CN110950477A - 一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及淤泥脱水高碱性尾水处理装置，包括沉淀池a、中和反应池a、中和反应池b、清水池、沉淀池b、喷雾干燥机、PLC控制系统、气液混合设备a、气液混合设备b、pH计a、pH计b、加药罐a、加药罐b、加药罐c、螺杆泵、CO2供给系统、液下泵a和液下泵b，沉淀池a、中和反应池a、沉淀池b、清水池、中和反应池b依次相连；加药罐a与沉淀池a前渠道相连，加药罐a内盛装有聚合硫酸铁絮凝剂；加药罐b、c内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，分别与沉淀池b、c相连。采用CO2降碱装置相比于无机酸降碱工艺，更加经济环保，运行成本可降低＞30％，CO2利用率达70％以上，同时实现碳酸钙回收，促进淤泥脱水行业清洁生产和资源循环利用。

Description

一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置。
背景技术
在河湖内源污染治理中，常采用淤泥机械脱水化学改性一体化处理技术，对疏浚泥浆进行改性、脱水、固化，其化学改性过程中常添加碱性改性材料(石灰、固化剂、改性剂等)，导致压滤尾水pH为12.5左右，压滤尾水和疏浚泥浆上清液混合后，一般pH变化范围为11-13，水量变化系数2-4，尾水硬度＞500mg/L，SS＞30mg/L。目前常采用的技术是使用盐酸、硫酸等无机酸来对混合尾水进行中和，将pH调节至6-9后排放，该工艺流程简单，适用较为普遍。但由于无机酸为强酸，存放和使用存在较大的安全隐患；淤泥脱水尾水水量变化大，在pH为8左右时，pH调节控制较难，工程应用中容易出现质量事故，运行产生的Cl-、SO4 2-离子对环境造成了较大二次污染；同时，高碱性尾水中和过程耗酸量大、运行费用高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，包括沉淀池a、中和反应池a、清水池、沉淀池b、喷雾干燥机、PLC控制系统、气液混合设备a、加药罐a、加药罐b、螺杆泵、CO2供给系统和液下泵a，沉淀池a、中和反应池a、沉淀池b和清水池依次相连；螺杆泵设置在沉淀池b上，螺杆泵的出口通过管道与喷雾干燥机相连；气液混合设备a与中和反应池a相连，CO2供给系统与PLC控制系统连接；PLC控制系统与气液混合设备a连接；气液混合设备a通过液下泵a与清水池相连；加药罐a内盛装有聚合硫酸铁絮凝剂,加药罐a用于向待流入进沉淀池a内的疏浚泥浆上清液内投加聚合硫酸铁絮凝剂；加药罐b内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,加药罐b用于向沉淀池b内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
在上述方案中，还包括中和反应池b、气液混合设备b、液下泵b、沉淀池c和加药罐c，中和反应池b与清水池相连，沉淀池c与中和反应池b相连，气液混合设备b与PLC控制系统连接，PLC控制系统与气液混合设备b连接，气液混合设备b通过液下泵b与清水池相连，加药罐c内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,加药罐c用于向沉淀池c内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
在上述方案中，还包括位置调节机构，位置调节机构设置在沉淀池b上，螺杆泵设置在位置调节机构上。
在上述方案中，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的浓度为0.5‰～1‰。
在上述方案中，CO2供给系统所供给CO2气体气压为0.7MPa～0.9Mpa，纯度≥99.5％。
在上述方案中，还包括pH计a，pH计a用于测量由中和反应池a流向沉淀池b的出水的pH值，pH计a与PLC控制系统连接。
在上述方案中，还包括pH计b，pH计b用于测量由中和反应池b流向沉淀池c的出水的pH值，pH计b与PLC控制系统连接。
在上述方案中，气液混合设备a包括管体、文丘里管和喷嘴，管体的一端分别与CO2供给系统和液下泵a相连接，管体的另一端与喷嘴相连接，文丘里管设置在管体内，管体设置喷嘴的一端伸入到中和反应池a的池底10～20cm处。
在上述方案中，CO2供给系统由二氧化碳低温液体储槽、空温汽化器、减压阀组、缓冲储气罐组成；二氧化碳低温液体储槽与空温汽化器相连，空温汽化器与减压阀组相连，减压阀组与缓冲气罐相连。
一种淤泥脱水高碱性尾水处理处理方法，包括如下步骤：
S100、疏浚泥浆上清液除杂后与加药罐a所投加的聚合硫酸铁絮凝剂混合，并进入沉淀池a内，投加聚合硫酸铁絮凝剂控制疏浚泥浆上清液SS≤10mg/L；
S200、将高碱性压滤尾水注入至沉淀池a内，并与投加有聚合硫酸铁絮凝剂的疏浚泥浆上清液混合，得到混合液a；
S300、CO2供给系统所提供的CO2与液下泵a从清水池内抽取的清水在气液混合设备a中混合，气体形态发生变化，形成包含HCO3 -和溶解CO2的水气混合物，然后通过喷嘴形成高速喷雾，并与由沉淀池a流入中和反应池a内的混合液a混合均匀，形成pH为11的碳酸钙浆液；
S400、向流入沉淀池b的碳酸钙浆液内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，形成碳酸钙沉淀；
S500、通过螺杆泵将含有碳酸钙沉淀的浆液泵入喷雾干燥机内进行脱水、干燥，形成轻质碳酸钙；
S600、沉淀池b内pH为11的清水由清水池流入至中和反应池b内；
S700、CO2供给系统所提供的CO2与液下泵b从清水池内抽取的清水在气液混合设备b中混合，气体形态发生变化，形成包含HCO3 -和溶解CO2的水气混合物，然后通过喷嘴形成高速喷雾，并与由清水池流入中和反应池b内的清水混合均匀，使其pH调节至8.0～8.5；
S800、中和反应池b内pH为8.0～8.5的溶液流入至沉淀池c内；
S900、向流入沉淀池c内的溶液中投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，待溶液达标后排放。
本发明的有益效果是：
1、采用CO2降低尾水碱性，避免水体二次污染，装置构建和运行成本低，能够实现高碱性尾水的无害化处理、降低前端工艺导致硬度增大问题，提升水质；
2、实现自动化控制，可以根据水量和pH变化自动调节CO2投加量，出水pH能够稳定控制在8.0-8.5，过程控制安全、精确；
3、采用CO2降碱工艺相比于无机酸降碱工艺，更加经济、工艺运行成本低，运行成本可降低＞30％，CO2利用率达70％以上。
4、实现碳酸钙的资源化回收，在降低尾水硬度的同时，得到球形、粒径极小、比表面积大、溶解性好的轻质碳酸钙，纯度达到96％以上，环保及经济效益明显，获得的轻质碳酸钙可作为淤泥改性剂的增强组分，或广泛应用于塑料、橡胶、造纸、制药等行业，促进了资源化循环利用及淤泥脱水行业清洁生产。
附图说明
图1为本发明所述淤泥脱水高碱性尾水处理装置的结构示意图。
图2为本发明所述淤泥脱水高碱性尾水处理的工艺示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、沉淀池a，2、中和反应池a，3、中和反应池b，4、清水池，5、沉淀池b，6、喷雾干燥机，7、PLC控制系统，8、气液混合设备a，9、气液混合设备b，10、pH计a，11、pH计b，12、加药罐a，13、加药罐b，14、CO2供给系统，15、液下泵a，16、液下泵b，17、沉淀池c，18、加药罐c。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1，如图1、图2所示，一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，包括沉淀池a1、中和反应池a2、清水池4、沉淀池b5、喷雾干燥机6、PLC控制系统7、气液混合设备a8、加药罐a12、加药罐b13、螺杆泵、CO2供给系统14和液下泵a15，沉淀池a1、中和反应池a2、沉淀池b5和清水池4依次相连；螺杆泵设置在沉淀池b5上，螺杆泵的出口通过管道与喷雾干燥机6相连；气液混合设备a8与中和反应池a2相连，CO2供给系统14与PLC控制系统7连接；PLC控制系统7与气液混合设备a8连接；气液混合设备a8通过液下泵a15与清水池4相连；加药罐a12内盛装有聚合硫酸铁絮凝剂,加药罐a12用于向待流入进沉淀池a1内的疏浚泥浆上清液内投加聚合硫酸铁絮凝剂；加药罐b13内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,加药罐b13用于向沉淀池b5内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
实施例2，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
淤泥脱水高碱性尾水处理装置还包括中和反应池b3、气液混合设备b9、液下泵b16、沉淀池c17和加药罐c18，中和反应池b3与清水池4相连，沉淀池c17与中和反应池b3相连，气液混合设备b9与PLC控制系统7连接，PLC控制系统7与气液混合设备b9连接，气液混合设备b9通过液下泵b16与清水池4相连，加药罐c18内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,加药罐c18用于向沉淀池c17内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
实施例3，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1或2的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
淤泥脱水高碱性尾水处理装置还包括位置调节机构，位置调节机构设置在沉淀池b5上，螺杆泵设置在位置调节机构上，位置调节机构用于调节螺杆泵在沉淀池b5内的位置。
而在本实施例中，位置调节机构包括滑道和滑车，滑道设置在沉淀池b5上，滑车设置在滑道上，螺杆泵设置在滑车上，滑车可以在滑道上进行滑动，从而调节螺杆泵的位置。
实施例4，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～3任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的浓度为0.5‰～1‰。
实施例5，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～4任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
CO2供给系统14所供给CO2气体气压为0.7MPa～0.9Mpa，CO2符合GBT6052-2011，纯度≥99.5％。
实施例6，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～5任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
淤泥脱水高碱性尾水处理装置还包括pH计a10，pH计a10用于测量由中和反应池a2流向沉淀池b5的出水的pH值，pH计a10与PLC控制系统7连接。
实施例7，如图1、图2所示，本实施例为在实施例2～6任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
淤泥脱水高碱性尾水处理装置还包括pH计b11，pH计b11用于测量由中和反应池b3流向所述沉淀池c17的出水的pH值，pH计b11与PLC控制系统7连接。
实施例8，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～7任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
气液混合设备a8包括管体、文丘里管和喷嘴，管体的一端分别与CO2供给系统14和液下泵a15相连接，管体的另一端与喷嘴相连接，文丘里管设置在管体内，管体设置喷嘴的一端伸入到中和反应池a2的池底10～20cm处，气液混合设备b9和气液混合设备a8的结构相同。
在各实施例中：中和反应池a2和中和反应池b3的池深均约为3.5m。液下泵a15的扬程大于气液混合设备a8高度的2.5倍。液下泵b16的扬程大于气液混合设备b9高度的2.5倍。在加药罐b13的出口设置有布水管，以实现均匀投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
实施例9，如图1、图2所示，本实施例为在实施例1～8任一实施例的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
CO2供给系统14由二氧化碳低温液体储槽、空温汽化器、减压阀组、缓冲储气罐组成；二氧化碳低温液体储槽与空温汽化器相连，空温汽化器与减压阀组相连，减压阀组与缓冲气罐相连。
一种淤泥脱水高碱性尾水处理处理方法，包括如下步骤：
S100、采用格栅将疏浚泥浆上清液除杂后，让其与加药罐a12所投加的聚合硫酸铁絮凝剂混合，并进入沉淀池a1内，投加聚合硫酸铁絮凝剂控制疏浚泥浆上清液SS≤10mg/L，其中，除杂主要是去除垃圾等杂物，格栅的规格大小为1cm×1cm；
S200、将高碱性压滤尾水注入至沉淀池a1内，并与投加有聚合硫酸铁絮凝剂的疏浚泥浆上清液混合，得到混合液a，其中，让高碱性压滤尾水与投加了聚合硫酸铁絮凝剂的疏浚泥浆上清液混合是为了进一步降低上清液浊度，保证后续反应生成的碳酸钙的纯度；
S300、CO2供给系统14所提供的CO2与液下泵a15从清水池4内抽取的清水在气液混合设备a8中混合，CO2先溶解在清水中，溶解率达到98％以上，气体形态发生变化，形成包含HCO3 -和溶解CO2的水气混合物，CO2供给系统14内pH为2-3，呈酸性，极大提高CO2利用率，在混合设备内维持高溶解量、高酸性，然后通过喷嘴形成高速喷雾，增大与混合液的接触面积，并与由沉淀池a1流入中和反应池a2内的混合液a混合均匀，形成pH为11的碳酸钙浆液；
S400、向流入沉淀池b5的碳酸钙浆液内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，形成碳酸钙沉淀；
S500、通过螺杆泵将含有碳酸钙沉淀的浆液泵入喷雾干燥机6内进行脱水、干燥，形成轻质碳酸钙，其具体原理如下，含有碳酸钙沉淀的浆液泵入喷雾干燥机6内进行雾化形成小液滴，小液滴与空气充分接触后，碳酸钙内的水分被蒸发；
S600、沉淀池b5内pH为11的清水由清水池4流入至中和反应池b3内；
S700、CO2供给系统14所提供的CO2与液下泵b16从清水池4内抽取的清水在气液混合设备b9中混合，气体形态发生变化，形成包含HCO3 -和溶解CO2的水气混合物，然后通过喷嘴形成高速喷雾，并与由清水池4流入中和反应池b3内的清水混合均匀，使其pH调节至8.0～8.5。
S800、中和反应池b3内pH为8.0～8.5的溶液流入至沉淀池c17内；
S900、向流入沉淀池c17内的溶液中投加聚合硫酸铁絮凝剂，待溶液达标后排放。
应用例：
工程水量10000-20000m3/d，水量变化系数＞2，进水水质pH≥12，硬度≥400mg/L，SS≥30mg/L，原工艺采用31％盐酸进行中和，中和后pH为6-9后排放。
工程水量10000-20000m3/d，水量变化系数＞2，进水水质pH≥12，硬度≥400mg/L，SS≥30mg/L；
首先在清淤泥浆(中性)上清液中添加聚合硫酸铁絮凝剂控制SS≤10mg/L，然后与板框压滤高碱性水(pH＝12.5)混合，混合后pH为12；CO2采用工业级二氧化碳，纯度≥99.5％，使用50m3储罐，经汽化器气化、减压阀减压至0.9MPa后进入气液混合设备a8，与液下泵a15抽取的pH为11的清水在气液混合设备a8中混合，借助气压及泵压，混合水高速喷入沉淀池b5池底，与碱性水反应，通过PLC控制系统7自动调节气阀，保持出水pH始终在11左右，延迟时间为5min；配置阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂浓度为0.6‰，并向沉淀池b5内投加，投加量为1.7L/min，连续投加，碳酸钙沉淀采用螺杆泵抽取至喷雾干燥机6进行脱水干燥，pH为11的碱性上清液进入中和反应池a2，进一步降低pH至8.5后排放。排放尾水硬度≤100mg/L，SS≤10mg/L，本装置连续运行2个月，实现尾水稳定控制，累计产生碳酸钙约230吨，Ca2+回收率达到90％以上，碳酸钙纯度高达96％。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，包括沉淀池a(1)、中和反应池a(2)、清水池(4)、沉淀池b(5)、喷雾干燥机(6)、PLC控制系统(7)、气液混合设备a(8)、加药罐a(12)、加药罐b(13)、螺杆泵、CO2供给系统(14)和液下泵a(15)，所述沉淀池a(1)、所述中和反应池a(2)、所述沉淀池b(5)和所述清水池(4)依次相连；所述螺杆泵设置在所述沉淀池b(5)上，所述螺杆泵的出口通过管道与所述喷雾干燥机(6)相连；所述气液混合设备a(8)与所述中和反应池a(2)相连，所述CO2供给系统(14)与PLC控制系统(7)连接；所述PLC控制系统(7)与所述气液混合设备a(8)连接，所述气液混合设备a(8)通过液下泵a(15)与所述清水池(4)相连；所述加药罐a(12)内盛装有聚合硫酸铁絮凝剂,所述加药罐a(12)用于向待流入进所述沉淀池a(1)内的疏浚泥浆上清液内投加聚合硫酸铁絮凝剂；所述加药罐b(13)内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,所述加药罐b(13)用于向所述沉淀池b(5)内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，还包括中和反应池b(3)、气液混合设备b(9)、液下泵b(16)、沉淀池c(17)和加药罐c(18)，所述中和反应池b(3)与所述清水池(4)相连，所述沉淀池c(17)与所述中和反应池b(3)相连，所述气液混合设备b(9)与所述PLC控制系统(7)连接，所述PLC控制系统(7)与所述气液混合设备b(9)连接，所述气液混合设备b(9)通过液下泵b(16)与所述清水池(4)相连，所述加药罐c(18)内盛装有阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂,所述加药罐c(18)用于向所述沉淀池c(17)内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂。
3.根据权利要求1所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，还包括位置调节机构，所述位置调节机构设置在所述沉淀池b(5)上，所述螺杆泵设置在所述位置调节机构上。
4.根据权利要求1或2所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，所述阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的浓度为0.5‰～1‰。
5.根据权利要求1所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，所述CO2供给系统(14)所供给CO2气体气压为0.7MPa～0.9Mpa，纯度≥99.5％。
6.根据权利要求1所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，还包括pH计a(10)，所述pH计a(10)用于测量由所述中和反应池a(2)流向所述沉淀池b(5)的出水的pH值，所述pH计a(10)与所述PLC控制系统(7)连接。
7.根据权利要求2所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，还包括pH计b(11)，所述pH计b(11)用于测量由所述中和反应池b(3)流向所述沉淀池c(17)的出水的pH值，所述pH计b(11)与所述PLC控制系统(7)连接。
8.根据权利要求1～7任一项所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，所述气液混合设备a(8)包括管体、文丘里管和喷嘴，所述管体的一端分别与所述CO2供给系统(14)和所述液下泵a(15)相连接，所述管体的另一端与所述喷嘴相连接，所述文丘里管设置在所述管体内，所述管体设置喷嘴的一端伸入到中和反应池a(2)的池底10～20cm处。
9.根据权利要求1所述的一种淤泥脱水高碱性尾水处理装置，其特征在于，所述CO2供给系统(14)由二氧化碳低温液体储槽、空温汽化器、减压阀组、缓冲储气罐组成；所述二氧化碳低温液体储槽与所述空温汽化器相连，所述空温汽化器与所述减压阀组相连，所述减压阀组与所述缓冲气罐相连。
10.一种淤泥脱水高碱性尾水处理处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、疏浚泥浆上清液除杂后与加药罐a(12)所投加的聚合硫酸铁絮凝剂混合，并进入沉淀池a(1)内，投加聚合硫酸铁絮凝剂控制疏浚泥浆上清液SS≤10mg/L；
S200、将高碱性压滤尾水注入至沉淀池a(1)内，并与投加有聚合硫酸铁絮凝剂的疏浚泥浆上清液混合，得到混合液a；
S300、CO2供给系统(14)所提供的CO2与液下泵a(15)从清水池(4)内抽取的清水在气液混合设备a(8)中混合，气体形态发生变化，形成包含
Figure FDA0002328262580000032
和溶解CO2的水气混合物，然后通过喷嘴形成高速喷雾，并与由沉淀池a(1)流入中和反应池a(2)内的混合液a混合均匀，形成pH为11的碳酸钙浆液；
S400、向流入沉淀池b(5)的碳酸钙浆液内投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，形成碳酸钙沉淀；
S500、通过螺杆泵将含有碳酸钙沉淀的浆液泵入喷雾干燥机(6)内进行脱水、干燥，形成轻质碳酸钙；
S600、沉淀池b(5)内pH为11的清水由清水池(4)流入至中和反应池b(3)内；
S700、CO2供给系统(14)所提供的CO2与液下泵b(16)从清水池(4)内抽取的清水在气液混合设备b(9)中混合，气体形态发生变化，形成包含
Figure FDA0002328262580000031
和溶解CO2的水气混合物，然后通过喷嘴形成高速喷雾，并与由清水池(4)流入中和反应池b(3)内的清水混合均匀，使其pH调节至8.0～8.5；
S800、中和反应池b(3)内pH为8.0～8.5的溶液流入至沉淀池c(17)内；
S900、向流入沉淀池c(17)内的溶液中投加阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂，待溶液达标后排放。
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