CN110342673B - 气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其包括第一反应池、第二反应池、第一混凝池、第二混凝池、絮凝池、沉淀池以及自动加药装置；本发明可严格控制废水的pH值，保证药剂与废水处于最佳的反应条件；自动加药装置可保证药液浓度配制精准，药剂加量准确；药剂添加顺序更具科学性，将碳酸钠的加药顺序置于PAM加药之后，且控制较短的反应时间，能够有效防止硅沉淀反溶，保证较好的除硬脱硅效果。本发明可有效提高气化废水的处理效率，处理后的气化废水满足工艺要求，且产泥量较少，系统运行稳定，具有较高的经济效益与社会效益。
Description
技术领域：
本发明涉及一种废水处理系统，尤其涉及一种气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统。
背景技术：
煤气化(煤制气)是指煤在气化炉内，在一定的温度和压力条件下，使煤中的有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等)发生一序列的化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。在气化过程中，气化炉和洗涤塔的底部会排出大量的气化废水，该气化废水中主要含有钙镁盐类、有机物、氢氟酸等杂质，这些杂质如果不去除会导致后续设备的腐蚀、结垢。因此，气化废水得到有效处理是实现循环利用并保证煤气化工艺正常运行的前提。
目前，气化废水的处理系统主要有闪蒸系统和沉降系统，其中，闪蒸系统在闪蒸处理过程中，系统设备结垢、堵塞严重，系统管道容易磨损泄漏，而且管道阀门更换频繁，检修费用较高；沉降系统在沉降处理过程中，脱硅一般是采用投加石灰或氧化镁的方式进行，去硬是采用投加碳酸钠的方式，生成碳酸盐去除，但是，现有废水处理系统往往在同一反应池内先投加石灰和/或氧化镁，而后投加碳酸盐的方式，即在同一设备内脱硅和去硬，该系统存在投加碳酸盐去硬时，先生成的硅酸盐与碳酸钠反应生成更难溶的碳酸盐，导致沉淀物中硅的反溶，导致脱硅效果差，药剂使用量大，增加了煤气化技术运行的经济成本。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种结构简单、稳定可靠的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统。
本发明由如下技术方案实施：
气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其包括第一反应池、第二反应池、第一混凝池、第二混凝池、絮凝池、沉淀池以及自动加药装置；
所述自动加药装置包括除硬单元、除硅单元、PAM添加单元、碳酸钠添加单元、PFS添加单元以及控制器；
所述第一反应池通过所述第一反应池上的第一溢流口与所述第二反应池连通，所述第二反应池与所述第一混凝池的底部连通，所述第一混凝池通过所述第一混凝池上的第二溢流口与所述第二混凝池连通，所述第二混凝池底部开设的出水口与连通管的进液端连通，所述连通管的出液端贯穿所述絮凝池的底部置于所述絮凝池的内部，所述絮凝池通过所述絮凝池上的第三溢流口与所述沉淀池连通；
所述除硬单元的加药管分两路分别置于所述第一反应池的进水口处和所述第二反应池的进水口处，所述除硅单元的加药管出液端置于所述第一反应池内，所述PAM添加单元的加药管出液端分两路分别置于所述第一混凝池的进水口处和所述絮凝池内，所述碳酸钠添加单元的加药管出液端置于所述第一混凝池的出水口处，所述PFS添加单元的加药管出液端置于所述第二混凝池的出水口处。
进一步的，所述除硬单元、所述除硅单元、所述PAM添加单元、所述碳酸钠添加单元以及所述PFS添加单元均包括药仓、水罐、溶药罐以及储药罐，所述药仓的出料口和所述水罐的出水口均通过管路与所述溶药罐的进口连通，所述溶药罐的出液口通过管路与所述储药罐的进液口连通，所述储药罐的出液口与加药管的进液端连通；在连通所述药仓与所述溶药罐的管路上设有加药阀，在连通所述水罐与所述溶药罐的管路上设有加水阀，在所述储药罐的出液口设有出液阀，在所述加药管上设有加药流量计，在所述溶药罐上设有称重模块；在所述第一反应池的进水管上设有第一pH传感器和进水流量计，在所述第二反应池内设有第二pH传感器；
所述称重模块、所述加药流量计、所述第一pH传感器、所述第二pH传感器以及所述进水流量计均与所述控制器的输入端信号连接，所述加药阀、所述加水阀以及所述出液阀均与所述控制器的输出端信号连接。
进一步的，其还包括设于所述沉淀池内的泥位计，在所述沉淀池的排泥口处设有排泥阀；
所述泥位计与所述控制器的输入端信号连接，所述排泥阀与所述控制器的输出端信号连接。
进一步的，在所述沉淀池出水口处设有浊度传感器，所述浊度传感器与所述控制器的输入端信号连接。
进一步的，在所述第一反应池、所述第二反应池、所述第一混凝池、所述第二混凝池、所述絮凝池以及所述溶药罐内均设有搅拌装置。
进一步的，在所述絮凝池内竖直设有导流筒，所述连通管的出液端贯穿所述导流筒的底部置于所述导流筒的内部，所述絮凝池内的搅拌装置设于所述导流筒内。
进一步的，在所述絮凝池的上部还竖直设有导流板，所述导流板设于所述导流筒与所述第三溢流口之间，且所述导流板底端高度低于所述第三溢流口的高度。
进一步的，在所述导流筒内设置有若干环形加药器，所述PAM添加单元的加药管出液端与所述环形加药器的进液端连通。
进一步的，其还包括污泥回流管和外排管，所述污泥回流管和所述外排管的进泥端均与所述排泥口连通，所述污泥回流管的出泥端贯穿所述絮凝池和所述导流筒的底部置于所述导流筒内，在所述污泥回流管上设有回流阀和污泥流量计，所述污泥流量计与所述控制器的输入端连接，所述回流阀与所述控制器的输出端连接。
本发明的优点：
1、本发明可严格控制废水的pH值，保证药剂与废水处于最佳的反应条件；自动加药装置可保证药液浓度配制精准，药剂添加量准确，可降低多余药剂的添加量，进而可减少产泥量，系统运行稳定，有效提高了废水处理效率，具有较高的经济效益与社会效益。
2、本发明通过设置多个反应池和混凝池，且PAM加料单元设置在除硅单元和碳酸钠添加单元之间，药剂添加顺序更具科学性，将碳酸钠的加药顺序置于PAM加药之后，通过PAM的絮凝，水中脱硅后的小颗粒沉淀形成较大颗粒的沉淀，而且使已沉淀的含硅化合物被PAM包裹起来，防止后续投加碳酸钠时因生成更难溶的碳酸盐导致沉淀物中硅的反溶，保证较好的除硬脱硅效果。本发明可有效提高气化废水的处理效率，处理后的气化废水满足工艺要求，且产泥量较少，系统运行稳定，具有较高的经济效益与社会效益。
3、本发明通过在絮凝池内设置导流筒，导流筒内设置若干喷淋头，使第二混凝池内的出水在导流筒内上升过程中与PAM充分接触混合，保证了脱硅除硬后沉淀物充分絮凝，使小颗粒沉淀物充分长大，增加后续沉淀时的沉淀效果。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实施例的系统结构示意图；
图2为本实施例中除硬单元、除硅单元、PFS添加单元、碳酸钠添加单元以及PAM添加单元的结构示意图；
图3为本实施例的控制原理图。
图中：第一反应池1、第二反应池2、第一混凝池3、第二混凝池4、絮凝池5、沉淀池6、除硬单元7、除硅单元8、PAM添加单元9、碳酸钠添加单元10、PFS添加单元11、控制器12、药仓13、水罐14、溶药罐15、储药罐16、加药管17、加药阀18、加水阀19、出液阀20、加药流量计21、称重模块22、第一pH传感器23、进水流量计24、第二pH传感器25、泥位计26、排泥阀27、浊度传感器28、搅拌装置29、导流筒30、导流板31、折流板32、喷淋头33、污泥回流管34、污泥流量计35、连通管36。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1——图3所示的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其包括第一反应池1、第二反应池2、第一混凝池3、第二混凝池4、絮凝池5、沉淀池6以及自动加药装置；
自动加药装置包括除硬单元7、除硅单元8、PAM添加单元9、碳酸钠添加单元10、PFS添加单元11以及控制器12；
第一反应池1通过第一反应池1上的第一溢流口与第二反应池2连通，第二反应池2与第一混凝池3的底部连通，第一混凝池3通过第一混凝池3上的第二溢流口与第二混凝池4连通，第二混凝池4底部开设的出水口与连通管36的进液端连通，连通管36的出液端贯穿絮凝池5的底部置于絮凝池5的内部，絮凝池5通过絮凝池5上的第三溢流口与沉淀池6连通；
除硬单元7的加药管17分两路分别置于第一反应池1的进水管上和第二反应池2的进水口处，除硅单元8的加药管17的出液端置于第一反应池1内，PAM添加单元9的加药管17的出液端分两路分别置于第一混凝池3的进水口处和絮凝池5内，碳酸钠添加单元10的加药管17的出液端置于第一混凝池3的出水口处，PFS添加单元11的加药管17的出液端置于第二混凝池4的出水口处。
除硬单元7、除硅单元8、PAM添加单元9、碳酸钠添加单元10以及PFS添加单元11均包括药仓13、水罐14、溶药罐15以及储药罐16，药仓13的出料口和水罐14的出水口均通过管路与溶药罐15的进口连通，溶药罐15的出液口通过管路与储药罐16的进液口连通，储药罐16的出液口与加药管17的进液端连通；在连通药仓13与溶药罐15的管路上设有加药阀18，在连通水罐14与溶药罐15的管路上设有加水阀19，在储药罐16的出液口设有出液阀20，在加药管17上设有加药流量计21，在溶药罐15上设有称重模块22；在第一反应池1的进水管上设有第一pH传感器23和进水流量计24，在第二反应池2内设有第二pH传感器25；
称重模块22、加药流量计21、第一pH传感器23、第二pH传感器25以及进水流量计24均与控制器12的输入端连接，加药阀18、加水阀19以及出液阀20均与控制器12的输出端连接。
本实施例还包括设于沉淀池6内的泥位计26，在沉淀池6的排泥口处设有排泥阀27；
泥位计26与控制器12的输入端连接，排泥阀27与控制器12的输出端连接。
在沉淀池6出水口处设有浊度传感器28，浊度传感器28与控制器12的输入端连接，可进一步检测沉淀池6的上清液出口水质是否达标。
在第一反应池1、第二反应池2、第一混凝池3、第二混凝池4、絮凝池5以及溶药罐15内均设有搅拌装置29。第一反应池1和第二反应池2内搅拌装置29的搅拌速度均为50rpm，第一混凝池3和第二混凝池4内搅拌装置29的搅拌速度均为70rpm，絮凝池5内搅拌装置29可实现变频控制，转速在11～45rpm，可根据絮体情况调整转速，本实施例中，絮凝池5内搅拌装置29的搅拌速度均为30rpm。
在絮凝池5内设有导流筒30，导流筒30为底部封闭、顶部开口的柱体结构，连通管36的出液端贯穿导流筒30的底板置于导流筒30的内部，絮凝池5内的搅拌装置29的搅拌桨设于导流筒30内。
在絮凝池5的上部还设有竖直设置的导流板31，导流板31设于导流筒30与第三溢流口之间，且导流板31底端的高度低于第三溢流口的高度。
在沉淀池6的上部设有若干平行设置的倾斜的折流板32，折流板32与沉淀池6的内壁固定连接，且折流板32顶端的高度低于沉淀池6出水口的高度。
PAM添加单元9还包括环形加药器33，环形加药器33置于导流筒30内部，PAM添加单元9的加药管17的出液端通过管路与环形加药器33的进液口连通。
本实施例还包括污泥回流管34和外排管38，污泥回流管34和外排管38的进泥端均与排泥口连通，污泥回流管34的出泥端贯穿第二混凝池4和导流筒30的底部置于导流筒30内，在污泥回流管34上设有回流阀37和污泥流量计35，污泥流量计35与控制器12的输入端连接，回流阀37与控制器12的输出端连接。工作过程：
首先，按照各加药单元所需的药液浓度，由控制器12预设各加药单元的固体药剂与水的重量，首先由控制器12控制加药阀18打开，由药仓13向溶药罐15内添加固体药剂，当称重模块22检测到溶药罐15内添加的重量达到预设的固体药剂的重量时，由控制器12控制加药阀18关闭，并打开加水阀19；当称重模块22检测到溶药罐15内添加的重量达到预设的固体药剂与水的重量总和时，由控制器12控制加水阀19关闭，并启动溶药罐15内的搅拌装置29，将溶药罐15内的药液搅拌均匀；当溶药罐15内的药液搅拌均匀后，药液进入储药罐16进行储存备用，至此各加药单元的药液配制工作完成。
由除硬单元7向第一反应池1的进水管上添加石灰，石灰一方面可以调节第一反应池1内废水的酸碱度，使第一反应池1内废水的pH维持在10.2-10.8范围内，进而保证除硅效率；另一方面，在碱性条件下，石灰还可以去除第一反应池1内废水中的钙、镁离子，进而达到除硬的效果。通过除硅单元8向第一反应池1内添加氧化镁来，使氧化镁与废水中的硅反应生成沉淀，进而去除废水中的硅。
之后第一反应池1内的废水经第一溢流口进入第二反应池2内，由除硬单元7向第二反应池2的进水口处添加石灰，继续调节第二反应池2内的酸碱度，使第二反应池2内废水的pH维持在11.2—11.8的范围内，同时，石灰还会与废水中的碳酸钠反应，生成碳酸钙沉淀，进而去除钙质。
第二反应池2的出水进入第一混凝池3内，由PAM添加单元9向第一混凝池3的进水口处加药，通过PAM的絮凝作用，将水中的小颗粒沉淀形成大颗粒沉淀，使已沉淀的含硅化合物被PAM包裹起来，防止碳酸钠添加单元10加入碳酸钠时，因生成更难溶的碳酸盐而使沉淀物中的硅反溶。而通过碳酸钠添加单元10加入碳酸钠，则可以进一步去除水中的钙质，使将水中残留的硬度降到100mg/L以下，保证除硬效果。
第一混凝池3的出水经第二溢流口进入第二混凝池4内，并由PFS添加单元11向第二混凝池4的出水口处添加PFS药剂，进行快速混凝，出水进到絮凝池5内的导流筒30内。
废水进入导流筒30后，由PAM添加单元9通过喷淋头33以喷淋的方式继续添加PAM药剂，喷淋头33可使药剂与废水更加充分的接触，提高絮凝效果，使小颗粒沉淀逐渐变大，增加絮体的沉降性能。随着导流筒30内水位不断上涨，最后沉降后的导流筒30上部的上清液由导流筒30顶部的开口端向絮凝池5内溢流，废水可在絮凝池5内进一步沉降，且导流板31可延长水流的行程，促进沉降。
之后，絮凝池5的出水进到沉淀池6内进行泥水分离，沉淀池6上部倾斜设置的折流板32可起到阻碍水中的悬浮物向上运动的作用，使沉淀更为彻底，最终沉淀得到的上清液出水硬度小于100mg/L，硅小于20mg/L。
同时，本实施例中第一反应池1和第二反应池2的反应时间均为30min，可通过进水流量计24使进水的流速控制为定值，使得在固定流速的情况下，进水30min即可使第一反应池1和第二反应池2充满，进而来确定第一反应池1和第二反应池2的容积大小，可保证药剂与废水充分反应。
在向各反应池添加药液的时候，实际加药量是根据各反应池的具体进水水质和进水水量来决定的，根据第一反应池1进水管上设置的第一PH传感器23来检测进水的酸碱度情况，并根据除硬单元7内的石灰浓度计算理论加药量，使第一反应池1内废水的pH维持在10.2-10.8范围内，进而保证除硅效率。由控制器12控制加药阀18打开，并由加药流量计21检测药剂的实际添加量，当药剂的实际添加量达到理论加药量时，由控制器12控制加药阀18关闭。
当沉淀池6内的泥位计26监测到的泥位数据达到预设的泥位值时，由控制器12控制排泥阀27打开，排出的污泥则经污泥回流管34回流至导流筒30内。
由于污泥中还含有部分未反应的药剂，将污泥回流后可使未反应的药剂重新反应，起到节约药剂的作用；而且，污泥自身具有一定的吸附作用，能够加强导流筒30内的絮凝效果。
本实施例可严格控制pH处于最佳反应条件；自动加药装置可保证药液浓度配制精准，药剂加量准确，污泥量较少；反应时间严格控制，保证药剂与废水充分反应，处理效果好；药剂添加顺序更具科学性，将碳酸钠添加器设置于第一混凝池3内，且控制较短的反应时间，能够有效防止硅沉淀反溶，除硬脱硅效果更佳。
使用本实施例时，药剂添加量准确，可降低多余药剂的添加量，进而可减少产泥量，系统运行稳定，有效提高了废水处理效率，具有较高的经济效益与社会效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (6)
1.气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，其包括第一反应池、第二反应池、第一混凝池、第二混凝池、絮凝池、沉淀池以及自动加药装置；
所述自动加药装置包括除硬单元、除硅单元、PAM添加单元、碳酸钠添加单元、PFS添加单元以及控制器；
所述第一反应池通过所述第一反应池上的第一溢流口与所述第二反应池连通，所述第二反应池与所述第一混凝池的底部连通，所述第一混凝池通过所述第一混凝池上的第二溢流口与所述第二混凝池连通，所述第二混凝池底部开设的出水口与连通管的进液端连通，所述连通管的出液端贯穿所述絮凝池的底部置于所述絮凝池的内部，所述絮凝池通过所述絮凝池上的第三溢流口与所述沉淀池连通；
所述除硬单元的加药管分两路分别置于所述第一反应池的进水口处和所述第二反应池的进水口处，所述除硅单元的加药管出液端置于所述第一反应池内，所述PAM添加单元的加药管出液端分两路分别置于所述第一混凝池的进水口处和所述絮凝池内，所述碳酸钠添加单元的加药管出液端置于所述第一混凝池的出水口处，所述PFS添加单元的加药管出液端置于所述第二混凝池的出水口处；
所述除硬单元、所述除硅单元、所述PAM添加单元、所述碳酸钠添加单元以及所述PFS添加单元均包括药仓、水罐、溶药罐以及储药罐，所述药仓的出料口和所述水罐的出水口均通过管路与所述溶药罐的进口连通，所述溶药罐的出液口通过管路与所述储药罐的进液口连通，所述储药罐的出液口与加药管的进液端连通；在连通所述药仓与所述溶药罐的管路上设有加药阀，在连通所述水罐与所述溶药罐的管路上设有加水阀，在所述储药罐的出液口设有出液阀，在所述加药管上设有加药流量计，在所述溶药罐上设有称重模块；在所述第一反应池的进水管上设有第一pH传感器和进水流量计，在所述第二反应池内设有第二pH传感器；
所述称重模块、所述加药流量计、所述第一pH传感器、所述第二pH传感器以及所述进水流量计均与所述控制器的输入端信号连接，所述加药阀、所述加水阀以及所述出液阀均与所述控制器的输出端信号连接；
其还包括设于所述沉淀池内的泥位计，在所述沉淀池的排泥口处设有排泥阀；
所述泥位计与所述控制器的输入端信号连接，所述排泥阀与所述控制器的输出端信号连接；
在所述沉淀池出水口处设有浊度传感器，所述浊度传感器与所述控制器的输入端信号连接。
2.根据权利要求1所述的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，在所述第一反应池、所述第二反应池、所述第一混凝池、所述第二混凝池、所述絮凝池以及所述溶药罐内均设有搅拌装置。
3.根据权利要求2所述的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，在所述絮凝池内竖直设有导流筒，所述连通管的出液端贯穿所述导流筒的底部置于所述导流筒的内部，所述絮凝池内的搅拌装置设于所述导流筒内。
4.根据权利要求3所述的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，在所述絮凝池的上部还竖直设有导流板，所述导流板设于所述导流筒与所述第三溢流口之间，且所述导流板底端高度低于所述第三溢流口的高度。
5.根据权利要求3所述的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，在所述导流筒内设置有若干环形加药器，所述PAM添加单元的加药管出液端与所述环形加药器的进液端连通。
6.根据权利要求3所述的气化废水高效除硬脱硅耦合处理系统，其特征在于，其还包括污泥回流管和外排管，所述污泥回流管和所述外排管的进泥端均与所述排泥口连通，所述污泥回流管的出泥端贯穿所述絮凝池和所述导流筒的底部置于所述导流筒内，在所述污泥回流管上设有回流阀和污泥流量计，所述污泥流量计与所述控制器的输入端连接，所述回流阀与所述控制器的输出端连接。
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