CN109851138A - 一种高盐废水软化及浓缩装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高盐废水软化及浓缩的装置和方法，该装置包括：混凝池，其入口端与软化池连接，出口端与多介质过滤系统入口端连接，软化池和混凝池底端设有排泥管道，晶种回流管道一端与排泥管道连接，另一端与软化池连接；超滤系统，其入口端与多介质过滤系统出口端连接，出口端与电渗析系统入口端连接，超滤系统和混凝池之间设有第一浓缩液回流管道；反渗透系统，其与电渗析系统出口端连接。本发明还涉及一种基于上述高盐废水软化及浓缩的装置进行高盐废水软化及浓缩的方法。本发明可将高盐废水中的Ca2+选择性分离；浓缩并回收利用过量添加的软化剂，降低沉淀物生成量和软化剂的投加量及成本；实现高盐废水的高倍率浓缩。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，具体而言，涉及一种高盐废水软化及浓缩装置及方法。
背景技术
在诸多类型工业废水中，高盐废水由于盐含量高、排量大和对金属具有腐蚀性(如Cl-腐蚀)等特征，直接外排会对生态环境造成严重危害。目前，膜法和热法是对高盐废水进行零排放处理的主要技术，由于废水中往往富含Ca2+和Mg2+，容易导致滤膜和蒸发器等设备结垢，因此必须先进行软化预处理。常规的软化方法是将Ca2+和Mg2+都进行去除(如熟石灰-纯碱法、烧碱-纯碱法和石灰法等)，这种方法存在软化剂耗量大、沉淀量大等问题。
由于Mg2+的结垢可通过调整pH防控，即便形成Mg(OH)2垢也可用酸清洗；Ca2+形成的CaSO4垢却极难清洗，垢体会对滤膜和蒸发器的正常运行造成不可逆的影响。因此，若能选择性地去除Ca2+而不去除Mg2+，不仅可以提高软化效率，更能降低药剂成本。黎新等(分步沉淀法去除稀土废水中钙镁的研究.水处理技术，2016，42(7)：88-92)提出了一种用草酸选择性去除稀土废水Ca2+的方法，李飞等(一种高镁低钙脱硫废水软化预处理装置.中国专利：ZL2017 2 1032808.3,2017-8-17)和刘海洋等(一种高镁低钙脱硫废水软化预处理装置.中国专利：ZL 2017 2 1032793.0,2017-8-17)提出了一种用草酸盐选择性去除火电厂脱硫废水Ca2+的方法，这些方法在去除Ca2+的同时对Mg2+的影响很低，可以有效降低软化剂耗量和沉淀产生量。然而，上述软化方法均需过量投加草酸或草酸盐作为软化剂，过量投加的软化剂最终随废水排出，由于该类软化剂价格较高，这些工艺难免造成了软化剂的过量浪费。
电渗析技术常被用于高盐废水的高倍率浓缩，其工作原理是利用了电渗析膜对阴阳离子和不同价态离子的选择透过性将废水过滤为浓缩液和稀释液。例如阳膜仅透过阳离子，阴膜仅透过阴离子，一二价离子分离膜可拦截二价离子等。若能将一二价离子分离膜与草酸盐软化工艺相结合，不仅能回收利用过量添加的草酸盐软化剂(主要为回收利用草酸根C2O4 2-)，更能实现废水的高倍率浓缩。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高盐废水软化及浓缩的装置和方法，可以选择性地将Ca2+从废水中分离、回收过量软化药剂、降低软化剂的投加量和成本，并实现废水的高倍率浓缩。
本发明提供了一种高盐废水软化及浓缩的装置，该装置包括：
混凝池，其入口端与软化池连接，所述混凝池出口端与多介质过滤系统入口端连接，所述软化池和所述混凝池底端设有排泥管道，晶种回流管道一端与所述排泥管道连接，所述晶种回流管道另一端与所述软化池连接；
超滤系统，其入口端与所述多介质过滤系统出口端连接，所述超滤系统出口端与电渗析系统入口端连接，所述超滤系统和所述混凝池之间设有第一浓缩液回流管道；
反渗透系统，其与所述电渗析系统出口端连接。
作为本发明的进一步改进，所述软化池的顶部设有pH调节加药管、晶种投放管道和第一药剂投放管道。
作为本发明的进一步改进，所述混凝池的顶部设有第二药剂投放管道。
作为本发明的进一步改进，所述多介质过滤系统内部设有过滤介质。
作为本发明的进一步改进，所述电渗析系统设有正极和负极，所述电渗析系统内部设有多个阳膜和多个一二价分离阴膜，且所述阳膜和所述一二价分离阴膜间隔布置并形成淡水室和浓水室，所述反渗透系统的进水侧通过电渗析淡水管道与所述电渗析系统内部的淡水室的出口端连接，所述反渗透系统的浓水侧通过第二浓缩液回流管道分别与所述淡水室的入口端和所述软化池连接。
作为本发明的进一步改进，所述软化池内部设有第一搅拌装置，所述混凝池内部设有第二搅拌装置。
作为本发明的进一步改进，所述反渗透系统的产水侧与反渗透产水管道连接，所述电渗析系统浓水室的出口端与电渗析浓缩液管道连接。
本发明还提供了一种高盐废水软化及浓缩的方法，该方法包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池中，通过pH调节加药管向软化池中加入盐酸或氢氧化钠，将软化池中的高盐废水的pH值调节至6.0-7.5，通过第一药剂投放管道向软化池中投加药剂A，通过第一搅拌装置对所述软化池中的高盐废水予以搅拌提升软化反应效率，将沉降废水中的钙离子沉淀，同时通过晶种投放管道向软化池中投加晶种，控制晶种与软化池中高盐废水的质量比为2‰～5‰，设置水力停留时间为1～2小时，软化池中得到软化废水，所述软化池产生的部分沉淀物通过晶种回流管道回流到所述软化池中；
步骤2、将步骤1中得到的软化废水输送至混凝池中，通过第二药剂投放管道向混凝池中投加药剂B，通过第二搅拌装置对混凝池中的软化废水进行搅拌加快软化废水中悬浮物的混凝速度，沉淀物由排泥管道排出，混凝池内部得到混凝废水；
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至多介质过滤系统中，悬浮物被过滤介质截流分离，多介质过滤系统内部得到澄清废水；
步骤4、将步骤3中的澄清废水输送至超滤系统中，澄清废水中的微小悬浮物、胶体和大分子物质被过滤分离，得到超滤浓缩液和超滤产水，超滤浓缩液通过第一浓缩液回流管道回流到所述混凝池进行混凝分离；
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至电渗析系统中的淡水室中，在正极和负极的牵引下，超滤产水中的阴阳离子分别向相反电极转移，阳离子透过阳膜进入浓水室，一价阴离子透过一二价分离阴膜进入浓水室，得到电渗析浓缩液，该浓缩液即为系统的浓缩产水，其盐含量可达10％-20％，经电渗析浓缩液管道排出；二价阴离子(主要包括草酸根离子C2O4 2-和硫酸根离子SO4 2-等)被一二价分离阴膜拦截于淡水室中，得到电渗析淡水；
步骤6、步骤5中得到的电渗析淡水经电渗析淡水管道进入反渗透系统中进行处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，所述反渗透产水经反渗透产水管道排出，部分反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道回流到所述软化池中，部分反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道回流到所述淡水室再次被浓缩。
作为本发明的进一步改进，所述药剂A为草酸钾或草酸钠，所述药剂B为混凝剂，所述晶种为草酸钙。
作为本发明的进一步改进，步骤1中投加药剂A后，控制软化池中高盐废水中草酸跟的摩尔浓度为钙离子摩尔浓度的1.5～2.0倍。
本发明的有益效果为：1.可将高盐废水中的Ca2+选择性分离，在基本不影响Mg2+浓度的前提下将废水软化；2.相对于将Ca2+和Mg2+都进行去除的软化工艺，降低了沉淀物生成量和软化剂的投加量及成本；3.浓缩并回收利用了过量添加的草酸根离子和废水中的硫酸根离子，降低了软化剂的投放量和成本；4.可实现高盐废水的高倍率浓缩，系统浓缩液的盐含量可达10％-20％，废水流量也被大幅降低，可显著降低后续零排放处理工艺的成本；5.通过反渗透设备可回收利用部分淡水资源。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种高盐废水软化及浓缩的装置结构示意图。
图中，
1、PH调节加药管；2、软化池；3、混凝池；4、多介质过滤系统；5、第一搅拌装置；6、第二搅拌装置；7、电渗析系统；8、晶种回流管道；9、排泥管道；10、晶种投放管道；11、第一药剂投放管道；12、第二药剂投放管道；13、超滤系统；14、反渗透系统；15、过滤介质；16、电渗析淡水管道；17、第一浓缩液回流管道；18、第二浓缩液回流管道；19、反渗透产水管道；20、电渗析浓缩液管道；21、淡水室；22、正极；23、负极；24、阳膜；25、一二价分离阴膜；26、浓水室。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示，本发明实施例1所述的是一种高盐废水软化及浓缩的装置，该装置包括：
混凝池3，其入口端与软化池2连接，混凝池3出口端与多介质过滤系统4入口端连接，软化池2和混凝池3底端设有排泥管道9，晶种回流管道8一端与排泥管道9连接，晶种回流管道8另一端与软化池2连接；
超滤系统13，其入口端与多介质过滤系统4出口端连接，超滤系统13出口端与电渗析系统7入口端连接，超滤系统13和混凝池3之间设有第一浓缩液回流管道17；
反渗透系统14，其与电渗析系统7出口端连接。
进一步的，软化池2的顶部设有PH调节加药管1、晶种投放管道10和第一药剂投放管道11。
进一步的，混凝池3的顶部设有第二药剂投放管道12。
进一步的，多介质过滤系统4内部设有过滤介质15。
进一步的，电渗析系统7设有正极22和负极23，电渗析系统7内部设有多个阳膜24和多个一二价分离阴膜25，且阳膜24和一二价分离阴膜25间隔布置并形成淡水室21和浓水室26，反渗透系统14的进水侧通过电渗析淡水管道16与电渗析系统7内部的淡水室21的出口端连接，反渗透系统14的浓水侧通过第二浓缩液回流管道18分别与淡水室21的入口端和软化池2连接。
进一步的，软化池2内部设有第一搅拌装置5，混凝池3内部设有第二搅拌装置6。
进一步的，反渗透系统14的产水侧与反渗透产水管道19连接，电渗析系统7内部的浓水室26出口端与电渗析浓缩液管道20连接。
进一步的，电渗析系统7内部的阳膜24仅允许阳离子通过，电渗析系统7内部的一二价分离阴膜25仅允许一价阴离子通过。
高盐废水首先被输送至软化池2中进行软化处理得到软化废水，之后软化废水再被输送至混凝池3中进行混凝处理得到混凝废水，混凝废水被输送至多介质过滤系统4中进行初次过滤处理得到澄清废水，之后澄清废水被输送至超滤系统13中进行二次过滤超滤得到超滤产水，超滤产水则被输送至电渗析系统7内部的淡水室21中予以电渗析处理，超滤产水在正极22和负极23的牵引下，阴阳离子分别向相反电极转移，之后阳离子则透过阳膜24进入浓水室26中，一价阴离子则透过一二价分离阴膜25进入浓水室26，得到电渗析浓缩液，该浓缩液即为整个处理装置的浓缩产水，最后经过电渗析浓缩液管道20予以排出，二价阴离子(主要包括草酸根离子和硫酸根离子等)被一二价分离阴膜25拦截于淡水室21中得到电渗析淡水，最后所得到的电渗析淡水通过电渗析淡水管道16进入反渗透系统14中进行反渗透处理得到反渗透产水和反渗透浓缩液。
其中，软化池2顶部的PH调节加药管1的作用是向软化池2中投加盐酸或氢氧化钠，使软化池2内的PH值控制在6.0-7.5的范围之内；晶种投放管道10的作用是向软化池2内投加晶种，使软化池2内的高盐废水与晶种反应进行沉淀，其中晶种与高盐废水质量比为2‰～5‰；第一药剂投放管道11的作用是向软化池2中投加草酸钾或草酸钠药剂，使草酸钾或草酸钠与高盐废水进行软化反应，将高盐废水中的钙离子进行沉淀；第一搅拌装置5对软化池2内的高盐废水、药剂、晶种等予以搅拌加快软化反应效率；软化池2中的部分沉淀物通过底部的排泥管道9进行排出，另一部分沉淀物则通过晶种回流管道8重新回流至软化池2中作为补充晶种。
混凝池3顶部第二药剂投放管道12的作用是向混凝池3中投放混凝剂，使混凝池3中的软化废水的悬浮物进行混凝沉淀；第二搅拌装置6的作用是对混凝池中的软化废水和混凝剂进行搅拌，从而加快软化废水中悬浮物的混凝速度。混凝池3中的沉淀物通过其底部的排泥管道9予以排出。
多介质过滤系统4中的过滤介质15将多介质过滤系统4中混凝废水的悬浮物进行截留分离，从而多介质过滤系统4中则得到澄清废水。
超滤系统13将澄清废水进行二次过滤，将水中的微小悬浮物、胶体和大分子等物质进行过滤分离，得到超滤浓缩液和超滤产水，其中超滤浓缩液则通过第一浓缩液管道17回流至混凝池3中实现固液分离。
反渗透系统14中得到的反渗透浓缩液中草酸根和硫酸根等离子的浓度较高，一部分经第二浓缩液回流管道18回流到软化池2作为软化药剂回收利用，其余反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道18回流到淡水室21被再次浓缩；反渗透系统14中得到的反渗透产水纯度很高，经反渗透产水管道19排出，且可回收利用。
实施例2
本发明实施例2所述的是一种高盐废水软化及浓缩的方法，该方法包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池2中，通过pH调节加药管1向软化池2中加入盐酸或氢氧化钠，将软化池2中的高盐废水的pH值调节至6.0-7.5，通过第一药剂投放管道11向软化池2中投加药剂A，通过第一搅拌装置5对软化池2中的高盐废水予以搅拌提升软化反应效率，将沉降废水中的钙离子沉淀，同时通过晶种投放管道6向软化池2中投加晶种，控制晶种与软化池2中高盐废水的质量比为2‰～5‰，设置水力停留时间为1～2小时，软化池2中得到软化废水。其中步骤1中的沉淀物部分经过底部的排泥管道9予以排出，另一部分则通过晶种回流管道8回流到软化池2中作为补充晶种。
步骤2、将步骤1中得到的软化废水输送至混凝池3中，通过第二药剂投放管道12向混凝池3中投加药剂B，通过第二搅拌装置6对混凝池3中的软化废水进行搅拌加快软化废水中悬浮物的混凝速度，沉淀物由排泥管道9排出，混凝池3内部得到混凝废水。
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至多介质过滤系统4中，悬浮物被过滤介质15截流分离，多介质过滤系统4内部得到澄清废水。
步骤4、将步骤3中的澄清废水输送至超滤系统13中，澄清废水中的微小悬浮物、胶体和大分子物质被过滤分离，得到超滤浓缩液和超滤产水，其中超滤浓缩液通过第一浓缩液回流管道17回到混凝池3中，通过混凝实现固液分离。
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至电渗析系统7中的淡水室21中，在正极22和负极23的牵引下，超滤产水中的阴阳离子分别向相反电极转移。阳离子透过阳膜24进入浓水室26中，一价阴离子透过一二价分离阴膜25进入浓水室26中，得到电渗析浓缩液，该浓缩液即整个浓缩系统的浓缩产水，其盐含量可达10％-20％，最终经过电渗析浓缩液管道20排出；二价阴离子(主要包括草酸根离子和硫酸根离子)被一二价分离阴膜25拦截在淡水室21中得到电渗析淡水。
步骤6、步骤5中得到的电渗析淡水经电渗析淡水管16进入反渗透系统14中进行处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液。反渗透浓缩液中草酸根和硫酸根等离子的浓度较高，一部分经第二浓缩液回流管道18回流到软化池2作为软化药剂回收利用，其余反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道18回流到淡水室21被再次浓缩；反渗透产水纯度很高，经反渗透产水管道19排出，且可回收利用。
进一步的，药剂A为草酸钾或草酸钠，药剂B为混凝剂，晶种为草酸钙。
进一步的，步骤1中投加药剂A后，控制软化池2中高盐废水中草酸跟的摩尔浓度为钙离子摩尔浓度的1.5～2.0倍。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)
1.一种高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，包括：
混凝池(3)，其入口端与软化池(2)连接，所述混凝池(3)出口端与多介质过滤系统(4)入口端连接，所述软化池(2)和所述混凝池(3)底端设有排泥管道(9)，晶种回流管道(8)一端与所述排泥管道(9)连接，所述晶种回流管道(8)另一端与所述软化池(2)连接；
超滤系统(13)，其入口端与所述多介质过滤系统(4)出口端连接，所述超滤系统(13)出口端与电渗析系统(7)入口端连接，所述超滤系统(13)和所述混凝池(3)之间设有第一浓缩液回流管道(17)；
反渗透系统(14)，其与所述电渗析系统(7)出口端连接。
2.根据权利要求1所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述软化池(2)的顶部设有pH调节加药管(1)、晶种投放管道(10)和第一药剂投放管道(11)。
3.根据权利要求1所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述混凝池(3)的顶部设有第二药剂投放管道(12)。
4.根据权利要求1所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述多介质过滤系统(4)内部设有过滤介质(15)。
5.根据权利要求1所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述电渗析系统(7)设有正极(22)和负极(23)，所述电渗析系统(7)内部设有多个阳膜(24)和多个一二价分离阴膜(25)，且所述阳膜(24)和所述一二价分离阴膜(25)间隔布置并形成淡水室(21)和浓水室(26)，所述反渗透系统(14)的进水侧通过电渗析淡水管道(16)与所述电渗析系统(7)内部的淡水室(21)的出口端连接，所述反渗透系统(14)的浓水侧通过第二浓缩液回流管道(18)分别与所述淡水室(21)的入口端和所述软化池(2)连接。
6.根据权利要求1所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述软化池(2)内部设有第一搅拌装置(5)，所述混凝池(3)内部设有第二搅拌装置(6)。
7.根据权利要求5所述的高盐废水软化及浓缩装置，其特征在于，所述反渗透系统(14)的产水侧与反渗透产水管道(19)连接，所述电渗析系统(7)内部的浓水室(26)出口端与电渗析浓缩液管道(20)连接。
8.一种高盐废水软化及浓缩方法，其特征在于，包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池(2)中，通过pH调节加药管(1)向软化池(2)中加入盐酸或氢氧化钠，将软化池(2)中的高盐废水的pH值调节至6.0-7.5，通过第一药剂投放管道(11)向软化池(2)中投加药剂A，通过第一搅拌装置(5)对所述软化池(2)中的高盐废水予以搅拌提升软化反应效率，将沉降废水中的Ca2+沉淀，同时通过晶种投放管道(6)向软化池(2)中投加晶种，控制晶种与软化池(2)中高盐废水的质量比为2‰～5‰，设置水力停留时间为1～2小时，软化池(2)中得到软化废水，所述软化池(2)产生的部分沉淀物通过晶种回流管道(8)回流到所述软化池(2)中；
步骤2、将步骤1中得到的软化废水输送至混凝池(3)中，通过第二药剂投放管道(12)向混凝池(3)中投加药剂B，通过第二搅拌装置(6)对混凝池(3)中的软化废水进行搅拌加快软化废水中悬浮物的混凝速度，沉淀物由排泥管道(9)排出，混凝池(3)内部得到混凝废水；
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至多介质过滤系统(4)中，悬浮物被过滤介质(15)截流分离，多介质过滤系统(4)内部得到澄清废水；
步骤4、将步骤3中的澄清废水输送至超滤系统(13)中，澄清废水中的微小悬浮物、胶体和大分子物质被过滤分离，得到超滤浓缩液和超滤产水，超滤浓缩液通过第一浓缩液回流管道(17)回流到所述混凝池(3)进行混凝分离；
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至电渗析系统(7)中的淡水室(21)中，在正极(22)和负极(23)的牵引下，超滤产水中的阴阳离子分别向相反电极转移。阳离子透过阳膜(24)进入浓水室(26)中，一价阴离子透过一二价分离阴膜(25)进入浓水室(26)中，得到电渗析浓缩液，该浓缩液经过电渗析浓缩液管道(20)排出；二价阴离子(主要包括草酸根离子和硫酸根离子)被一二价分离阴膜(25)拦截在淡水室(21)中得到电渗析淡水。
步骤6、步骤5中得到的电渗析淡水经电渗析淡水管(16)进入反渗透系统(14)中进行处理，得到反渗透产水和反渗透浓缩液，所述反渗透产水经反渗透产水管道(19)排出，部分反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道(18)回流到所述软化池(2)中，部分反渗透浓缩液经第二浓缩液回流管道(18)回流到所述淡水室(21)再次被浓缩。
9.根据权利要求8所述的高盐废水软化及浓缩方法，其特征在于，所述药剂A为草酸钾或草酸钠，所述药剂B为混凝剂，所述晶种为草酸钙。
10.根据权利要求8所述的高盐废水软化及浓缩方法，其特征在于，步骤1中投加药剂A后，控制软化池(2)中高盐废水中草酸跟的摩尔浓度为钙离子摩尔浓度的1.5～2.0倍。
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