CN109851139B - 高盐废水软化和浓缩装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高盐废水软化和浓缩装置及方法，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微滤系统的入口端连接；超滤系统，其入口端与所述微滤系统的出口端连接，所述超滤系统出口端与纳滤系统入口端连接；反渗透系统，其入口端与所述纳滤系统出口端连接，所述反渗透系统出口端与反渗透产水管道连接；电渗析系统，其入口端与所述反渗透系统连接，所述电渗析系统出口端与电渗析浓水管道连接。本发明还涉及一种基于上述高盐废水软化和浓缩的装置进行高盐废水软化和浓缩的方法。本发明的有益效果为：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。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体而言，涉及一种高盐废水软化和浓缩装置及方法。
背景技术
近年来，国内工业废水的处理与排放正在受到日趋严格的管理和限制。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，因此其零排放成为业内关注的焦点。目前，膜法浓缩是实现高盐废水零排放最主要的前处理技术之一，由于废水中富含的Ca2+和Mg2+极易导致滤膜结垢，因此必须先对废水进行必要的软化处理。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)，这类方法存在软化剂耗量大、沉淀量大等问题。
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：ZL 2017 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，由于该类药剂价格较高，这些方法难免造成了软化剂的过量浪费。若能回收利用过量投加的草酸根，并制定相匹配的膜浓缩工艺，则不仅能降低软化环节的成本，更能实现废水的高倍率浓缩，对达成零排放的目标具有重要的意义。
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和浓缩装置及方法，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和浓缩装置，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微滤系统的入口端连接；
超滤系统，其入口端与所述微滤系统的出口端连接，所述超滤系统出口端与纳滤系统入口端连接；
反渗透系统，其入口端与所述纳滤系统出口端连接，所述反渗透系统出口端设有反渗透产水管道和反渗透浓水管道；
电渗析系统，其入口端通过所述反渗透浓水管道与所述反渗透系统连接，所述电渗析系统出口端与电渗析浓水管道连接。
作为本发明的进一步改进，所述软化池顶部设有第一加药管道、第二加药管道和第三加药管道，所述软化池内部设有第一搅拌装置。
作为本发明的进一步改进，所述混凝池顶部设有第四加药管道，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，所述微滤系统内部设有曝气装置和微滤装置。
作为本发明的进一步改进，所述软化池和混凝池底部设有排泥管道，所述排泥管道和所述软化池通过晶种回流管道连接。
作为本发明的进一步改进，还包括纳滤浓水管道，其入口端与所述纳滤系统连接，所述纳滤浓水管道的出口端与所述软化池连接。
作为本发明的进一步改进，还包括电渗析淡水管道，其入口端与所述电渗析系统连接，所述电渗析淡水管道的出口端与所述反渗透系统入口端连接。
作为本发明的进一步改进，还包括超滤浓水管道，其入口端与所述超滤系统连接，所述超滤浓水管道出口端与所述混凝池连接。
本发明还提供了一种高盐废水软化和浓缩方法，该方法包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池中，通过第一加药管道、第二加药管道和第三加药管道分别向软化池中投加药剂A、药剂B和药剂C，高盐废水中的Ca2+与药剂B进行反应被沉淀分离，沉淀物经排泥管道排出，软化池中得到软化废水；
步骤2、将步骤1中所得的软化废水输送至混凝池中，通过第四加药管道向混凝池中投加药剂D，软化废水中的悬浮物与药剂D进行混凝沉淀，得到的沉淀物由排泥管道排出，混凝池中得到混凝废水，所述软化池和所述混凝池产生的部分沉淀物经晶种回流管道回流到所述软化池中；
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至微滤系统中进行初次过滤，混凝废水中的细小悬浮物经微滤装置过滤分离，微滤系统内部得到微滤产水；
步骤4、将步骤3中得到的微滤产水输送至超滤系统中进行二次过滤，微滤产水中的微小悬浮物、胶体和大分子被过滤分离，超滤系统中得到超滤浓水和超滤产水，超滤浓水经超滤浓水管道回流到所述混凝池，超滤浓水中的难溶物质被混凝分离；
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至纳滤系统中进行第三次过滤，水中的二价离子被截留浓缩，得到纳滤浓水和纳滤产水，纳滤浓水经纳滤浓水管道回流到所述软化池中；
步骤6、将步骤5中的纳滤产水输送至反渗透系统中进行反渗透处理，纳滤产水中的离子被截留分离，得到反渗透浓水和反渗透产水，所述反渗透产水经反渗透产水管道排出；
步骤7、将步骤6中得到的反渗透浓水输送至电渗析系统进行浓缩处理，得到电渗析浓水和电渗析淡水，所述电渗析浓水经电渗析浓水管道排出，所述电渗析淡水经电渗析淡水管道回流至反渗透系统中进行再次浓缩。
作为本发明的进一步改进，所述药剂A为盐酸或氢氧化钠，所述药剂B为草酸钠，所述药剂C为草酸钙，所述药剂D为混凝剂。
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+浓度的前提下去除Ca2+；
2.相对于将Ca2+和Mg2+都进行去除的常规软化工艺，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和浓缩装置结构示意图。
图中，
1、第一加药管道；2、软化池；3、混凝池；4、微滤系统；5、第一搅拌装置；6、第二搅拌装置；7、纳滤系统；8、晶种回流管道；9、排泥管道；10、第二加药管道；11、第三加药管道；12、第四加药管道；13、反渗透系统；14、电渗析系统；15、曝气装置；16、微滤装置；17、纳滤浓水管道；18、反渗透产水管道；19、反渗透浓水管道；20、电渗析淡水管道；21、电渗析浓水管道；22、超滤浓水管道；23、超滤系统。
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和浓缩装置，该装置包括：
混凝池3，其入口端与软化池2连接，混凝池3出口端与微滤系统4的入口端连接；
超滤系统23，其入口端与微滤系统4的出口端连接，超滤系统23出口端与纳滤系统7入口端连接；
反渗透系统13，其入口端与纳滤系统7出口端连接，反渗透系统13出口端设有反渗透产水管道18和反渗透浓水管道19；
电渗析系统14，其入口端通过反渗透浓水管道19与反渗透系统13连接，电渗析系统14出口端与电渗析浓水管道21连接。
进一步的，软化池2顶部设有第一加药管道1、第二加药管道10和第三加药管道11，软化池2内部设有第一搅拌装置5。
进一步的，混凝池3顶部设有第四加药管道12，混凝池3内部设有第二搅拌装置6。
进一步的，微滤系统4内部设有曝气装置15和微滤装置16。
进一步的，软化池2和混凝池3底部设有排泥管道9，排泥管道9和软化池2通过晶种回流管道8连接。
进一步的，还包括纳滤浓水管道17，其入口端与纳滤系统7连接，纳滤浓水管道17的出口端与软化池2连接。
进一步的，还包括电渗析淡水管道20，其入口端与电渗析系统14连接，电渗析淡水管道20的出口端与反渗透系统13入口端连接。
进一步的，还包括超滤浓水管道22，其入口端与超滤系统23连接，超滤浓水管道22出口端与混凝池3连接。
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；混凝废水被输送至微滤系统4中进行初次过滤处理得到微滤产水；微滤产水被输送至超滤系统23中进行第二次过滤得到超滤浓水和超滤产水，其中超滤浓水通过超滤浓水管道22回流至混凝池3中进行混凝分离处理；超滤产水则被输送至纳滤系统7中进行第三次过滤处理，得到纳滤浓水和纳滤产水，其中纳滤浓水经过纳滤浓水管道17回流进入软化池2中作为软化药剂回收利用；纳滤产水被输送至反渗透系统13中进行反渗透处理，得到反渗透浓水和反渗透产水，其中反渗透产水的纯度极高，经反渗透产水管道18排出后可予以回收利用；反渗透浓水则经反渗透浓水管道19进入电渗析系统14中进行电渗析处理，得到电渗析浓水和电渗析淡水，其中电渗析浓水即为整个处理装置的最终产水，其盐浓度可达10％-20％，最后经电渗析浓水管道21排出，电渗析淡水则通过电渗析淡水管道20回流至反渗透系统13中进行再次浓缩。
其中，软化池2顶部的第一加药管道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；第二加药管道10的作用是向软化池2内投加草酸钠，控制废水中草酸根的摩尔浓度为Ca2+摩尔浓度的1.2-2.0倍；第三加药管道11向软化池2中投加晶种草酸钙，促进软化池2内高盐废水中Ca2+的沉淀，其中晶种与高盐废水质量比为2‰～5‰；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顶部第四药剂投放管道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；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。
微滤系统4中的曝气装置15可以防止和缓解滤膜被杂质或沉淀物污染堵塞，而其中的微滤装置16则对微滤系统4中的废水中所含有的细小悬浮物进行过滤分离。
实施例2
本发明实施例2所述的是一种高盐废水软化和浓缩方法，该方法包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池2中，通过第一加药管道1、第二加药管道10和第三加药管道11分别向软化池2中投加药剂A、药剂B和药剂C，高盐废水中的Ca2+与药剂B进行反应被沉淀分离，沉淀物经排泥管道9排出，软化池2中得到软化废水。药剂A为盐酸或氢氧化钠，控制软化池2中废水的PH值在6.0-7.5之间；药剂B为草酸钠，控制软化池2中废水中的草酸根的摩尔浓度为钙离子摩尔浓度的1.2-2.0倍；药剂C为晶种即草酸钙，控制草酸钙与软化池2中沉降废水质量比为2‰-5‰；设置软化池2的水力停留时间为1-2小时。
步骤2、将步骤1中所得的软化废水输送至混凝池3中，通过第四加药管道12向混凝池3中投加药剂D，软化废水中的悬浮物与药剂D进行混凝沉淀，得到的沉淀物由排泥管道9排出，混凝池3中得到混凝废水，软化池2和混凝池3产生的部分沉淀物经晶种回流管道8回流到软化池2中。药剂D为混凝剂，第二搅拌装置6对混凝池3中的废水和混凝剂进行搅拌，加快混凝池3中废水中悬浮物的混凝速率。
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至微滤系统4中进行初次过滤，混凝废水中的细小悬浮物经微滤装置16过滤分离，微滤系统4内部得到微滤产水。微滤系统4中的曝气装置15对微滤系统4中进行曝气处理，可以防止微滤系统4中废水所含的细小悬浮物或沉淀物污染或堵塞滤膜。
步骤4、将步骤3中得到的微滤产水输送至超滤系统23中进行二次过滤，微滤产水中的微小悬浮物、胶体和大分子被过滤分离，超滤系统23中得到超滤浓水和超滤产水。其中超滤浓水通过超滤浓水管道22回流至混凝池3中，使其所含的难溶物质被混凝分离。
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至纳滤系统7中进行第三次过滤，水中的二价离子(主要包括草酸根C2O4 2-和硫酸根SO4 2-等)被截留浓缩，得到纳滤浓水和纳滤产水，纳滤浓水经纳滤浓水管道17回流到软化池2中，作为软化药剂被回收利用。
步骤6、将步骤5中的纳滤产水输送至反渗透系统13中进行反渗透处理，纳滤产水中的离子被截留分离，得到反渗透浓水和反渗透产水，反渗透产水经反渗透产水管道18排出。由于反渗透产水的纯度极高，因此将其通过反渗透产水管道18排出后可被回收重复利用。
步骤7、将步骤6中得到的反渗透浓水输送至电渗析系统14进行浓缩处理，得到电渗析浓水和电渗析淡水，电渗析浓水经电渗析浓水管道21排出，电渗析淡水经电渗析淡水管道20回流至反渗透系统13中进行再次浓缩。其中电渗析浓水为整个处理过程的最终产水，其含盐度可达10％-20％。
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 (7)
1.一种高盐废水软化和浓缩方法，其特征在于，包括：
步骤1、将高盐废水输送至软化池(2)中，通过第一加药管道(1)、第二加药管道(10)和第三加药管道(11)分别向软化池(2)中投加药剂A、药剂B和药剂C，高盐废水中的Ca2+与药剂B进行反应被选择性沉淀分离，产生的沉淀物经排泥管道(9)排出，软化池(2)中得到软化废水；
步骤2、将步骤1中所得的软化废水输送至混凝池(3)中，通过第四加药管道(12)向混凝池(3)中投加药剂D，软化废水中的悬浮物与药剂D进行混凝沉淀，得到的沉淀物由排泥管道(9)排出，混凝池(3)中得到混凝废水，所述软化池(2)和所述混凝池(3)产生的部分沉淀物经晶种回流管道(8)回流到所述软化池(2)中；
步骤3、将步骤2中得到的混凝废水输送至微滤系统(4)中进行初次过滤，混凝废水中的细小悬浮物经微滤装置(16)过滤分离，微滤系统(4)内部得到微滤产水；
步骤4、将步骤3中得到的微滤产水输送至超滤系统(23)中进行二次过滤，微滤产水中的微小悬浮物、胶体和大分子被过滤分离，超滤系统(23)中得到超滤浓水和超滤产水，超滤浓水经超滤浓水管道(22)回流到所述混凝池(3)，超滤浓水中的难溶物质被混凝分离；
步骤5、将步骤4中得到的超滤产水输送至纳滤系统(7)中进行第三次过滤，水中的二价离子被截留浓缩，得到纳滤浓水和纳滤产水，纳滤浓水含有大量的草酸根C2O4 2-和硫酸根SO4 2-，经纳滤浓水管道(17)回流到所述软化池(2)中，作为软化药剂被回收利用；
步骤6、将步骤5中的纳滤产水输送至反渗透系统(13)中进行反渗透处理，纳滤产水中的离子被截留分离，得到反渗透浓水和反渗透产水，所述反渗透产水经反渗透产水管道(18)排出；
步骤7、将步骤6中得到的反渗透浓水输送至电渗析系统(14)进行浓缩处理，得到电渗析浓水和电渗析淡水，所述电渗析淡水经电渗析淡水管道(20)回流至反渗透系统(13)中进行再次浓缩，所述电渗析浓水为整个处理过程的最终产水，其盐含量达10％-20％，经电渗析浓水管道(21)排出。
2.根据权利要求1所述的高盐废水软化和浓缩方法，其特征在于，所述药剂A为盐酸或氢氧化钠，所述药剂B为草酸钠，所述药剂C为草酸钙，所述药剂D为混凝剂。
3.一种用于如权利要求1-2中任一项所述的高盐废水软化和浓缩方法的高盐废水软化和浓缩装置，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)出口端与微滤系统(4)的入口端连接；
超滤系统(23)，其入口端与所述微滤系统(4)的出口端连接，所述超滤系统(23)出口端与纳滤系统(7)入口端连接；
反渗透系统(13)，其入口端与所述纳滤系统(7)出口端连接，所述反渗透系统(13)出口端设有反渗透产水管道(18)和反渗透浓水管道(19)；
电渗析系统(14)，其入口端通过所述反渗透浓水管道(19)与所述反渗透系统(13)连接，所述电渗析系统(14)出口端与电渗析浓水管道(21)连接；
纳滤浓水管道(17)，其入口端与所述纳滤系统(7)连接，所述纳滤浓水管道(17)的出口端与所述软化池(2)连接；
电渗析淡水管道(20)，其入口端与所述电渗析系统(14)连接，所述电渗析淡水管道(20)的出口端与所述反渗透系统(13)入口端连接；
所述软化池(2)和混凝池(3)底部设有排泥管道(9)，所述排泥管道(9)和所述软化池(2)通过晶种回流管道(8)连接。
4.根据权利要求3所述的高盐废水软化和浓缩装置，其特征在于，所述软化池(2)顶部设有第一加药管道(1)、第二加药管道(10)和第三加药管道(11)，所述软化池(2)内部设有第一搅拌装置(5)。
5.根据权利要求3所述的高盐废水软化和浓缩装置，其特征在于，所述混凝池(3)顶部设有第四加药管道(12)，所述混凝池(3)内部设有第二搅拌装置(6)。
6.根据权利要求3所述的高盐废水软化和浓缩装置，其特征在于，所述微滤系统(4)内部设有曝气装置(15)和微滤装置(16)。
7.根据权利要求3所述的高盐废水软化和浓缩装置，其特征在于，还包括超滤浓水管道(22)，其入口端与所述超滤系统(23)连接，所述超滤浓水管道(22)出口端与所述混凝池(3)连接。
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