CN110790351A - 一种高盐废水硫酸钙结晶系统及处理高盐废水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器、球磨机、超滤系统和纳滤系统，球磨机的进料口与结晶反应器底端的排放口连接，超滤系统与结晶反应器连接，纳滤系统与超滤系统连接，纳滤系统还与结晶反应器连接。还公开了一种处理高盐废水的方法本发明高盐废水硫酸钙结晶系统及处理高盐废水的方法可以有效去除高盐废水中的钙离子，利用纳滤浓水中高浓度硫酸钠和进水中的钙离子及投加的硫酸钙的结晶核，形成硫酸钙沉淀，CaCl2+Na2SO4→CaSO4↓+2NaCl，以此大大减少了碳酸钠的投加量，进而节省了系统的运行费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种高盐废水硫酸钙结晶系统及处理高盐废水的方法，属于水处理领域。
背景技术
目前处理高盐废水浓缩的过程中，主要采用投加碳酸钠和水中的钙离子形成碳酸钙沉淀的方式，来去除水中的钙离子防止浓缩过程中的硫酸钙结垢。
CaCl2+Na2CO3→CaCO3↓+2NaCl；CaSO4+Na2CO3→CaCO3↓+Na2SO4
但上述这种处理高盐废水的方式需要投加大量的碳酸钠，导致处理高盐废水的系统运行费用高。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够降低碳酸钙投加量，节省运行费用的高盐废水硫酸钙结晶系统及处理高盐废水的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器、球磨机、超滤系统和纳滤系统，所述球磨机的进料口与结晶反应器底端的排放口连接，所述超滤系统与结晶反应器连接，所述纳滤系统与超滤系统连接，所述纳滤系统还与结晶反应器连接。高盐废水通过结晶反应器分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒，直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒进入球磨机进行研磨处理，通过结晶反应器分离处理后的水则进入超滤膜分离进行深度过滤，经深度过滤后的水则进入纳滤分离，经纳滤膜分离获得的纳滤浓水再次进入硫酸钙结晶反应器中进行结晶。本发明利用纳滤浓水中高浓度硫酸钠和进水中的钙离子及投加的硫酸钙的结晶核，形成硫酸钙沉淀，CaCl2+Na2SO4→CaSO4↓+2NaCl，以此可减少碳酸钠的投加量，进而可节省系统运行费用。
前述的这种高盐废水硫酸钙结晶系统中，所述结晶反应器和球磨机之间设置有旋流分离器，所述球磨机的进料口和旋流分离器底端的液流出口连接，旋流分离器和结晶反应器连通。旋流分离器用于分选经球磨机研磨处理后而得的浆液，通过旋流分离器分选出未充分研磨的硫酸钙晶体经旋流分离器底端的液流出口再次进入球磨机进行研磨处理。
前述的这种高盐废水硫酸钙结晶系统中，所述旋流分离器和结晶反应器之间设置有硫酸钙晶体补充箱，储存配置好硫酸钙结晶核、所述旋流分离器的上端排液口与硫酸钙晶体补充箱的进口端连接，所述硫酸钙晶体补充箱的出口端与所述结晶反应器的投加入口连接。
通过旋流分离器分选出的粒径小于100um的硫酸钙晶体经上端排液口进入硫酸钙晶体补充箱中，硫酸钙晶体补充箱中的硫酸钙晶体投加入结晶反应器中作为硫酸钙结晶核心。
前述的这种高盐废水硫酸钙结晶系统中，所述球磨机和旋流分离器之间设置有浆液循环箱，所述球磨机的排出口与所述浆液循环箱的进液口连接。通过浆液循环箱将研磨处理后的浆液输送至旋流分离器进行分选处理，将分选处理得到的未充分研磨的硫酸钙晶体再次输送至球磨机进行研磨，以使得未得到充分研磨的硫酸钙晶体获以充分的研磨。
前述的这种高盐废水硫酸钙结晶系统中，所述结晶反应器内设置有底部分离区、位于底部分离区上方区域的混合区、位于混合区上方区域的第一结晶分离区、位于第一结晶分离区上方区域的第二结晶分离区和位于第二结晶分离区上方区域的斜管分离区。底部分离区位于结晶反应器的底部区域，在底部分离区直径大于3mm的硫酸钙晶体由于重力作用沉淀速度大于水流向上速度、无法随水流向上流动，下沉到结晶反应器的底部。
在混合区，结晶反应器内设导流筒的直径为结晶反应器筒体直径的1/3。采用循环流量为(进水+纳滤回流流量总和)的20～25倍的轴向流搅拌器，来增加水中小硫酸钙结晶体和结晶核心的碰撞过程，以增加结晶机率。在混合区中，进水中的离子和药剂及循环流量中的硫酸钙晶体进行了充分的混合，在导流筒中设置导流板防止侧向流动，此时水力梯度为70～120s-1,停留时间为5～10分钟，导流筒的外部流速为内部流速的1/8，经过脱稳后的硫酸钙过饱和溶液及硫酸钙晶体逐渐长大。
在第二结晶分离区，结晶反应器内设导流筒的直径为结晶反应器筒体直径的1/2，流速进一步降低，此时大颗粒硫酸钙晶体在反应后由于上升流速降低到3～5mm/s,在重力作用下大颗粒硫酸钙晶体向下沉降，小颗粒硫酸钙晶体随水流上升和大颗粒硫酸钙晶体碰撞，在重力和水流的作用下会形成1mm直径的硫酸钙晶体，这时候沉降速度等于水流上升流速，形成硫酸钙晶体后硫酸钙晶体节流和吸附水中的0.1～100um的硫酸钙晶体，使1mm结晶核心逐渐长大到2mm以上，重力作用下沉淀到底部分离区，达到分离泥水作用”
利用前述一种高盐废水硫酸钙结晶系统处理高盐废水的方法，包括如下步骤：步骤S01：将高盐废水输送至结晶反应器中分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒，并获得分离水；步骤S02：将分离水送至超滤系统进行固液分离，获得固液分离水；步骤S03：向固液分离水中添加阻垢剂和/或酸；步骤S04：将添加有阻垢剂和/或酸的固液分离出水送至纳滤系统进行处理，获得纳滤浓水和产水；步骤S05：将获得的纳滤浓水送至结晶反应器中的底部分离区中，并使底部分离区中的纳滤浓水的水流向上流动。
前述处理高盐废水的方法，所述步骤S01中所述分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒包括如下步骤：步骤S011：在第一结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；步骤S012：在第二结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；步骤S013：在第斜管分离区分离出硫酸钙晶体颗粒。步骤S014：在底部分离区分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒。
与现有技术相比，本发明高盐废水硫酸钙结晶系统及处理高盐废水的方法可以有效去除高盐废水中的钙离子，利用纳滤浓水中高浓度硫酸钠和进水中的钙离子及投加的硫酸钙的结晶核，形成硫酸钙沉淀，CaCl2+Na2SO4→CaSO4↓+2NaCl，以此大大减少了碳酸钠的投加量，进而节省了系统的运行费用。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限制。在附图中：
图1是本发明的一种实施例的结构示意图。
附图标记：1-结晶反应器，101-底部分离区，102-混合区，103-第一结晶分离区，104-第二结晶分离区，105-斜管分离区，2-球磨机，201-进料口，202-排出口，3-超滤系统，4-纳滤系统，5-旋流分离器，501-液流出口，502-上端排液口，6-硫酸钙晶体补充箱，7-浆液循环箱，701-进液口。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的实施例1：如图1所示，一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器1、球磨机2、超滤系统3和纳滤系统4，所述球磨机2的进料口201与结晶反应器1底端的排放口连接，所述超滤系统3与结晶反应器1连接，所述纳滤系统4与超滤系统3连接，所述纳滤系统4还与结晶反应器1连接。
结晶反应器1和球磨机2之间设置有旋流分离器5，所述球磨机2的进料口201和旋流分离器5底端的液流出口501连接，旋流分离器5和结晶反应器1连通。
旋流分离器5和结晶反应器1之间设置有硫酸钙晶体补充箱6，所述旋流分离器5的上端排液口502与硫酸钙晶体补充箱6的进口端连接，所述硫酸钙晶体补充箱6的出口端与所述结晶反应器1的投加入口连接。
球磨机2和旋流分离器5之间设置有浆液循环箱7，所述球磨机2的排出口202与所述浆液循环箱7的进液口701连接。
结晶反应器1内设置有底部分离区101、位于底部分离区101上方区域的混合区102、位于混合区102上方区域的第一结晶分离区103、位于第一结晶分离区103上方区域的第二结晶分离区104和位于第二结晶分离区104上方区域的斜管分离区105。
本发明的实施例2：一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器1、球磨机2、超滤系统3和纳滤系统4，所述球磨机2的进料口201与结晶反应器1底端的排放口连接，所述超滤系统3与结晶反应器1连接，所述纳滤系统4与超滤系统3连接，所述纳滤系统4还与结晶反应器1连接。结晶反应器1和球磨机2之间设置有旋流分离器5，所述球磨机2的进料口201和旋流分离器5底端的液流出口501连接，旋流分离器5和结晶反应器1连通。旋流分离器5和结晶反应器1之间设置有硫酸钙晶体补充箱6，所述旋流分离器5的上端排液口502与硫酸钙晶体补充箱6的进口端连接，所述硫酸钙晶体补充箱6的出口端与所述结晶反应器1的投加入口连接。球磨机2和旋流分离器5之间设置有浆液循环箱7，所述球磨机2的排出口202与所述浆液循环箱7的进液口701连接。
本发明的实施例3：一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器1、球磨机2、超滤系统3和纳滤系统4，所述球磨机2的进料口201与结晶反应器1底端的排放口连接，所述超滤系统3与结晶反应器1连接，所述纳滤系统4与超滤系统3连接，所述纳滤系统4还与结晶反应器1连接。结晶反应器1和球磨机2之间设置有旋流分离器5，所述球磨机2的进料口201和旋流分离器5底端的液流出口501连接，旋流分离器5和结晶反应器1连通。旋流分离器5和结晶反应器1之间设置有硫酸钙晶体补充箱6，所述旋流分离器5的上端排液口502与硫酸钙晶体补充箱6的进口端连接，所述硫酸钙晶体补充箱6的出口端与所述结晶反应器1的投加入口连接。
本发明的实施例4：一种高盐废水硫酸钙结晶系统，包括结晶反应器1、球磨机2、超滤系统3和纳滤系统4，所述球磨机2的进料口201与结晶反应器1底端的排放口连接，所述超滤系统3与结晶反应器1连接，所述纳滤系统4与超滤系统3连接，所述纳滤系统4还与结晶反应器1连接。结晶反应器1和球磨机2之间设置有旋流分离器5，所述球磨机2的进料口201和旋流分离器5底端的液流出口501连接，旋流分离器5和结晶反应器1连通。
本发明系统的工作原理：来自脱盐工艺所产生的高盐废水被输送至本发明系统的结晶反应器1中，高盐废水通过结晶反应器1分离出来的直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒进入球磨机2中进行研磨，磨制出的浆液自流进入磨球磨机2的浆液循环箱7中，通过浆液循环箱7将浆液送入旋流分离器5进行浆液分选，通过旋流分离器5分选出的合格的硫酸钙晶体经上端排液口502进入硫酸钙晶体补充箱6中，经硫酸钙晶体补充箱6进入结晶反应器1，而通过旋流分离器5分选出的部分未充分研磨的浆液则经液流出口501进入球磨机2中再次进行研磨。
来自脱盐工艺所产生的高盐废水首先被送至结晶反应器1的混合区102处，高盐废水在混合区102与纳滤浓水及来源于硫酸钙晶体补充箱6的硫酸钙晶种进行混合，投加絮凝剂以脱除阻垢剂的稳定性，压缩硫酸钙结晶介穏区，降低硫酸钙结晶的过饱和度，使水中硫酸钙更容易结晶，混合后溶液向上流动至结晶反应器1内置的导流桶内，在导流桶延长段逐渐形成大颗粒硫酸钙晶体。形成的大颗粒硫酸钙晶体(直径大于1mm的硫酸钙晶体颗粒)随溶液继续上升至第一结晶分离区103，在第一结晶分离区103所形成的大颗粒硫酸钙晶体在重力作用下开始下降，并从继续上升的溶液中分离析出，同时溶液中未析出的硫酸钙晶体相互碰撞吸附并逐渐变大形成大颗粒硫酸钙晶体。经第一结晶分离区103后，溶液在第二结晶分离区104的流速降低至3～5mm/s，在重力作用下逐渐变大形成的大颗粒硫酸钙晶体向下沉降。小颗粒硫酸钙晶体随溶液上升和大颗粒硫酸钙晶体碰撞，在重力和水流作用下会形成一定直径的悬浮硫酸钙晶体颗粒，这时候沉降速度等于水流上升速度，形成硫酸钙晶体后硫酸钙晶体节流和吸附水中小的颗粒，以达到分离泥水的作用。在斜管分离区采用斜管进一步降低水流雷诺数，使水流雷诺数降低至100以下，以进一步分离溶液中的硫酸钙晶体颗粒。
本发明的实施例5：利用实施例1～实施例4中高盐废水硫酸钙结晶系统处理高盐废水的方法，包括如下步骤：步骤S01：将高盐废水输送至结晶反应器中分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒，并获得分离水；步骤S02：将分离水送至超滤系统进行固液分离，获得固液分离水；步骤S03：向固液分离水中添加阻垢剂和/或酸；步骤S04：将添加有阻垢剂和/或酸的固液分离出水送至纳滤系统进行处理，获得纳滤浓水和产水；步骤S05：将获得的纳滤浓水送至结晶反应器中的底部分离区中，并使底部分离区中的纳滤浓水的水流向上流动。其中步骤S01中所述的分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒包括如下步骤：步骤S011：在第一结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；步骤S012：在第二结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；步骤S013：在第斜管分离区分离出硫酸钙晶体颗粒。步骤S014：在底部分离区分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒。其中产水、高盐废水、纳滤浓水的水质指标如表1所示。
表1
由表1可知高盐废水使用本发明系统和方法处理后，有效的降低了钙离子含量。
Claims (7)
1.一种高盐废水硫酸钙结晶系统，其特征在于，包括结晶反应器(1)、球磨机(2)、超滤系统(3)和纳滤系统(4)，所述球磨机(2)的进料口(201)与结晶反应器(1)底端的排放口连接，所述超滤系统(3)与结晶反应器(1)连接，所述纳滤系统(4)与超滤系统(3)连接，所述纳滤系统(4)还与结晶反应器(1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种高盐废水硫酸钙结晶系统，其特征在于，所述结晶反应器(1)和球磨机(2)之间设置有旋流分离器(5)，所述球磨机(2)的进料口(201)和旋流分离器(5)底端的液流出口(501)连接，旋流分离器(5)和结晶反应器(1)连通。
3.根据权利要求2所述的一种高盐废水硫酸钙结晶系统，其特征在于，所述旋流分离器(5)和结晶反应器(1)之间设置有硫酸钙晶体补充箱(6)，所述旋流分离器(5)的上端排液口(502)与硫酸钙晶体补充箱(6)的进口端连接，所述硫酸钙晶体补充箱(6)的出口端与所述结晶反应器(1)的投加入口连接。
4.根据权利要求3所述的一种高盐废水硫酸钙结晶系统，其特征在于，所述球磨机(2)和旋流分离器(5)之间设置有浆液循环箱(7)，所述球磨机(2)的排出口(202)与所述浆液循环箱(7)的进液口(701)连接。
5.根据权利要求4所述的一种高盐废水硫酸钙结晶系统，其特征在于，所述结晶反应器(1)内设置有底部分离区(101)、位于底部分离区(101)上方区域的混合区(102)、位于混合区(102)上方区域的第一结晶分离区(103)、位于第一结晶分离区(103)上方区域的第二结晶分离区(104)和位于第二结晶分离区(104)上方区域的斜管分离区(105)。
6.利用权利要求1～5中任一权利要求所述系统处理高盐废水的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S01：将高盐废水输送至结晶反应器中分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒，并获得分离水；
步骤S02：将分离水送至超滤系统进行固液分离，获得固液分离水；
步骤S03：向固液分离水中添加阻垢剂和/或酸；
步骤S04：将添加有阻垢剂和/或酸的固液分离出水送至纳滤系统进行处理，获得纳滤浓水和产水；
步骤S05：将获得的纳滤浓水送至结晶反应器中的底部分离区中，并使底部分离区中的纳滤浓水的水流向上流动。
7.根据权利要求6所述的处理高盐废水的方法，其特征在于，所述步骤S01中所述分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒包括如下步骤：步骤S011：在第一结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；
步骤S012：在第二结晶分离区分离析出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒；
步骤S013：在第斜管分离区分离出硫酸钙晶体颗粒；
步骤S014：在底部分离区分离出直径大于3mm的硫酸钙晶体颗粒。
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