CN109592814A - 含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置及方法。其中的处理装置包括依次连接的结晶器、稠厚器和离心脱水机，所述结晶器的进口与浓盐水输入管路连接，所述结晶器的进口还与用于加入絮凝剂或硫酸钙晶种的投加装置连接，所述结晶器的出水口与排水管路连接。利用本发明所提出的处理装置及方法能够去除水中的永久硬度，从而消除或削弱排放水对周围环境的不利影响，此外，还可以消除浓盐水中的阻垢剂并且回收浓盐水中的硫酸钙，从而避免资源的浪费。

Description

含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置及方法。

背景技术

反渗透技术作为一种新型的水处理方法，目前被广泛用于污水的再生。反渗透技术具有占地小、处理效率高、药剂投加量低、出水水质稳定、能耗低、运行操作简单等突出的优点，在工业高盐水的再生水回用中具有很强的竞争力。但值得注意的是，在制取优质脱盐水的同时，进水中的杂质被高度浓缩，并以反渗透浓水的形式外排。如果反渗透浓水不经过合理处理而直接排放，必然会对周围的环境造成十分不利的影响。

在利用反渗透技术进行水处理的时候，当溶液中的结垢离子浓度过饱和时，需要添加阻垢剂以防止结垢物质带来的膜污染，反渗透浓水中阻垢剂的存在，对无机过饱和浓水起着稳定作用，但却增大了浓水的处理难度。目前，对反渗透浓水典型的处置方法包括地面水排放、深井注射、喷灌、热蒸发等。但以上方法均未能将反渗透浓水很好地利用，没有从根本上减少浓水的排放，实际上造成了水资源的浪费。

对于含有高浓度硫酸钙的这一类反渗透浓水(简称浓盐水)的处理，通常是加入碳酸盐将永久硬度变为暂时硬度，然后回收碳酸钙晶体。但是新引入的碳酸盐会加剧软化后的浓水的后期处理的繁琐性，而且增加了投加药剂的成本。

发明内容

本发明的目的是至少解决上述现有技术中存在的问题之一，该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提出了一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，包括依次连接的结晶器、稠厚器和离心脱水机，所述结晶器的进口与浓盐水输入管路连接，所述结晶器的进口还与用于加入絮凝剂或硫酸钙晶种的投加装置连接，所述结晶器的出水口与排水管路连接。

所述结晶器包括结晶罐、导流筒、搅拌器和封盖，所述导流筒设置在所述结晶罐的内部，所述搅拌器设置在所述导流筒中，所述搅拌器为推进式搅拌器，所述结晶器的进口设置在所述结晶罐的中下部，在所述结晶罐的底部设有出料口，所述结晶罐的上部设有澄清区，所述结晶罐的顶部与所述封盖的外壁之间形成环腔，所述出水口设置在所述环腔的底部。

所述结晶罐的顶部设有向外呈30°角展开的扩张段，在所述扩张段的顶部设有竖直布置的溢流挡板，所述扩张段和溢流挡板形成的区域为所述澄清区，所述溢流挡板与所述封盖的外壁之间形成所述环腔。

所述离心脱水机设有出水口和用于输出硫酸钙晶体的出料口，所述出水口连接所述排水管路，所述排水管路还与所述稠厚器的出水口连接。

所述推进式搅拌器的桨叶直径占结晶罐内径的1/3。

本发明还提出了一种基于上述处理装置而实施的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理方法，包括以下步骤：

1)将待处理的含有高浓度硫酸钙的浓盐水通过浓盐水输入管路引入结晶器，同时，通过投加装置向结晶器加入絮凝剂或硫酸钙晶种；

2)浓盐水在结晶器内结晶，结晶过程得到的清水即为消除永久硬度的水，引入排水管路，结晶过程得到的晶浆输送至稠厚器进行浓缩处理后，再送至离心脱水机进行脱水处理，脱水后得到低含水率的硫酸钙晶体。

进一步地，浓盐水在结晶器停留的时间小于1.5小时。

本发明的优点在于：

本发明所提出的处理装置及方法能够去除水中的永久硬度，从而消除或削弱排放水对周围环境的不利影响，此外，还可以消除浓盐水中的阻垢剂并且回收浓盐水中的硫酸钙，从而避免资源的浪费。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明处理装置的结构示意图；

图2为本发明实验例中加投絮凝剂和晶种两种情况下的结晶速率曲线。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本发明提出了一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，包括依次连接的结晶器1、稠厚器2和离心脱水机3，结晶器1的进口与浓盐水输入管路4连接，结晶器1的进口还与用于加入絮凝剂或硫酸钙晶种的投加装置5连接，结晶器1的出水口与排水管路6连接。

进一步地，结晶器1包括结晶罐11、导流筒12、搅拌器13和封盖14，导流筒12设置在结晶罐11的内部，搅拌器13设置在导流筒12中，搅拌器13为推进式搅拌器，结晶器1的进口4设置在结晶罐11的中下部，在结晶罐11的底部设有用于排出晶浆的出料口15，结晶罐11的上部设有澄清区16，结晶罐11的顶部与封盖14的外壁之间形成环腔17，出水口18设置在环腔17的底部。结晶器1在工作时，在搅拌器13的推动下，水流可沿着导流筒12的内壁下降以及沿着导流筒12的外壁上升，从而形成循环，通过调节搅拌器13的转速，可以使水流上升及下降的速率为进入结晶器1浓盐水流速的9倍，即晶液回流率是800％。

进一步地，搅拌器13的电机采用变频控制技术，搅拌期采用高的搅拌速率，结晶期转换为低的搅拌速率。

进一步地，结晶罐11的顶部设有向外呈30°角展开的扩张段，在扩张段的顶部设有竖直布置的溢流挡板19，扩张段和溢流挡板19形成的区域为澄清区，此处的压力比较低，便于晶体的絮集和沉降。溢流挡板19与封盖14的外壁之间形成环腔17，经过结晶而获得的去除永久硬度的清水经由溢流挡板19溢出到出水口18，从而进入排水管路6，以便于进入后续处理程序或排放。

进一步地，离心脱水机3设有出水口和用于输出硫酸钙晶体的出料口，出水口连接排水管路6，排水管路6还与稠厚器2的出水口连接。

进一步地，推进式搅拌器的桨叶直径占结晶罐内径的1/3。

基于上述处理装置，本发明还提出了一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理方法，包括以下步骤：

1)将待处理的含有高浓度硫酸钙的浓盐水通过浓盐水输入管路引入结晶器，同时，通过投加装置向结晶器加入絮凝剂或硫酸钙晶种；

2)浓盐水在结晶器内结晶，结晶过程得到的清水即为消除永久硬度的水，引入排水管路，结晶过程得到的晶浆输送至稠厚器进行浓缩处理后，再送至离心脱水机进行脱水处理，脱水后得到低含水率的硫酸钙晶体。

进一步地，浓盐水在结晶器停留的时间小于1.5小时，优选为1小时。

本发明所提出的处理装置及方法能够去除水中的永久硬度，从而消除或削弱排放水对周围环境的不利影响，此外，还可以消除浓盐水中的阻垢剂并且回收浓盐水中的硫酸钙，从而避免资源的浪费。

上述实施例中，如果向结晶器1中加入絮凝剂，絮凝剂可与阻垢剂结合，打破阻垢剂的分散作用，同时絮凝作用也能促进晶体的生长和沉淀。如果向结晶器中投加晶种，晶种可以越过阻垢剂的阻垢作用，促进硫酸钙从溶液中析出，加速硫酸钙晶体的成长，此外，晶种只需在结晶器1启动时投加一次，后面的晶种可以利用前面析出的硫酸钙晶体，利用硫酸钙的自结晶性质析出和回收硫酸钙，不必引入其它的置换剂或软化剂，避免了后期处理的繁琐性。

下面以实验例来说明本发明方法的效果：

一种实验室环境下的硫酸钙结晶速率的测试：

模拟水的具体水质指标为：氯离子2939.5mg/L，硫酸根25610mg/L，碳酸氢根472mg/L，硝酸根118mg/L，钾离子74.2mg/L，钠离子12449mg/L，钙离子1576mg/L，镁离子48mg/L。

采用搅拌结晶法处理：

方法1：阻垢剂去除后结晶试验

取465mL的NaCl-Na₂SO₄-NaHCO₃-KNO₃溶液至絮凝试验搅拌杯中，加入70mL纯水；加入40mg(40uL)的阻垢剂到NaCl-Na₂SO₄-NaHCO₃-KNO₃溶液中；将465mL的CaCl₂-MgCl₂溶液在搅拌条件下缓慢倒入NaCl-Na₂SO₄-NaHCO₃-KNO₃溶液中，此混合溶液为约950％CaSO4过饱和浓度的阻垢剂稳定型混合液；在搅拌速度为200r/min条件下，加入絮凝剂(P0₂)的投加量分别为200mg/L(200uL)，搅拌3min；过滤；将滤液倒至絮凝试验搅拌杯中；加入投加2g/L的二水硫酸钙晶种，控制在室温条件下，在搅拌速度为200r/min，每10min取样一次，测定上清液中的Ca离子浓度(或者测定电导率变化情况)，直至电导率基本稳定，测定溶液中残留钙离子含量。

方法2：阻垢剂稳定型硫酸钙过饱和溶液配置-(不去阻垢剂结晶试验)

与方法1前面步骤相同，在制成饱和硫酸钙的阻垢剂稳定型混合液后，投加10g/L的二水硫酸钙晶种，控制在室温条件下，在搅拌速度为200r/min，每10min取样一次，测定上清液中的Ca离子浓度(或者测定电导率变化情况)，直至电导率基本稳定，测定溶液中残留钙离子含量。

测试结果如图2所示，在加入阻垢剂去除剂的条件下，钙离子在30分钟内可以减少73.5％。在另一个类似的测试里，增加晶种的量可以进一步加快结晶速率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，其特征在于，包括依次连接的结晶器、稠厚器和离心脱水机，所述结晶器的进口与浓盐水输入管路连接，所述结晶器的进口还与用于加入絮凝剂或硫酸钙晶种的投加装置连接，所述结晶器的出水口与排水管路连接。

2.如权利要求1所述的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，其特征在于，所述结晶器包括结晶罐、导流筒、搅拌器和封盖，所述导流筒设置在所述结晶罐的内部，所述搅拌器设置在所述导流筒中，所述搅拌器为推进式搅拌器，所述结晶器的进口设置在所述结晶罐的中下部，在所述结晶罐的底部设有出料口，所述结晶罐的上部设有澄清区，所述结晶罐的顶部与所述封盖的外壁之间形成环腔，所述出水口设置在所述环腔的底部。

3.如权利要求2所述的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，其特征在于，所述结晶罐的顶部设有向外呈30°角展开的扩张段，在所述扩张段的顶部设有竖直布置的溢流挡板，所述扩张段和溢流挡板形成的区域为所述澄清区，所述溢流挡板与所述封盖的外壁之间形成所述环腔。

4.如权利要求1或2或3所述的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，其特征在于，所述离心脱水机设有出水口和用于输出硫酸钙晶体的出料口，所述出水口连接所述排水管路，所述排水管路还与所述稠厚器的出水口连接。

5.如权利要求2所述的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理装置，其特征在于，所述推进式搅拌器的桨叶直径占结晶罐内径的1/3。

6.一种基于如权利要求1至5任一项所述的处理装置而实施的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理方法，包括以下步骤：

1)将待处理的含有高浓度硫酸钙的浓盐水通过浓盐水输入管路引入结晶器，同时，通过投加装置向结晶器加入絮凝剂或硫酸钙晶种；

2)浓盐水在结晶器内结晶，结晶过程得到的清水即为消除永久硬度的水，引入排水管路，结晶过程得到的晶浆输送至稠厚器进行浓缩处理后，再送至离心脱水机进行脱水处理，脱水后得到低含水率的硫酸钙晶体。

7.如权利要求6所述的处理装置而实施的含有高浓度硫酸钙的浓盐水的处理方法，其特征在于，浓盐水在结晶器停留的时间小于1.5小时。