CN111675385A - 一种超滤曝气和加碱除铁方法及系统 - Google Patents

一种超滤曝气和加碱除铁方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的超滤曝气和加碱除铁系统，属于废水处理领域，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤器、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所原水装置、管道混合器、浸没式超滤装置、锰砂过滤器、保安过滤器和反渗透装置依次通过管道连接。该发明在管道混合器中添加NaOH溶，目的是使水中的Fe2+、Fe3+形成Fe(OH)2和Fe(OH)3沉淀，并在超滤膜池中连续曝气，将水中Fe2+氧化成Fe3+，从而达到节能降耗的目的。

Description

一种超滤曝气和加碱除铁方法及系统
技术领域
本发明涉及废水处理领域，特别涉及一种超滤曝气和加碱除铁方法及其系统。
背景技术
原水经过超滤系统过滤后进入锰砂和反渗透系统，由于原水中含铁量比较高，三价铁能被浸没式超滤拦截，二价铁会融入水中进而污堵保安过滤器滤芯。运行时不到一天时间就需要更换保安过滤器滤芯，为了能够延长保安过滤器使用，达到节能降耗的目的，现对超滤系统进行优化。
CN111072182A公开了一种用于铁红废水处理用装置，它包括原水池、精密过滤器、超滤器、中间水池、回用水池，述原水池通过原水泵与精密过滤器连接，并在原水泵上设有加料口，所述精密过滤器与超滤器连接，超滤器与中间水池相连接，所述中间水池通过中间水泵与安保过滤器相连接，所述安保过滤器通过高压泵与反渗透装置连接，所述反渗透装置与回用水池连接。
CN110818060A公开了一种具有曝气除铁功能的平流沉淀池，包括平流沉淀池；所述平流沉淀池由沉淀池本体及设于沉淀池本体出水端的出水区组成；所述沉淀池本体与出水区通过底部的出水通道及折流通道连通；出水区的上部四周设环形的出水堰；出水区内设有曝气装置。本发明在平流沉淀池的出水区增加曝气功能，对进入出水区的废水进行充分曝气，提高废水中的溶解氧，有利于将废水中的二价铁氧化为三价铁，以便在后续的沉淀或过滤处理过程中去除；同时，曝气也能够对废水进行搅拌，防止悬浮物在出水区沉淀，无需定期清理沉淀污泥。
CN110407414A公开的一种酸性矿山废水处理方法，适用于场地条件狭小、运行维护成本低的酸性矿山废水处理方法。首先，利用水泵或管道将酸性矿山废水引入处理设施，废水分别流经因地置宜的持续产氧池、氧化沉淀池、中和反应池以及湿地处理池。在持续产氧池内持续产生的氧气溶入酸性矿山废水，废水中的Fe2+在氧化沉淀池快速氧化成Fe3+，在氧化沉淀池生产沉淀而去除，除铁的酸性矿山废水进入中和反应池，在中和反应池去除水中的H+，中和反应处理后的出水进入湿地处理池进一步去除水中的污染物质，出水外排或回用。解决目前的处理方法占地面积大，运行维护成本高的技术问题。其方法操作简单，占地面积小，运行费用低，能有效解决酸性矿山废水的污染问题。
中国专利文献CN111072182A中主要通过过滤进行铁红废水处理，不仅操作管理简单，而且可以确保处理后的污水可以达标排放，但是不能进行回收利用。专利文献CN110818060A和CN110407414A均公开了通过氧化将Fe2+快速氧化成Fe3+的技术特征，其中，专利文献CN110818060A通过曝气提供氧气，使其将二价铁氧化为三价铁，而专利文献CN110407414A中也是通过持续产氧池内持续产生的氧气溶入酸性矿山废水，废水中的Fe2+在氧化沉淀池快速氧化成Fe3+，但是上述两个专利文献CN110818060A和CN110407414A均没有进行添加处理药剂，是其在进行中水处理后进行回收利用。
发明内容
为解决现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种超滤曝气和加碱除铁系统及其方法，其通过设置合理地加药点，添加合适的处理药剂，能够很好地将中水处理后进行回收再利用。该系统具有过程简单，节能减耗的优势。
具体方法如下：一方面，本发明提供了一种超滤曝气和加碱除铁系统，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤池、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所述原水容器的出口与浸没式超滤装置的入口连接，所述浸没式超滤装置的出口与锰砂过滤池的入口连接，所述锰砂过滤器的出口与所述保安过滤器的入口连接，所述保安过滤器的出口与所述反渗透装置的入口连接。
优选地，所述浸没式超滤装置包括超滤主装置、超滤反洗单元和超滤加药单元；所述超滤反洗单元用于将浸没式超滤装置、锰砂过滤池和保安过滤器进行反冲洗。
另一方面，本发明提供了一种超滤曝气和加碱除铁方法，包括如下步骤：
S1：将原水通过进水管道送至浸没式超滤装置中，进水管道中添加NaOH溶液，经过管道混合器混合后，送至浸没式超滤装置中，并进行曝气；
S2：经过步骤S1生成沉淀后，再经过锰砂过滤器，进入保安过滤器；
S3：保安过滤器过滤后经过反渗透装置处理后回用。
优选地，步骤S1中加入NaOH溶液的速率为35-40L/h，并调节原水的pH为8-9。
优选地，从浸没式超滤装置入口进入的进水流量为80-100m3/h，从浸没式超滤装置出口产水流量为80-100m3/h，所述浸没式超滤装置的进水流量与出口产水流量相等。其中，浸没式超滤装置有10％的去除率。
优选地，NaOH溶液的浓度为20-40％。
优选地，曝气频率为1次/40-50s，反冲曝气1次/15-25min。
优选地，步骤S2中生成沉淀后用稀NaOH溶液洗涤，稀NaOH溶液浓度为2-5％。
优选地，步骤S1原水与入NaOH溶液混合之前还包括预处理步骤，预处理步骤为在原水中添加磷酸盐溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤。其中采用喷淋的方式将零酸盐溶液加入到原水中，反应1-2h。
优选地，所述锰砂过滤器中锰砂滤料包括锰砂30-50份、石英砂10-20份和膨胀珍珠岩10-15份；
所述锰砂滤料的制备方法，包括如下步骤：
S01：称量；按上述重量份称取锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩；
S02：粉碎：将步骤S01中称取获得的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行粉碎，粉碎到粒径为2-3mm；
S03：将步骤S02中粉碎后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行高温300-400℃烘焙2-4h；
S04：浸泡：将步骤S03中烘焙后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩用盐酸浸泡；
S05：将步骤S04中浸泡后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩清洗，烘干，得到锰砂滤料。
优选地，步骤S04中使用2-3mol/L的盐酸溶液浸泡1-2h，在40-50℃恒温摇床中振荡8-10h。
与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明将原水进超滤膜池的管道上加有管道混合器，在管道混合器中添加烧碱，起目的是使水中的二价铁、三价铁形成氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀，并在超滤膜池中连续曝气，将水中二价铁氧化成三价铁，经过超滤膜截留，使得超滤产水二价铁减少，减少后续工艺负担，从而达到节能降耗的目的。
(2)本发明中提供的锰砂滤料由于其膨胀珍珠岩粒空间大，可以提高铁离子的氧化能力。
(3)本发明中在添加烧碱之前还进行了预处理，预处理为在原水中添加磷酸盐溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤，使得后续的更好的氧化。
(4)本发明提供的锰砂滤料与现有技术的滤料相比，吸附量提升，有利于铁的吸附，而且反洗效果好，且易于反洗。
附图说明
图1为本发明提供的超滤曝气和加碱除铁系统示意图；
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细的说明。
参图1所示，一种超滤曝气和加碱除铁系统，首先对超滤系统进行加碱，通过添加碱，调节PH值，使水中的二价铁、三价铁形成氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀，经过超滤膜截留，使得超滤产水二价铁减少，减少后续工艺负担。通过现有的设备在进水管道中添加烧碱，经过管道混合器混合均匀后，进入膜池。恒定进水流量90m3/h，产水流量通过调节阀门使其也是90m3/h，前后平衡，其中，浸没式超滤装置有10％的去除率。加碱35L/h，此时水的PH值为8，在实验中发现，当调节PH＝8，可以降低进水二价铁含量约50％。
实施例1
本实施例提供了一种超滤曝气和加碱除铁系统，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤池、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所述原水容器的出口与浸没式超滤装置的入口连接，所述浸没式超滤装置的出口与锰砂过滤池的入口连接，所述锰砂过滤器的出口与所述保安过滤器的入口连接，所述保安过滤器的出口与所述反渗透装置的入口连接。
其中，本实施例提供的达标排放的原水泵送至浸没式超滤装置经过锰砂过滤器过滤催化后进入保安过滤器，保安过滤器产水进入反渗透系统；其中，所述浸没式超滤装置采用连续曝气模式，目的使水中的二价铁、三价铁形成氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀，将水中二价铁氧化成三价铁，经过超滤膜截留。
其中，本实施例提供的浸没式超滤装置包括超滤主装置、超滤反洗单元和超滤加药单元；所述超滤反洗单元用于将浸没式超滤装置、锰砂过滤池和保安过滤器进行反冲洗。
另一方面，本实施例使用上述提供的超滤曝气和加碱除铁系统进行除铁的方法，包括如下步骤：
S1：在原水中添加磷酸三钠溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤，其中采用喷淋的方式将磷酸三钠溶液加入到原水中，反应1.5h，反应后添加浓度为30％的NaOH溶液，NaOH溶液的速率为38L/h，并调节原水的pH为9。经过管道混合器混合后，送至浸没式超滤装置中，并进行曝气；其中，曝气频率为1次/45s，反冲曝气频率为1次/20min。其中，从浸没式超滤装置入口进入的进水流量为90m3/h，从浸没式超滤装置出口产水流量为90m3/h；
S2：经过步骤S1生成沉淀后，用稀NaOH溶液洗涤，稀NaOH溶液浓度为3％，再经过锰砂过滤器，进入保安过滤器；
S3：保安过滤器过滤后经过反渗透装置处理后回用。
本实施例中提供的锰砂过滤器中锰砂滤料包括锰砂40份、石英砂15份和膨胀珍珠岩13份；其中，上述锰砂滤料的制备方法，包括如下步骤：
S01：称量；按上述重量份称取锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩；
S02：粉碎：将步骤S01中称取获得的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行粉碎，粉碎到粒径为2.5mm；
S03：烘焙：将步骤S02中粉碎后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行高温350℃烘焙3h；
S04：浸泡：将步骤S03中烘焙后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩使用2.5mol/L的盐酸溶液浸泡1h，在45℃恒温摇床中振荡9h；
S05：将步骤S04中浸泡后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩清洗，烘干，得到锰砂滤料。
实施例2
本实施例提供了一种超滤曝气和加碱除铁系统，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤池、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所述原水容器的出口与浸没式超滤装置的入口连接，所述浸没式超滤装置的出口与锰砂过滤池的入口连接，所述锰砂过滤器的出口与所述保安过滤器的入口连接，所述保安过滤器的出口与所述反渗透装置的入口连接。
其中，本实施例提供的达标排放的原水泵送至浸没式超滤装置经过锰砂过滤器过滤催化后进入保安过滤器，保安过滤器产水进入反渗透系统；其中，所述浸没式超滤装置采用连续曝气模式，目的使水中的二价铁、三价铁形成氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀，将水中二价铁氧化成三价铁，经过超滤膜截留。
其中，本实施例提供的浸没式超滤装置包括超滤主装置、超滤反洗单元和超滤加药单元；所述超滤反洗单元用于将浸没式超滤装置、锰砂过滤池和保安过滤器进行反冲洗。
另一方面，本实施例使用上述提供的超滤曝气和加碱除铁系统进行除铁的方法，包括如下步骤：
S1：在原水中添加磷酸三钠溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤，其中采用喷淋的方式将磷酸三钠溶液加入到原水中，反应2h，反应后添加浓度为40％的NaOH溶液，NaOH溶液的速率为40L/h，并调节原水的pH为9。经过管道混合器混合后，送至浸没式超滤装置中，并进行曝气；其中，曝气频率为1次/50s，反冲曝气频率为1次/15min。其中，从浸没式超滤装置入口进入的进水流量为80m3/h，从浸没式超滤装置出口产水流量为80m3/h；
S2：经过步骤S1生成沉淀后，用稀NaOH溶液洗涤，稀NaOH溶液浓度为5％，再经过锰砂过滤器，进入保安过滤器；
S3：保安过滤器过滤后经过反渗透装置处理后回用。
本实施例中提供的锰砂过滤器中锰砂滤料包括锰砂50份、石英砂20份和膨胀珍珠岩15份；其中，上述锰砂滤料的制备方法，包括如下步骤：
S01：称量；按上述重量份称取锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩；
S02：粉碎：将步骤S01中称取获得的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行粉碎，粉碎到粒径为3mm；
S03：烘焙：将步骤S02中粉碎后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行高温400℃烘焙4h；
S04：浸泡：将步骤S03中烘焙后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩用盐酸浸泡；
S05：将步骤S04中浸泡后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩清洗，烘干，得到锰砂滤料。
本实施例提供的步骤S04中使用3mol/L的盐酸溶液浸泡1h，在40-50℃恒温摇床中振荡10h。
实施例3
本实施例提供了一种超滤曝气和加碱除铁系统，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤池、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所述原水容器的出口与浸没式超滤装置的入口连接，所述浸没式超滤装置的出口与锰砂过滤池的入口连接，所述锰砂过滤器的出口与所述保安过滤器的入口连接，所述保安过滤器的出口与所述反渗透装置的入口连接。
其中，本实施例提供的达标排放的原水泵送至浸没式超滤装置经过锰砂过滤器过滤催化后进入保安过滤器，保安过滤器产水进入反渗透系统；其中，所述浸没式超滤装置采用连续曝气模式，目的使水中的二价铁、三价铁形成氢氧化亚铁和氢氧化铁沉淀，将水中二价铁氧化成三价铁，经过超滤膜截留。
其中，本实施例提供的浸没式超滤装置包括超滤主装置、超滤反洗单元和超滤加药单元；所述超滤反洗单元用于将浸没式超滤装置、锰砂过滤池和保安过滤器进行反冲洗。
另一方面，本实施例使用上述提供的超滤曝气和加碱除铁系统进行除铁的方法，包括如下步骤：
S1：在原水中添加磷酸三钠溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤，其中采用喷淋的方式将磷酸三钠溶液加入到原水中，反应1h，反应后添加浓度为20％的NaOH溶液，NaOH溶液的速率为35L/h，并调节原水的pH为8。经过管道混合器混合后，送至浸没式超滤装置中，并进行曝气；其中，曝气频率为1次/40s，反冲曝气频率为1次/25min。其中，从浸没式超滤装置入口进入的进水流量为100m3/h，从浸没式超滤装置出口产水流量为100m3/h。
S2：经过步骤S1生成沉淀后，用稀NaOH溶液洗涤，稀NaOH溶液浓度为2％，再经过锰砂过滤器，进入保安过滤器；
S3：保安过滤器过滤后经过反渗透装置处理后回用。
本实施例中提供的锰砂过滤器中锰砂滤料包括锰砂30份、石英砂10份和膨胀珍珠岩10份；其中，上述锰砂滤料的制备方法，包括如下步骤：
S01：称量；按上述重量份称取锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩；
S02：粉碎：将步骤S01中称取获得的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行粉碎，粉碎到粒径为2mm；
S03：烘焙：将步骤S02中粉碎后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行高温300℃烘焙2h；
S04：浸泡：将步骤S03中烘焙后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩用盐酸浸泡；
S05：将步骤S04中浸泡后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩清洗，烘干，得到锰砂滤料。
本实施例提供的步骤S04中使用2mol/L的盐酸溶液浸泡2h，在40-50℃恒温摇床中振荡8h。
对比例1：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于步骤S1不同，本对比例中的添加浓度为5％的NaOH溶液，NaOH溶液的速率为10L/h。
对比例2：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于步骤S1不同，本对比例中的曝气频率为1次/80s，反冲曝气频率为1次/70min。
对比例3：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于步骤S2不同，步骤S2为经过步骤S1生成沉淀后，再经过锰砂过滤器，进入保安过滤器；未进行稀NaOH溶液洗涤。
对比例4：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于锰砂滤料组分不同，其中，本实施例中的提供的锰砂滤料锰砂80份，石英砂30份。
对比例5：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于步骤S03不同，S03：烘焙：将步骤S02中粉碎后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩进行高温200℃烘焙1h。
对比例6：
本对比例与实施例1相比，仅仅在于步骤S04不同，S04：浸泡：将步骤S03中烘焙后的锰砂、石英砂、膨胀珍珠岩使用2.5mol/L的氢氧化钠溶液浸泡1h；
效果例：
将检测，本发明实施例1-6与对比例1-6超滤进水和超滤产水的总铁和二价铁含量测试，测试结果如下表1。
总铁和二价铁含量测试方法为：邻菲罗啉分光光度法，该方法为现有技术。
表1
Figure BDA0002558116620000081
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超滤曝气和加碱除铁系统，其特征在于，包括原水容器、浸没式超滤装置、锰砂过滤池、保安过滤器和反渗透装置；所述原水容器和浸没式超滤装置之间设置有管道混合器，所述原水容器的出口与浸没式超滤装置的入口连接，所述浸没式超滤装置的出口与锰砂过滤池的入口连接，所述锰砂过滤器的出口与所述保安过滤器的入口连接，所述保安过滤器的出口与所述反渗透装置的入口连接。
2.如权利要求1所述的一种超滤曝气和加碱除铁系统，其特征在于，所述浸没式超滤装置包括超滤主装置、超滤反洗单元和超滤加药单元；所述超滤反洗单元用于将浸没式超滤装置、锰砂过滤池和保安过滤器进行反冲洗。
3.一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将原水通过进水管道送至浸没式超滤装置中，进水管道中添加NaOH溶液，经过管道混合器混合后，送至浸没式超滤装置中，并进行曝气；
S2：经步骤S1生成沉淀后，污水进入芬顿系统处理，产水再经过锰砂过滤池，进入保安过滤器；
S3：保安过滤器过滤后经过反渗透装置处理后回用。
4.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，步骤S1中加入NaOH溶液的速率为35-40L/h，并调节原水的pH为8-9。
5.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，从浸没式超滤装置入口进入的进水流量为80-100m3/h，从浸没式超滤装置出口产水流量为80-100m3/h，所述浸没式超滤装置的进水流量与出口产水流量相等。
6.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，NaOH溶液的浓度为20-40％。
7.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，曝气频率为1次/40-50s，反冲曝气1次/15-25min。
8.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，步骤S2中生成沉淀后用稀NaOH溶液洗涤，稀NaOH溶液浓度为2-5％。
9.如权利要求3所述的一种超滤曝气和加碱除铁方法，其特征在于，步骤S1原水与入NaOH溶液混合之前还包括预处理步骤，预处理步骤为在原水中添加磷酸盐溶液，并在得到磷酸铁后进行稀硫酸洗涤。其中采用喷淋的方式将零酸盐溶液加入到原水中，反应1-2h。
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