CN112201312A - 一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及废水处理中修正沉淀剂添加量的方法及应用。本发明的方法至少包括以下步骤：获取沉淀剂的实验测量添加量、理论添加量、模型计算添加量；模型计算添加量由实际反应量加经验修正量得到；每日通过取样，采用烧杯混凝试验的方法，测量出实验室沉淀剂的添加量，通过每日连续取样重复以上步骤，得到一组实验数据；依据水质参数，将实验测量添加量与模型计算添加量进行对比，计算得到实际修正系数，用于修正沉淀剂的实际添加量。

Description

一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法及应用

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及废水处理中修正沉淀剂添加量的方法及应用。

背景技术

随着社会经济的不断发展，工业用水量剧增与水资源短缺、排污标准不断严格之间的矛盾日益显现。为提高水的利用率，国内一些企业积极建立污水处理系统与深度处理回用工程，成功将污水回收率提高到70～85％，基本上可以做到稳定达标排放，既缓解了企业用水紧张状况，同时又减少污水排放，减轻对环境的污染。

目前通常采用双碱法沉淀废水中的钙离子、镁离子等杂质，双碱为NaOH和Na₂CO₃。现有双碱添加量的理论计算方法为：双碱法水处理系统加药量取决于机械加速沉淀池入口水质中钙离子、镁离子的浓度和pH值。现有的理论计算方法不考虑出口水质硬度，而是假设一种理想的化学反应，通过添加沉淀剂，把水中的钙镁离子全部沉淀下来，即达到全部去除硬度的目的。

本发明研究发现，即便按照理论值添加药剂，仍不能全部去除水中的钙镁硬度。因此，实际运行值要大于加药量理论计算值，造成了沉淀剂的浪费。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法，该方法能够指导修正沉淀剂的添加量。

本发明的第二目的在于提供该方法的应用。

为了完成本发明的发明目的，采用的技术方案为：

本发明提出一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法，所述沉淀剂包括NaOH和Na₂CO₃，所述方法至少包括以下步骤：

S1、获取沉淀剂的实验测量添加量、理论添加量、模型计算添加量；

所述理论添加量为根据废水中pH值、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的含量，计算得到的完全反应条件下所需沉淀剂的添加量；

所述模型计算添加量由实际反应量加经验修正量得到；

S2、重复S1的步骤，得到一组实验测量添加量和模型计算添加量的数据；

S3、依据水质参数，将实验测量添加量与模型计算添加量进行对比，得到实际修正系数，用于修正沉淀剂的实际添加量。

可选的，所述沉淀剂还包括聚合硫酸铁。

可选的，所述实验测量添加量通过烧杯混凝试验的方法获得，所述烧杯混凝试验的步骤为：

取样，测定完全沉淀废水中Ca²⁺、Mg²⁺所需添加的沉淀剂的量，得到实验测量添加量；

所述实验测量添加量包括氢氧化钠的实验测量添加量E₁和碳酸钠的实验测量添加量E₂。

可选的，在S1中，所述理论添加量的计算方法为依据化学反应平衡方程式：

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂，

Ca²⁺+CO₃ ^2-＝CaCO₃，

通过测定的Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-浓度，计算出完全反应条件下所需要的氢氧化钠的理论添加量S₁和碳酸钠的理论添加量S₂。

可选的，在S1中，所述模型计算添加量的计算方法包括以下步骤：

S11、测定实际反应量：测量机加池出口取样水质中残留的Ca²⁺、Mg²⁺含量V₁，机加池入口的Ca²⁺、Mg²⁺含量为V₂，计算V₂-V₁完全反应所需要的氢氧化钠的实际反应量M₁₁和碳酸钠的实际反应量M₂₁；

S12、计算V₁完全反应所需要氢氧化钠的量M₁₂，将M₁₂乘以一理论经验系数x₁，得到经验修正量M₁₃；

计算V₁完全反应所需要碳酸钠的量M₂₂，将M₂₂乘以一理论经验系数x₂，得到经验修正量M₂₃；

x的取值范围为0.2～0.5；

S13、氢氧化钠的实际反应量M₁₁加氢氧化钠的经验修正量M₁₃得到氢氧化钠的模型计算添加量M₁₄，碳酸钠的实际反应量M₂₁加碳酸钠的经验修正量M₂₃得到碳酸钠的模型计算添加量M₂₄。

可选的，所述实验测量添加量至少每日测定一次，优选上午、下午各取样一次；

优选的，所述实验测量添加量重复测定10～180天。

优选的，在S3中，所述水质参数选自废水处理池的进口水质硬度、废水处理池的出口水质硬度中的至少一种。

可选的，在S3中，将每组取样水质下的氢氧化钠的实验测量添加量E₁减去氢氧化钠的的模型计算添加量M₁₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₁₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₁；

方式2、将所述差值分别除以M₁₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₁。

可选的，在S3中，将每组取样水质下的碳酸钠的实验测量添加量E₂减去碳酸钠的模型计算添加量M₂₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₂₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₂；

方式2、将所述差值分别除以M₂₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₂。

本发明还涉及采用上述方法测定得到的实际修正系数在电厂循环水回收或再生水深度处理中的应用。

本发明的技术方案的技术效果至少包括：

本发明可指导废除处理企业修正沉淀剂的添加量，废水处理企业可根据在不同的水质条件下，通过所提供的理论计算模型输入水质条件，得出指导加药量作为对标值，调整实际运行中的机加池运行方式与沉淀剂添加量，在满足机加池硬度去除的条件下，达到最优沉淀剂的投加方式，最终起到机加池优化运行，降本增效，创造经济效益。

附图说明

图1为拟合得到氢氧化钠的修正系数曲线。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例研究发现，如果机加池的沉淀剂按照理论值添加，仍不能全部去除水中的钙镁离子，即在理论加药量范围内添加沉淀剂的过程中，反应进行到一定程度后即便再加沉淀剂，对硬度的变化影响很小。因此，沉淀剂的理论计算值要大于实际运行值，造成了沉淀剂的浪费。因此需要对沉淀剂的用量进行修正，以达到进行合理有效的估算。鉴于此，本发明实施例提出一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法，至少包括以下步骤：

S1、获取沉淀剂的实验测量添加量、理论添加量、模型计算添加量；

理论添加量为根据废水中pH值、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的含量，计算得到的完全反应条件下所需的沉淀剂的添加量；

模型计算添加量由实际反应量加经验修正量得到；

S2、重复进行S1的步骤，得到一组实验测量添加量和模型计算添加量的数据；

S3、依据水质参数，将实验测量添加量与模型计算添加量进行对比，计算得到实际修正系数，用于修正沉淀剂的实际添加量。

本发明实施例通过理论建模计算，用试验方法进行论证，得出双碱法水处理系统针对不同水质的最优加药量，建立水处理行业内对标模型，可用于指导电厂循环水回收、再生水深度处理等各种水处理除硬系统等运行操作，降低运行成本。本发明实施例的得到实际修正系数通过烧杯试验、参考文献及行业内经验值等办法综合获得，建立了理论计算模型，满足具备对标的条件。

具体的，沉淀剂包括NaOH和Na₂CO₃。

可选的，实验测量添加量通过烧杯混凝试验的方法获得，烧杯混凝试验的步骤为：

取样；

测定完全沉淀废水中Ca²⁺、Mg²⁺所需添加的沉淀剂的量，得到实际测量添加量；

所述实验测量添加量包括氢氧化钠的实验测量添加量E₁和碳酸钠的实验测量添加量E₂。

其中，完全沉淀指沉淀后废水中的硬度为0。

具体的，测定方法可采用滴定法，具体操作为实验室常规实验方法。

在本发明实施例中，理论添加量的计算方法为依据化学反应平衡方程式：

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂，

Ca²⁺+CO₃ ^2-＝CaCO₃，

通过测定的Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-浓度，通过上述化学反应平衡方程式计算出完全反应条件下所需要的氢氧化钠和碳酸钠的理论添加量。理论添加量是一个参考值，即理论条件下的最大加药量，即实验测量添加量、模型计算添加量均要小于理论添加量。

在本发明实施例中，模型计算添加量的计算方法包括以下步骤：

S11、测定实际反应量：测量机加池出口取样水质中残留的Ca²⁺、Mg²⁺含量V₁，机加池入口的Ca²⁺、Mg²⁺含量为V₂，计算V₂-V₁完全反应所需要的氢氧化钠的实际反应量M₁₁和碳酸钠的实际反应量M₂₁；

S12、计算V₁完全反应所需要氢氧化钠的量M₁₂和碳酸钠的量M₂₂，将M₁₂和M₂₂分别乘以一理论经验系数x，得到经验修正量M₁₃和M₂₃；x的取值范围为0.2～0.5；

S13、氢氧化钠的实际反应量M₁₁加氢氧化钠的经验修正量M₁₃得到氢氧化钠的模型计算添加量M₁₄，碳酸钠的实际反应量M₂₁加碳酸钠的经验修正量M₂₃得到碳酸钠的模型计算添加量M₂₄。

具体的，在S2中，实验测量添加量至少每日测定一次，优选上午、下午各取样一次。并优选每天在固定时间进行取样。

实验测量添加量重复测定10～180天，以形成足够的实验数据进行数据的比对。优选30～180天。

具体的，在S3中，水质参数选自废水处理池的进口水质硬度、废水处理池的出口水质硬度中的至少一种。

具体的，在S3中，将每组取样水质下的氢氧化钠的实验测量添加量E₁减去氢氧化钠的的模型计算添加量M₁₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₁₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₁；

方式2、将所述差值分别除以M₁₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₁。

具体的，在S3中，将每组取样水质下的碳酸钠的实验测量添加量E₂减去碳酸钠的模型计算添加量M₂₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₂₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₂；

方式2、将所述差值分别除以M₂₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₂。

本发明实施例还涉及上述方法测定得到的实际修正系数在电厂循环水回收或再生水深度处理中的应用。

实施例

1、获取沉淀剂的实验测量添加量：

建立烧杯混凝试验台，准备相关仪器及药剂；

每日9：00与15：00，各抽取一次机加池原水样品，在烧杯混凝试验台上进行混凝搅拌沉淀，观察沉淀效果，通过试验测量出该水质条件下对应的实验测量添加量。

2、获取沉淀剂的理论添加量：

根据废水中pH值、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的含量，依据化学反应平衡方程式：

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂，

Ca²⁺+CO₃ ^2-＝CaCO₃，

通过测定的Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-浓度，计算出完全反应条件下所需要的氢氧化钠和碳酸钠的理论添加量计算得到的完全反应条件下所需的沉淀剂的理论添加量；

3、获取模型计算添加量：

3.1、测定实际反应量：测量机加池出口取样水质中残留的Ca²⁺、Mg²⁺含量V₁，机加池入口的Ca²⁺、Mg²⁺含量为V₂，计算V₂-V₁完全反应所需要的氢氧化钠的实际反应量M₁₁和碳酸钠的实际反应量M₂₁；

3.2、计算V₁完全反应所需要氢氧化钠的量M₁₂，将M₁₂乘以一理论经验系数x₁，得到经验修正量M₁₃；计算V₁完全反应所需要碳酸钠的量M₂₂，将M₂₂乘以一理论经验系数x₂，得到经验修正量M₂₃；

x取值为0.5；

3.3、氢氧化钠的实际反应量M₁₁加氢氧化钠的经验修正量M₁₃得到氢氧化钠的模型计算添加量M₁₄，碳酸钠的实际反应量M₂₁加碳酸钠的经验修正量M₂₃得到碳酸钠的模型计算添加量M₂₄。

4、依据不同条件下的水质参数，反复进行上述理论模型的计算和混凝实验，汇总整理计算与试验结果，进行对比。具体如表1～表2所示。

表1：氢氧化钠添加量对比表单位：吨/万吨

表2：碳酸钠添加量对比表单位：吨/万吨

5、将理论模型计算与实验数据相减，重复进行上述试验和计算，拟合得出最终的修正系数，具体如图1所示。在此基础上，固化理论计算模型，提出加药量理论模型对标值。

计算方法如表3所示：

表3

6、依据理论模型提供的对标值，提供给水处理运行作为加药量的指导值。运行人员可通过实际加药泵特性曲线，设置合理的频率，控制加药量与指导值接近，并总结出不同现场的优化运行管理方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种废水处理中修正沉淀剂添加量的方法，其特征在于，所述沉淀剂包括NaOH和Na₂CO₃，所述方法至少包括以下步骤：

S1、获取沉淀剂的实验测量添加量、理论添加量、模型计算添加量；

所述理论添加量为根据废水中pH值、Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-的含量，计算得到的完全反应条件下所需沉淀剂的添加量；

所述模型计算添加量由实际反应量加经验修正量得到；

S2、重复S1的步骤，得到一组实验测量添加量和模型计算添加量的数据；

S3、依据水质参数，将实验测量添加量与模型计算添加量进行对比，得到实际修正系数，用于修正沉淀剂的实际添加量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉淀剂还包括聚合硫酸铁。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实验测量添加量通过烧杯混凝试验的方法获得，所述烧杯混凝试验的步骤为：

取样，测定完全沉淀废水中Ca²⁺、Mg²⁺所需添加的沉淀剂的量，得到实验测量添加量；

所述实验测量添加量包括氢氧化钠的实验测量添加量E₁和碳酸钠的实验测量添加量E₂。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1中，所述理论添加量的计算方法为依据化学反应平衡方程式：

Mg²⁺+2OH^-＝Mg(OH)₂，

Ca²⁺+CO₃ ^2-＝CaCO₃，

通过测定的Ca²⁺、Mg²⁺、HCO₃ ^-、CO₃ ^2-浓度，计算出完全反应条件下所需要的氢氧化钠的理论添加量S₁和碳酸钠的理论添加量S₂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S1中，所述模型计算添加量的计算方法包括以下步骤：

S11、测定实际反应量：测量机加池出口取样水质中残留的Ca²⁺、Mg²⁺含量V₁，机加池入口的Ca²⁺、Mg²⁺含量为V₂，计算V₂-V₁完全反应所需要的氢氧化钠的实际反应量M₁₁和碳酸钠的实际反应量M₂₁；

S12、计算V₁完全反应所需要氢氧化钠的量M₁₂，将M₁₂乘以一理论经验系数x₁，得到经验修正量M₁₃；

计算V₁完全反应所需要碳酸钠的量M₂₂，将M₂₂乘以一理论经验系数x₂，得到经验修正量M₂₃；

x的取值范围为0.2～0.5；

S13、氢氧化钠的实际反应量M₁₁加氢氧化钠的经验修正量M₁₃得到氢氧化钠的模型计算添加量M₁₄，碳酸钠的实际反应量M₂₁加碳酸钠的经验修正量M₂₃得到碳酸钠的模型计算添加量M₂₄。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实验测量添加量至少每日测定一次，优选上午、下午各取样一次；

优选的，所述实验测量添加量重复测定10～180天。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S3中，所述水质参数选自废水处理池的进口水质硬度、废水处理池的出口水质硬度中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S3中，将每组取样水质下的氢氧化钠的实验测量添加量E₁减去氢氧化钠的模型计算添加量M₁₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₁₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₁；

方式2、将所述差值分别除以M₁₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₁。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在S3中，将每组取样水质下的碳酸钠的实验测量添加量E₂减去碳酸钠的模型计算添加量M₂₄，得出一组差值，通过以下方式处理：

方式1、将该组差值分别除以M₂₂，若结果小于0.2，则对该组差值进行算术平均，计算出最终的实际修正系数x₂；

方式2、将所述差值分别除以M₂₂，若结果大于0.2，则对该组差值进行曲线拟合，得出新差值后再计算出实际修正系数x₂。

10.如权利要求1～9任一项所述的方法测定得到的实际修正系数在电厂循环水回收或再生水深度处理中的应用。

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