CN110697859B - 一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法 - Google Patents

一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法，涉及污水处理技术领域。本发明提供的系统包括CO2储罐、CO2汽化器、CO2喷淋塔、碱性污水池和电子控制系统；所述碱性污水池中设置有pH电子监测仪和搅拌机；所述CO2汽化器与CO2喷淋塔的连接管道上、碱性污水池的出口管道上、CO2喷淋塔的出口管道上分别设置有CO2电子阀、进水泵和回水泵；pH电子监测仪将信号传输至电子控制系统，电子控制系统自动控制CO2电子阀、进水泵和回水泵的开闭。本发明还提供了利用所述系统对碱性污水进行全自动化中和处理的方法。本发明提供的系统和方法可避免使用盐酸或硫酸等矿物酸中和产生的弊端，同时实现全自动化。

Description

一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和 方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法。
背景技术
混泥土搅拌站在生产和设备清洗过程中会产生大量的碱性污水，碱性污水中包含大量的无机盐(钙盐、镁盐)、游离离子(钙离子、镁离子、氢氧根离子)和失去活性的混泥土成分。将碱性污水直接排放会对地下水、生活用水和自然环境造成严重的污染和破坏；而碱性污水未经处理直接回用，其中的游离离子和无机盐对设备和管道有腐蚀或结垢堵塞的风险，并且失去活性的混泥土成分对产品品质有严重的影响，进而影响混泥土建筑的质量。
为避免直接排放或直接回用的弊端，必须要对碱性污水必须进行中和处理。目前，混泥土搅拌站通常采用盐酸或硫酸等矿物酸作为中和剂对碱性污水进中和处理。但是，硫酸和盐酸具有严重的腐蚀性，腐蚀设备且对操作人员有安全风险，同时中和过程中产生大量的无机盐和氯离子，会造成二次污染和水质超标。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法。本发明提供的中和处理系统和方法可以避免使用盐酸或硫酸等矿物酸进行中和产生的弊端，同时可实现全自动化操作。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统，包括：
CO2储罐1；
入口与所述CO2储罐1出口连接的CO2汽化器2；
入口与所述CO2汽化器2出口连接的CO2喷淋塔4；所述CO2喷淋塔4内自上而下依次设置有一级喷淋板4-1和二级喷淋板4-2；
入口与所述CO2喷淋塔4出口连接的碱性污水池5；所述碱性污水池5中设置有pH电子监测仪5-1和搅拌机5-2；所述碱性污水池5的出口分别与所述CO2喷淋塔4的一级喷淋板4-1上方和二级喷淋板4-2上方连接；
所述连接的方式均为管道连接，其中在所述CO2汽化器2与CO2喷淋塔4的连接管道上设置有CO2电子阀3，其余管道上设置有液体电子阀8；所述碱性污水池5的出口管道上设置有进水泵6，所述CO2喷淋塔4的出口管道上设置有回水泵7；
所述系统还包括电子控制系统9，所述pH电子监测仪5-1将信号传输至电子控制系统9，所述电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7的开启和闭合。
优选地，所述一级喷淋板4-1和二级喷淋板4-2均设置有无堵喷头；所述无堵喷头的个数均为4个。
本发明提供了一种利用以上方案所述系统对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理的方法，包括以下步骤：
CO2储罐1内的液态CO2通过CO2汽化器2进行气化后进入CO2喷淋塔4；
碱性污水池5中混泥土搅拌站产生的碱性污水分别流至CO2喷淋塔4的一级喷淋板4-1上方和二级喷淋板4-2上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔4内的CO2进行中和，中和所得污水处理液回流至碱性污水池5中；
在所述中和的过程中，pH电子监测仪5-1对碱性污水池5中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统9；当所述pH＞7.5时，电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7为开启状态；当所述pH≤7.5时，电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7为关闭状态，完成对所述碱性污水的中和处理。
优选地，所述气化后所得CO2气体的体积流量为20～1000L/min。
优选地，所述碱性污水池5中混泥土搅拌站产生的碱性污水流出的体积流量为5～50m3/h。
优选地，所述中和所得污水处理液回流的体积流量为5～50m3/h。
本发明提供了一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统，包括CO2储罐、CO2汽化器、CO2喷淋塔、碱性污水池和电子控制系统；所述碱性污水池包括pH电子监测仪和搅拌机。本发明提供的系统可对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行有效中和，同时可以实现全自动化操作，并且安全、环保、高效、节能、经济，且操作简单。
本发明提供了利用所述系统对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理的方法，本发明使用二氧化碳(CO2)对碱性污水进行中和处理，CO2常温下是一种无色无味、不助燃、不可燃的气体，密度比空气大，略溶于水，易溶于碱液，与水反应生成碳酸(H2CO3)；碳酸是一种弱酸，在水中电离出H+、HCO3 -和CO3 2-，从而起到酸碱中和的作用。本发明使用二氧化碳(CO2)对碱性污水进行中和处理，可以避免使用盐酸或硫酸等矿物酸进行中和产生的弊端。本发明有益效果有：
(1)使用硫酸或盐酸中和时会腐蚀设备且对操作人员有安全风险，而二氧化碳是一种性质稳定的气体，可以避免此类问题；使用硫酸或盐酸中和无法避免水的盐化，生成的盐酸盐、硫酸盐在污水中无法直接排放或回用，为达到排放和回用标准不可避免地要进行二次处理，而使用二氧化碳进行中和不会增加污水中的无机盐的处理负担，生成的碳酸盐(主要是碳酸钙和碳酸镁)可以直接排放或回用，降低了水处理成本；因此，使用二氧化碳对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行中和，更加安全和环保。另外，二氧化碳是造成温室效应的主要气体之一，通过使用二氧化碳进行碱性污水中和，能够将二氧化碳以碳酸盐的形式固化，将其回收、利用，真正做到“减排”；
(2)CO2与水反应生成碳酸，由于碳酸的弱酸特性，其电离出H+的量是由污水的pH值决定的，因此，二氧化碳具有平缓的中和性能，尤其在pH＝6～8的中性阶段，pH值仍然缓慢变化，不会造成使用硫酸或盐酸等无机酸经常出现的pH值突变和酸化过度的问题，能实现准确的pH值控制；
(3)CO2相比盐酸或硫酸等矿物酸作为中和剂的用量更少，体系pH值越高，碳酸电离出的H+越多：在pH<8.3的情况下，碳酸电离出一个H+，此时CO2具有和盐酸相同的中和能力；在pH>10.3的情况下，碳酸的两个H+完全电离，此时CO2具有和硫酸相同的中和能力，由于CO2的分子量为44，不到硫酸分子量(分子量为98)的一半，且浓度为100％，因此，可以大幅减少酸的用量，待中和污水的初始pH值越高，使用二氧化碳中和的优势就越明显，在成本上具有较强的竞争力。
附图说明
图1是本发明提供的混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统的示意图，其中1表示CO2储罐，2表示CO2汽化器，3表示CO2电子阀，4表示CO2喷淋塔，4-1表示一级喷淋板，4-2表示二级喷淋板，5表示碱性污水池，5-1表示pH电子监测仪，5-2表示搅拌机，6表示进水泵，7表示回水泵，8表示液体电子阀，9表示电子控制系统。
具体实施方式
本发明提供了一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统，如图1所示，包括：
CO2储罐1；
入口与所述CO2储罐1出口连接的CO2汽化器2；
入口与所述CO2汽化器2出口连接的CO2喷淋塔4；所述CO2喷淋塔4内自上而下依次设置有一级喷淋板4-1和二级喷淋板4-2；
入口与所述CO2喷淋塔4出口连接的碱性污水池5；所述碱性污水池5中设置有pH电子监测仪5-1和搅拌机5-2；所述碱性污水池5的出口分别与所述CO2喷淋塔4的一级喷淋板4-1上方和二级喷淋板4-2上方连接；
所述连接的方式均为管道连接，其中在所述CO2汽化器2与CO2喷淋塔4的连接管道上设置有CO2电子阀3，其余管道上设置有液体电子阀8；所述碱性污水池5的出口管道上设置有进水泵6，所述CO2喷淋塔4的出口管道上设置有回水泵7；
所述系统还包括电子控制系统9，所述pH电子监测仪5-1将信号传输至电子控制系统9，所述电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7的开启和闭合。
本发明提供的系统包括CO2储罐，本发明对所述CO2储罐没有特别的要求，采用本领域熟知的CO2储罐即可。在本发明中，所述CO2储罐用于储存压缩的二氧化碳，即液态二氧化碳。
本发明提供的系统包括CO2汽化器，本发明对所述CO2汽化器没有特别的要求，采用本领域熟知的CO2汽化器即可。在本发明中，所述CO2汽化器用于将所述液态二氧化碳进行气化，提供不间断的稳定的CO2气体。
本发明提供的系统包括CO2喷淋塔，在本发明中，所述CO2喷淋塔内设置有一级喷淋板和二级喷淋板；所述一级喷淋板和二级喷淋板均优选设置有无堵喷头；所述无堵喷头的个数均优选为4个。本发明通过在所述CO2喷淋塔内设置两级喷淋板，可以使CO2气体得到充分吸收，提高CO2的利用率；本发明通过在两级喷淋板上均设置无堵喷头，可以使碱性污水充分雾化，从而与CO2气体充分反应以达到中和的目的。
本发明提供的系统包括碱性污水池，在本发明中，所述碱性污水池包括pH电子监测仪和搅拌机。本发明对所述pH电子监测仪和搅拌机没有特别的要求，采用本领域熟知的相应装置即可。在本发明中，所述pH电子监测仪用于对碱性污泥池内的污水pH进行监测，提供真实有效的pH值，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统。在本发明中，所述搅拌机用于对碱性污水进行充分搅拌。
本发明提供的系统包括电子控制系统。在本发明中，所述电子控制系统可自动控制CO2电子阀、进水泵和回水泵的开闭，从而实现碱性污水全自动循环中和处理的效果。本发明对所述电子控制系统的具体位置没有特别的要求，能够实现电信号的传输即可。
在本发明中，所述连接的方式均为管道连接。在本发明中，所述CO2汽化器的出口连接至CO2喷淋塔的顶部入口；所述CO2喷淋塔的出口位于CO2喷淋塔的底部；所述碱性污水池的出口分别连接至所述CO2喷淋塔的一级喷淋板上方和二级喷淋板上方，即在所述CO2喷淋塔位于一级喷淋板上方的位置处和位于二级喷淋板上方的位置处均设置有液体入口。
本发明对所述CO2电子阀、液体电子阀、进水泵和回水泵没有特别的要求，采用本领域熟知的相应装置即可。
本发明提供的混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统可对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行有效中和，同时可以实现全自动化操作，并且安全、环保、高效、节能、经济，操作简单。
本发明提供了一种利用以上方案所述系统对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理的方法，包括以下步骤：
CO2储罐1内的液态CO2通过CO2汽化器2进行气化后进入CO2喷淋塔4；
碱性污水池5中混泥土搅拌站产生的碱性污水分别流至CO2喷淋塔4的一级喷淋板4-1上方和二级喷淋板4-2上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔4内的CO2进行中和，中和所得污水处理液回流至碱性污水池5中；
在所述中和的过程中，pH电子监测仪5-1对碱性污水池5中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统9；当所述pH＞7.5时，电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7为开启状态；当所述pH≤7.5时，电子控制系统9自动控制CO2电子阀3、进水泵6和回水泵7为关闭状态，完成对所述碱性污水的中和处理。
在本发明中，所述液态CO2来自化工企业废气浓缩回收，对于二氧化碳使用的资源化回用有着积极的影响。在本发明中，所述气化后所得CO2气体的体积流量优选为20～1000L/min；在实际操作过程中，所述CO2气体的体积流量具体根据喷淋过程中CO2的吸收效率决定。本发明通过将液态CO2进行汽化使之成为气体，可以更好地被碱性污水吸收。
在本发明中，所述碱性污水从碱性污水池中分别流至CO2喷淋塔的一级喷淋板上方和二级喷淋板上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔内的CO2进行中和。在本发明中，所述碱性污水的主要碱性成分为Ca(OH)2和Mg(OH)2。在本发明中，所述一级喷淋板和二级喷淋板可以将碱性污水雾化，增加碱性污水与CO2气体的接触面积，同时两级喷淋可以保证CO2气体被充分吸收。在本发明中，所述碱性污水池中碱性污水流出的体积流量优选为5～50m3/h；本发明对流至所述一级喷淋板上方的碱性污水和流至所述二级喷淋板上方的碱性污水的流量分配没有特别的要求，能够保证这两部分碱性污水可被一级喷淋板和二级喷淋板充分雾化即可。在本发明中，所述碱性污水在进行喷淋的同时与CO2进行中和，中和过程中发生的反应如反应式(a)～(d)所示：
(a)CO2+H2O→H++HCO3 -→2H++CO3 2-(二氧化碳溶解和解离反应)；
(b)Ca(OH)2+2HCO3 -→2OH-+Ca(HCO3)2，
Mg(OH)2+2HCO3 -→2OH-+Mg(HCO3)2(pH<8.3条件下)；
(c)Ca(OH)2+CO3 2-→2OH-+CaCO3，
Mg(OH)2+CO3 2-→2OH-+MgCO3(pH>10.3条件下)；
(d)H++OH-→H2O(中和反应)。
在所述中和过程中，在pH<8.3的情况下，碳酸电离出一个H+，此时CO2具有和盐酸相同的中和能力；在pH>10.3的情况下，碳酸的两个H+完全电离，此时CO2具有和硫酸相同的中和能力，由于CO2的分子量为44，不到硫酸分子量(分子量为98)的一半，且浓度为100％，因此，可以大幅减少酸的用量，待中和污水的初始pH值越高，使用二氧化碳中和的优势就越明显，在成本上具有较强的竞争力；并且CO2具有平缓的中和性能，也不会腐蚀设备或对操作人员造成安全风险。在本发明中，所述中和所得污水处理液回流至碱性污水池中；所述回流的体积流量优选为5～50m3/h。本发明通过回流可使所述中和循环进行。在所述中和的过程中，本发明通过pH电子监测仪对碱性污水池中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统；电子控制系统可根据监测结果(pH＞7.5或pH≤7.5)自动控制CO2电子阀、进水泵和回水泵的开闭，从而实现了对所述碱性污水的全自动化中和处理。
混泥土搅拌站产生的碱性污水通过本发明提供的方法进行全自动化中和处理后，其中的主要碱性成分转变为碳酸钙和碳酸镁，可以直接排放或回用(符合《城市污水再生利用工业用水水质》(GB/T 19923-2005)的要求)。本发明提供的中和处理方法避免了使用盐酸或硫酸等矿物酸进行中和产生的弊端，同时实现了全自动化。
下面结合实施例对本发明提供的混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统和方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理：
碱性污水5000L，pH初始值13，固体含量0.43％；
启动图1所示的全自动化中和处理系统，CO2储罐内的液态CO2通过CO2汽化器进行气化，二氧化碳气体流量120L/min，进入CO2喷淋塔；
碱性污水由碱性污水池流出分别至于CO2喷淋塔的一级喷淋板上方和二级喷淋板上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔内的CO2进行中和，中和所得污水处理液回流至碱性污水池，进水泵和回水泵的流量均为20m3/h；pH电子监测仪对碱性污水池中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统，pH值达到7.5，电子控制系统自动控制CO2电子阀、进水泵和回水泵关闭，完成对碱性污水的中和处理。
中和处理历时52min，消耗二氧化碳12.86kg，中和处理后污水pH值7.5，固体含量0.82％。
实施例2
对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理：
碱性污水6500L，pH初始值13.2，固体含量0.62％；
启动图1所示的全自动化中和处理系统，CO2储罐内的液态CO2通过CO2汽化器进行气化，二氧化碳气体流量150L/min，进入CO2喷淋塔；
碱性污水由碱性污水池流出分别至于CO2喷淋塔的一级喷淋板上方和二级喷淋板上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔内的CO2进行中和，中和所得污水处理液回流至碱性污水池，进水泵和回水泵的流量均为20m3/h；pH电子监测仪对碱性污水池中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统，pH值达到7.5，电子控制系统自动控制CO2电子阀、进水泵和回水泵关闭，完成对碱性污水的中和处理。
中和处理历时75min，消耗二氧化碳23.07kg，中和处理后污水pH值7.5，固体含量1.26％。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种混泥土搅拌站产生的碱性污水全自动化中和处理系统，其特征在于，包括：
CO2储罐(1)；
入口与所述CO2储罐(1)出口连接的CO2汽化器(2)；
入口与所述CO2汽化器(2)出口连接的CO2喷淋塔(4)；所述CO2喷淋塔(4)内自上而下依次设置有一级喷淋板(4-1)和二级喷淋板(4-2)；所述CO2汽化器的出口连接至CO2喷淋塔的顶部入口，所述CO2喷淋塔的出口位于CO2喷淋塔的底部；
入口与所述CO2喷淋塔(4)出口连接的碱性污水池(5)；所述碱性污水池(5)中设置有pH电子监测仪(5-1)和搅拌机(5-2)；所述碱性污水池(5)的出口分别与所述CO2喷淋塔(4)的一级喷淋板(4-1)上方和二级喷淋板(4-2)上方连接；
所述连接的方式均为管道连接，其中在所述CO2汽化器(2)与CO2喷淋塔(4)的连接管道上设置有CO2电子阀(3)，其余管道上设置有液体电子阀(8)；所述碱性污水池(5)的出口管道上设置有进水泵(6)，所述CO2喷淋塔(4)的出口管道上设置有回水泵(7)；
所述系统还包括电子控制系统(9)，所述pH电子监测仪(5-1)将信号传输至电子控制系统(9)，所述电子控制系统(9)自动控制CO2电子阀(3)、进水泵(6)和回水泵(7)的开启和闭合。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述一级喷淋板(4-1)和二级喷淋板(4-2)均设置有无堵喷头；所述无堵喷头的个数均为4个。
3.一种利用权利要求1或2所述系统对混泥土搅拌站产生的碱性污水进行全自动化中和处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
CO2储罐(1)内的液态CO2通过CO2汽化器(2)进行气化后进入CO2喷淋塔(4)；
碱性污水池(5)中混泥土搅拌站产生的碱性污水分别流至CO2喷淋塔(4)的一级喷淋板(4-1)上方和二级喷淋板(4-2)上方进行喷淋，同时与进入CO2喷淋塔(4)内的CO2进行中和，中和所得污水处理液回流至碱性污水池(5)中；
在所述中和的过程中，pH电子监测仪(5-1)对碱性污水池(5)中污水的pH进行实时监测，并将监测结果通过电信号传输到电子控制系统(9)；当所述pH＞7.5时，电子控制系统(9)自动控制CO2电子阀(3)、进水泵(6)和回水泵(7)为开启状态；当所述pH≤7.5时，电子控制系统(9)自动控制CO2电子阀(3)、进水泵(6)和回水泵(7)为关闭状态，完成对所述碱性污水的中和处理；
所述气化后所得CO2气体的体积流量为20～1000L/min；所述碱性污水池(5)中混泥土搅拌站产生的碱性污水流出的体积流量为5～50m3/h；所述中和所得污水处理液回流的体积流量为5～50m3/h。
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