CN110015816A - 一种采用温度调控方式提高废水处理效率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，属于废水处理技术领域。所述方法的步骤如下：(1)将废水导入第一沉淀池，首先使废水水温达到30～45℃，再加入混凝剂进行搅拌，搅拌速度为60～120转/分钟；(2)出水导入第二沉淀池，首先使废水水温达到20～25℃，再加入助凝剂搅拌，搅拌速度为20～50转/分钟，静置缓慢沉淀，固液分离；(3)使上清液进入调节匀质池，使水体降温至15～20℃，保持水温稳定；(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池处理。本发明将快速搅拌阶段采用高温处理，慢速搅拌阶段采用低温处理方式结合，显著提高混凝沉淀反应效率，减少药剂量的投入，显著降低运行成本。

Description

一种采用温度调控方式提高废水处理效率的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体地说，涉及一种采用温度调控方式提高废水处理效率的方法。

背景技术

混凝沉淀是工业用水和生活废水处理中常用的处理过程，具体处理方法在于通过向水中投加一些混凝剂及助凝剂，使水中难以沉淀的颗粒能互相聚合而形成胶体，然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附，体积增大而下沉，利用上述方式将水体中的杂质去除。

混凝机理主要在于：1)双电层压缩机理，当向溶液中投入加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减小。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ζ电位降低，因此它们互相排斥的力减小，胶粒得以迅速凝聚。2)吸附电中和作用机理，吸附电中和作用指胶粒表面对带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附；3)吸附架桥作用原理吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体；4)沉淀物网捕机理，当金属盐或金属氧化物和氢氧化物作混凝剂，投加量大得足以迅速形成金属氧化物或金属碳酸盐沉淀物时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。当沉淀物带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阳离子而加快，此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。

在实际操作中，混凝操作一般采用先快速搅拌(快速混合)然后慢速搅拌(絮凝)的水力条件。快速搅拌的目的是为了使混凝剂瞬间、快速、均匀地分散到水中，以避免药剂分散不均匀，造成局部药剂浓度过高，影响混凝剂自身水解及其与水中胶体(或杂质颗粒)的作用。慢速搅拌是为了使快速搅拌时生成的微絮凝体进一步成长成粗大、密实的絮凝体，以实现固液分离。如中国专利申请号CN201711390380.4，授权公告日为2018年5月29日的申请案公开了一种分级强化混凝的方法，在混凝开始时使用聚合氯化铝进行第一级投药，同时快速搅拌约0.5～1min，使得颗粒污染物的Zeta电位须处于0±1mV范围内；再使用四氯化锆进行第二级投药并继续快速搅拌0.5～1min后，接着慢速搅拌10～15min；所述的聚合氯化铝的碱化度B≥2.0；所述的快速搅拌速度为300～500rpm；所述的慢速搅拌速度为40～60rpm。

研究表明，在混凝沉淀反应过程中，水温对混凝效果有着明显的影响。混凝效果对水温有着严格的要求，因为水温直接影响着混凝剂的水解反应，过高或者是过低的水温都会对水解反应造成一定的影响，进而影响到混凝效果，主要原因在于：(1)因为无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，在水温低于要求标准时，会造成水解反应难以进行，除此之外，温度较低时会造成水的粘度变大，胶体颗粒在运动的过程中会受到更大的阻力，不利于脱稳胶粒相互絮凝，对絮状体的初始颗粒凝聚成为絮状体集团的过程造成影响，最终导致后续的沉淀处理的效果也随之受影响。同时，水温较低时还会减弱水中胶体颗粒的布朗运动，不利于已经脱稳的胶体颗粒的异向絮凝。(2)过高的水温也会造成混凝效果变差，在过高的温度下，混凝净土的水解反应速度会变得过快，造成形成的絮状体水解作用增强且松散不易沉降；在进行废水处理的过程中，产生的污泥体积过大，含水量更多，这样就会出现难以对其进行有效处理的现象。

经检索，中国专利申请号201721380770.9，授权公告日为2018年5月8日的申请案利用在混凝时进行水温加热提高混凝效果，其公开了一种有加热功能的混凝土搅拌站沉淀池，其在搅拌装置上设置有加热装置，使水温升高，提高混凝剂和絮凝剂的反应速率，提高杂质的絮凝效果，虽然该申请案的方法能够显著提高混凝沉淀效率，然而采用不断加热的方式能耗较高，增加运行成本。

因此，基于现有技术的缺陷，亟需发明一种投入成本低的采用混凝沉淀处理废水的方法。

发明内容

1.要解决的问题

针对现有技术中的由于混凝沉淀的沉淀效率低造成的混凝剂加入量增加，本发明将快速搅拌阶段采用高温处理，慢速搅拌阶段采用低温处理方式结合，显著提高混凝沉淀反应效率，减少药剂量的投入，显著降低运行成本。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

本发明提供了一种采用温度调控方式提高化学沉淀效率的方法，包括以下步骤为：

(1)将废水导入第一沉淀池，首先使废水水温达到30～45℃，再加入混凝剂进行搅拌，搅拌速度为60～120转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池，首先使废水水温达到20～25℃，再加入助凝剂搅拌，搅拌速度为20～50转/分钟，静置沉淀、固液分离；

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池，使水体温度降至15～20℃，保持水温稳定；

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池处理。

所述步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)中的水温调节通过低品位余热间接热交换控制。

步骤(1)中，设置快速搅拌的水温在30～45℃，由于水温低于30℃时加快混凝效率的效果不明显，高于45℃时则能耗太大，将会增加运行成本。

步骤(2)中，设置慢速搅拌的水温在20～25℃，由于温度低于20℃，反应速度减慢，高于25℃，对絮凝反应的效果不明显，因此根据实际需要将温度设定为20～25℃。

所述的调节匀质池用于使水体温度稳定在15～20℃，为废水进入生化处理环节提供保障，根据《室外排水设计规范》，硝化反应的最佳温度一般为15～20℃，15℃以下硝化反应速率下降，因此进入生化处理的废水温度不会影响生化反应速率。

作为本发明更进一步的改进，在所述调节匀质池中，加入来自其他预处理单元的废水，利用水体混合方式得到温度为15～20℃的水体。该处理方式一方面可以使水体降温速度快，另一方面还可以将其他预处理单元的低温废水升温至生化处理温度，节约废水的降温时的耗能。

作为本发明更进一步的改进，所述第二沉淀池内部设置间接热交换器，所述调节匀质池处理的部分出水返回至所述间接热交换器进行热交换后再进入调节匀质池。该处理方式可以利用本处理流程中的低温废水对第二沉淀池中的水体降温，大大节约废水降温时的耗能。

作为本发明更进一步的改进，所述的混凝剂包括氢氧化钙、硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、碳酸镁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铁中的一种或几种。

作为本发明更进一步的改进，所述助凝剂包括聚丙烯酰胺或聚乙烯吡烯盐。利用该类高分子物质的助凝剂能够改善微絮凝体结构以及在微凝絮间起粘结架桥作用，充分发挥吸附卷带作用，使沉淀迅速沉降，以提高固液分离效果。根据实际需要还可以加入其他种类的助凝剂。

作为本发明更进一步的改进，所述步骤(1)的搅拌持续时间为2～5分钟，步骤(2)的搅拌时间为10～20分钟。

作为本发明更进一步的改进，所述的混凝剂质量浓度为1％～20％，所述混凝剂加入量为步骤(1)中废水进水体积的0.1％～2％。

作为本发明更进一步的改进，所述助凝剂的质量浓度为0.5‰～2‰，所述助凝剂的加入体积为步骤(2)中废水进水体积的0.1％～0.25％。

作为本发明更进一步的改进，所述废水包括煤化工行业废水、有机化工行业废水、集成电路行业废水、造纸行业废水中的一种或几种。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，首先利用加入混凝剂快速搅拌同时升高水温(30～45℃)，利用温度升高有利于小颗粒沉淀布朗运动加快原理，加快布朗运动将增加小颗粒沉淀的碰撞频率，促进沉淀颗粒生成，同时配合快速搅拌可以使絮凝剂在水体分布更加均匀，增加整体的颗粒沉淀效果；在快速搅拌过程中废水中生成大量的微絮凝体，而这种微絮凝体不利于固液分离，在慢速搅拌阶段，利用低温(20～25℃)配合慢速搅拌的条件下更有助于使快速搅拌时生成的体积、密度小的微絮凝体进一步成长成粗大、密实的絮凝体，更利于固液分离，因此本发明的方法从整体上有效提高了混凝沉淀效率。

(2)本发明的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，在慢速搅拌阶段利用低温有利于降低污染物溶度积的原理，降低上清液中污染物平衡浓度，使部分污染物能够析出，因此可以减少该反应步骤中加入助凝剂的药剂量，大大节约投入运行成本。

(3)本发明的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，在慢速搅拌阶段加入聚丙烯酰胺或聚乙烯吡烯盐助凝剂，利用该类高分子物质的助凝剂能够改善微絮凝体结构以及在微凝絮间起粘结架桥作用，充分发挥吸附卷带作用，使沉淀迅速沉降，以提高固液分离效果。

(4)本发明的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，从整体上提高混凝沉淀效率，因此可以有效的减少混凝剂的加入量，降低运行成本，还可以缩短混凝沉淀时的水力停留时间，减小快速搅拌工段容积，降低投资费用和占地面积。

(5)本发明的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，在慢速搅拌的水温在20～25℃，经过处理后进入调节匀质池使温度稳定至15～20℃，由于慢速搅拌阶段配合低温处理，因此在进入调节匀质池不需要降低太多温度即可满足要求，耗能少。

附图说明

图1为本发明的采用温度调控方式提高化学沉淀效果的方法的工艺流程图。

图中，101、第一沉淀池；102、第二沉淀池；103、调节均质池；104、生化反应池；105间接热交换器；106、泵；107、废水处理厂。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

本实施例的废水来自有机化工行业，所述废水含固体悬浮物(SS)浓度为500mg/L，COD浓度为1000mg/L，总磷浓度为50mg/L，采用本发明的温度调控方法进行废水处理的步骤如下：

(1)将废水导入第一沉淀池101，首先使废水水温达到30℃，再加入质量浓度为1％的硫酸铝水溶液进行搅拌，所述硫酸铝水溶液加入体积为废水进水体积的0.1％，搅拌速度为60转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池102，首先使废水水温达到20℃，再加入质量浓度为0.5‰的聚丙烯酰胺水溶液进行搅拌，所述聚丙烯酰胺水溶液加入体积为废水进水体积的0.1％，搅拌速度为20转/分钟，静置缓慢沉淀，固液分离；所述步骤(1)和步骤(2)的温度控制可以利用低品味的间接热交换来实现。

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池103，保持水温稳定；由于第二沉淀池102中出水水温为20℃，符合生化处理的温度要求，因此不需要降温调节。

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池104处理，测定出水指标，计算污染物去除率；合格出水排放至废水处理厂107。

表1为按照本实施例的方法处理后污染物的去除率统计。

表1实施例1的方法处理后污染物的去除率统计

实施例2

本实施例的废水来自集成电路行业，所述废水含SS浓度为150mg/L，COD浓度为700mg/L，总磷浓度为40mg/L，采用本发明的温度调控方法进行废水处理的步骤如下：

(1)将废水导入第一沉淀池101，首先使废水水温达到45℃，再加入质量浓度为20％的聚合氯化铝水溶液进行搅拌，所述聚合氯化铝水溶液加入体积为废水进水体积的2％，搅拌速度为100转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池102，首先使废水水温达到25℃，再加入质量浓度为1‰的聚乙烯吡烯盐溶液进行搅拌，所述聚乙烯吡烯盐溶液加入体积为废水进水体积的0.2％，搅拌速度为30转/分钟，静置缓慢沉淀，进行固液分离；

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池103，在所述调节匀质池103中加入来自其他预处理单元的废水，利用水体混合方式得到温度为20℃的水体，保持水温稳定；该处理方式一方面可以使水体降温速度快，另一方面还可以将其他预处理单元的低温废水升温至生化处理温度，节约废水的降温时的耗能。

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池104处理，测定出水指标，计算污染物去除率；表2为按照本实施例的方法处理后污染物的去除率统计。

表2实施例2的方法处理后污染物的去除率统计

实施例3

本实施例的废水来自造纸行业，所述废水含SS浓度为800mg/L，COD浓度为1200mg/L，采用本发明的温度调控方法进行废水处理的步骤如下：

(1)将废水导入第一沉淀池101，首先使废水水温达到35℃，再加入质量浓度为20％的三氯化铁水溶液进行搅拌，所述三氯化铁水溶液加入体积为废水进水体积的0.5％，搅拌速度为120转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池102，首先使废水水温达到22℃，再加入质量浓度为2‰的聚丙烯酰胺水溶液进行搅拌，所述聚丙烯酰胺水溶液加入体积为废水进水体积的0.25％，搅拌速度为50转/分钟，静置缓慢沉淀，进行固液分离；

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池103，使水体降温至17℃，保持水温稳定；由于慢速搅拌阶段废水水温为22℃，因此只需降低5℃即可满足要求，本发明的方法耗能较低。

本实施例中所述第二沉淀池102内部设置间接热交换器105，所述调节匀质池103处理的部分出水通过泵106返回至所述间接热交换器105进行热交换后再进入调节匀质池103，该处理方式可以利用本处理流程中的低温废水对第二沉淀池102中的水体降温，大大节约废水降温时的耗能。

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池104处理，检测出水污染物浓度，实施例3的方法处理后污染物的去除率统计如表3所示。

表3实施例3的方法处理后污染物的去除率统计

对比例

本实施例的废水来自煤化工行业，所述废水含SS浓度为800mg/L，COD浓度为2500mg/L，总磷浓度为40mg/L，废水处理的步骤如下：

(1)将废水导入第一沉淀池101，监测水温为20℃，加入质量浓度为1％的硫酸铝水溶液进行搅拌，所述硫酸铝水溶液加入体积为废水进水体积的0.1％，搅拌速度为60转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池102，加入质量浓度为0.5‰的聚丙烯酰胺水溶液进行搅拌，搅拌速度为20转/分钟；所述聚丙烯酰胺水溶液加入体积为废水进水体积的0.1％，静置缓慢沉淀，进行固液分离；

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池103，保持水温稳定；

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池104处理，检测出水污染物浓度。表4为按照本对比例的方法处理后污染物的去除率统计。

表4对比例方法的处理去除率

根据表4数据可知，在第一沉淀池采用快速搅拌配合第二沉淀池采用慢速搅拌混凝沉淀的方式，整个过程采用原有水温20℃进行处理，针对废水中SS和COD的去除率分别为85％和83.2％。由此可得，本发明将快速搅拌阶段采用高温处理，慢速搅拌阶段采用低温处理显著提高了混凝反应效率，针对废水中SS和COD的去除率均得到有效提升。

以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：其步骤为：

(1)将废水导入第一沉淀池(101)，首先使废水水温达到30～45℃，再加入混凝剂进行搅拌，搅拌速度为60～120转/分钟；

(2)使步骤(1)处理出水导入第二沉淀池(102)，首先使废水水温达到20～25℃，再加入助凝剂搅拌，搅拌速度为20～50转/分钟，静置沉淀、固液分离；

(3)使经步骤(2)处理后上清液进入调节匀质池(103)，使水体温度降至15～20℃，保持水温稳定；

(4)将步骤(3)处理出水导入生化反应池(104)处理。

2.根据权利要求1所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述第二沉淀池(102)内部设置间接热交换器(105)，所述调节匀质池(103)处理的部分出水返回至所述间接热交换器(105)进行热交换后再进入调节匀质池(103)。

3.根据权利要求1或2所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：在所述调节匀质池(103)中水体降温方式可利用水体混合方式。

4.根据权利要求3所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述的混凝剂包括氢氧化钙、硫酸铝、明矾、硫酸铁、硫酸亚铁、三氯化铁、碳酸镁、聚合氯化铝、聚合硫酸铁或聚合氯化铁中的一种或几种。

5.根据权利要求4所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述助凝剂包括聚丙烯酰胺或聚乙烯吡烯盐。

6.根据权利要求1或2所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述步骤(1)的搅拌持续时间为2～5分钟，步骤(2)的搅拌时间为10～20分钟。

7.根据权利要求6所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述的混凝剂质量浓度为1％～20％，所述混凝剂加入量为步骤(1)中废水进水体积的0.1％～2％。

8.根据权利要求7所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述助凝剂的质量浓度为0.5‰～2‰，所述助凝剂的加入体积为步骤(2)中废水进水体积的0.1％～0.25％。

9.根据权利要求8所述的采用温度调控方式提高废水处理效率的方法，其特征在于：所述废水包括煤化工行业废水、有机化工行业废水、集成电路行业废水、造纸行业废水中的一种或几种。