离得到的磁粉和一部分污泥分别通过磁粉回流管道和污泥回流管道回流至絮凝池，以维持系统稳定平衡，另一部分污泥进入第二污泥处理系统，经第二污泥处理系统处理后得到废渣和清液，所述废渣填埋处理，所述清液和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液一起进入机械过滤器；

f、过滤，机械过滤器对步骤5处理后得到的清液和沉淀清液进行过滤，所述的机械过滤器为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，最终产水满足超滤系统进水要求，进入后续超滤及后处理过程。

本发明的有益效果有：

1、整体系统布局合理易控，结合脱稳、软化、混凝、磁絮凝、斜管沉淀，可使高矿化度、高悬浮物废水经预处理后达到进入超滤的水质要求；

2、磁粉一次投加之后，结合配比及回流结构，可以做到反复利用，无需补充，磁粉回收可达到98%以上，仅需补充少量损失的磁种；

3、通过合理配比及循环设置，及大缩短了悬浮物的沉降时间，提升了整体处理效率，解决了现有技术中存在的硬度、碱度去除效果不佳、悬浮物沉降效果不好、预处理效率低等缺点。

附图说明

图1为本发明系统布局及方法流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统，包括，

脱稳絮凝沉淀系统1，所述脱稳絮凝沉淀系统1包括晶种投加池1a、第一絮凝池1b、第一助凝池1c、第一斜管沉淀池1d及第一污泥处理装置1e，所述第一斜管沉淀池1d底部设有与晶种投加池1a连通的晶种回流管道，同时第一斜管沉淀池1d底部设有与第一污泥处理装置1e连通的污流管道；

软化沉淀系统2，所述软化沉淀系统包括软化池2a、第二絮凝池2b、第二助凝池2c、第二斜管沉淀池2d、所述第二斜管沉淀池2d排污口连接磁粉分离器2e，所述磁粉分离器2e设有与第二絮凝池2b连接的磁粉回流管道和污泥回流管道，磁粉分离器2e同时通过污泥管道与第二污泥处理装置2f连接；

第一污泥处理装置1e的排水管道与第一斜管沉淀池1d的上清液溢流管道共同连接至软化沉淀系统的软化池2a，第二污泥处理装置2f的污泥管道连接至滤渣处理系统，第二污泥处理装置2f的排水管道与第二斜管沉淀池2d的溢流管道共同连接至机械过滤器3，所述第一污泥处理装置1e和第二污泥污泥处理装置2f为板框压滤机和卧螺离心机中的一种；

机械过滤器3与超滤及后处理系统4连接，所述机械过滤器3为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，其中，石英砂过滤器可以为多孔板或弓形板，过滤精度45-55 μm，石英砂填充高度0.8-1.2 m，弓形板石英砂过滤器垫层填充高度0.2 m，斜管孔径为50-150 mm。

利用本发明所述高硫酸钙矿化度的废水预处理系统进行预处理的方法，包括如下步骤：

a、脱稳结晶，晶种投加池提前投加硫酸钙晶种，废水进入晶种投加池后脱稳去过饱和，促发废水中硫酸钙结晶；

b、絮凝沉淀，分别在絮凝池和助凝池中添加絮凝剂和助凝剂，使形成的硫酸钙晶体形成大的絮体便于沉降，混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或多种，混凝剂用量0.1~1 kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，获得含硫酸钙沉淀的溶液进入第一斜管沉淀池，经过斜管沉淀形成含硫酸钙污流和上清液，所述含硫酸钙污流的一部分通过晶种回流管道回流至晶种投加池以维持系统稳定平衡，另一部分通过污流管道进入第一污泥处理装置，经第一污泥处理装置处理后分别得到的滤渣和滤液，所述滤渣即为石膏产品，所述滤液与所述上清液一起进入软化沉淀系统中的软化池。

c、软化，软化池内提前添加软化药剂以去步骤2所述滤液与上清液的硬度和碱度，形成软化水，所述软化药剂采用生石灰-碳酸钠法或苛性钠+纯碱或熟石灰+纯碱+磷酸钠，软化药剂按总硬度的0.9~2倍摩尔比投加。

d、絮凝沉降，向步骤3得到的软化水投放磁粉后进入絮凝池和助凝池，向絮凝池中添加混凝剂和助凝剂，将软化产生的固体悬浮物沉降以降低浊度形成浊流，所述混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或两种复配，混凝剂用量0.1~1 kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，所选磁粉粒度50~500目，磁性物含量92~96%，磁粉加入量为絮凝池和助凝池容积的1~10%；

e、沉淀分离，将步骤4所得浊流引入第二斜管沉淀池，沉淀后得到位于第二斜管沉淀池沉淀区的带磁粉污泥和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液，所述带磁粉污泥排放至磁粉分离器进行磁分离，分离得到的磁粉和一部分污泥分别通过磁粉回流管道和污泥回流管道回流至絮凝池，以维持系统稳定平衡，另一部分污泥进入第二污泥处理系统，经第二污泥处理系统处理后得到废渣和清液，所述废渣填埋处理，所述清液和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液一起进入机械过滤器；

f、过滤，机械过滤器对步骤5处理后得到的清液和沉淀清液进行过滤，所述的机械过滤器为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，最终产水满足超滤系统进水要求，进入后续超滤及后处理过程。

实施例1

高矿化度废水水质（单位：ppm）

pH	总硬度	钙硬度	硫酸根	碳酸根	碳酸氢根	TDS
							8.0	4000	3000	7000	5	900	15000

实施过程：

系统进水量10 m³/h，先期投加硫酸钙晶种10 kg至晶种投加池，在投加晶种晶核作用下，引发过饱和的硫酸钙晶体形式，在第一絮凝池中投加100 mg/L的PAC，在第一助凝池中加入1.5 mg/L的PAM，将形成的硫酸钙晶体形成大的絮体便于沉降；在第一斜管沉淀池，沉降的硫酸钙部分回流至晶种投加池，污流回流量为1 m³/h，其余污流经过板框压滤机分离后，滤渣形成石膏产品，产量为60 kg/h (含水率约为40%的石膏产品)，滤液同斜管沉淀清液一起，进入软化沉淀系统；

清液中钙硬度含量为600 mg/L，经过石灰+碳酸钠软化法进行软化，石灰投加量为50mg/L,碳酸钠投加量为400 mg/L，以去除水中的硬度和碱度；软化的同时，在第二絮凝池入口先期投加10 kg磁粉，用作絮体生成的晶核，之后向第二絮凝池和第二助凝池中分别加入120 mg/L的PFS和1 mg/L的PAM；除硬形成的悬浮物经过絮凝沉淀后进入第二斜管沉淀池，污泥经过磁分离后，磁粉完全回流至絮凝池入口处，污流一部分回流至絮凝池入口处，回流比为1/20，其余部分经过板框压滤机分离，滤渣填埋处理，滤液进入石英砂过滤器处理；所用石英砂过滤器可以为多孔板或弓形板，过滤精度45-55 μm。

最终产水悬浮物含量大幅降低，约3-6 mg/L，产水满足超滤系统进水要求，进入后续处理过程。

Claims (2)

1.一种高硫酸钙矿化度的废水预处理系统及方法，其特征在于：所述系统包括，

脱稳絮凝沉淀系统（1），

所述脱稳絮凝沉淀系统（1）包括晶种投加池（1a）、第一絮凝池（1b）、第一助凝池（1c）、第一斜管沉淀池（1d）及第一污泥处理装置（1e），所述第一斜管沉淀池（1d）底部设有与晶种投加池（1a）连通的晶种回流管道，同时第一斜管沉淀池（1d）底部设有与第一污泥处理装置（1e）连通的污流管道；

软化沉淀系统（2），

所述软化沉淀系统包括软化池（2a）、第二絮凝池（2b）、第二助凝池（2c）、第二斜管沉淀池（2d）、所述第二斜管沉淀池（2d）排污口连接磁粉分离器（2e），所述磁粉分离器（2e）设有与第二絮凝池（2b）连接的磁粉回流管道和污泥回流管道，磁粉分离器（2e）同时通过污泥管道与第二污泥处理装置（2f）连接；

第一污泥处理装置（1e）的排水管道与第一斜管沉淀池（1d）的上清液溢流管道共同连接至软化沉淀系统的软化池（2a），第二污泥处理装置（2f）的污泥管道连接至滤渣处理系统，第二污泥处理装置（2f）的排水管道与第二斜管沉淀池（2d）的溢流管道共同连接至机械过滤器（3），所述第一污泥处理装置（1e）和第二污泥污泥处理装置（2f）为板框压滤机和卧螺离心机中的一种；

机械过滤器（3）与超滤及后处理系统（4）连接，所述机械过滤器（3）为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，其中，石英砂过滤器可以为多孔板或弓形板，过滤精度45-55 μm，石英砂填充高度0.8-1.2 m，弓形板石英砂过滤器垫层填充高度0.2 m，斜管孔径为50-150 mm。

2.利用权利要求1所述高硫酸钙矿化度的废水预处理系统进行预处理的方法，其特征在于：包括如下步骤：

a、脱稳结晶，晶种投加池提前投加硫酸钙晶种，废水进入晶种投加池后脱稳去过饱和，促发废水中硫酸钙结晶；

b、絮凝沉淀，分别在絮凝池和助凝池中添加絮凝剂和助凝剂，使形成的硫酸钙晶体形成大的絮体便于沉降，混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或多种，混凝剂用量0.1~1 kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，获得含硫酸钙沉淀的溶液进入第一斜管沉淀池，经过斜管沉淀形成含硫酸钙污流和上清液，所述含硫酸钙污流的一部分通过晶种回流管道回流至晶种投加池以维持系统稳定平衡，另一部分通过污流管道进入第一污泥处理装置，经第一污泥处理装置处理后分别得到的滤渣和滤液，所述滤渣即为石膏产品，所述滤液与所述上清液一起进入软化沉淀系统中的软化池，

c、软化，软化池内添加软化药剂以去步骤2所述滤液与上清液的硬度和碱度，形成软化水，所述软化药剂采用生石灰-碳酸钠法或苛性钠+纯碱或熟石灰+纯碱+磷酸钠，软化药剂按总硬度的0.9~2倍摩尔比投加，

d、絮凝沉降，向步骤3得到的软化水投放磁粉后进入絮凝池和助凝池，向絮凝池中添加混凝剂和助凝剂，将软化产生的固体悬浮物沉降以降低浊度形成浊流，所述混凝剂可以为聚合氯化铁（PFC）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铝（PAC）中的一种或多种，混凝剂用量0.1~1kg/ m³，所述助凝剂为聚丙烯酰胺（PAM），用量0.5~2 g /m³，搅拌时间8~12 分钟，沉淀停留时间1~3 小时，所选磁粉粒度50~500目，磁性物含量92~96%，磁粉加入量为絮凝池和助凝池容积的1~10%；

e、沉淀分离，将步骤4所得浊流引入第二斜管沉淀池，沉淀后得到位于第二斜管沉淀池沉淀区的带磁粉污泥和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液，所述带磁粉污泥排放至磁粉分离器进行磁分离，分离得到的磁粉和一部分污泥分别通过磁粉回流管道和污泥回流管道回流至絮凝池，以维持系统稳定平衡，另一部分污泥进入第二污泥处理系统，经第二污泥处理系统处理后得到废渣和清液，所述废渣进行固废处理，所述清液和位于第二斜管沉淀池清液池的沉淀清液一起进入机械过滤器；

f、过滤，机械过滤器对步骤5处理后得到的清液和沉淀清液进行过滤，所述的机械过滤器为石英砂过滤器或细砂过滤器或多介质过滤器中的任意一种，最终产水满足超滤系统进水要求，进入后续超滤及后处理过程。