CN113060802A - 一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置，该装置包括反应室、加热室和水泵，所述加热室包裹在所述反应室的外壁上，所述水泵的入水口通过水管与所述加热室连接，所述水泵的出水口通过水管与所述反应室内连接。本发明的装置可以充分利用原料反应过程中产生的热量来加热氟硼酸根废水，无需额外的热源，具有占地面积小、能源利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置，特别是用于处理同时含氟硼酸根和氟离子的废水。
背景技术
随着炼油、电镀和有机氟润滑油制造等含氟加工业快速发展，由此带来了一系列氟污染问题。此外，石化行业采用BF3作为催化剂进行生产，由于排放的废水中含有的BF4 -会缓慢水解并释放大量F-，增加了废水的处理难度。由于氟离子电负性较强，极易与其他元素结合，若过量的氟离子被人身体吸收就会导致健康问题。为控制工业废水中氟离子浓度，我国《污水综合排放标准》（GB8978-1996）中一级排放标准规定 F-离子浓度小于 10mg/L。目前，常用的BF4-去除采用钾盐沉淀法是利用 K+与 BF4-生成难溶性的沉淀后，取上清液在中高温下（75℃—95℃）水解去除。F-通常采用钙盐沉淀法，使 F-与Ca2+生成CaF2沉淀，通过固液分离达到去除F-的目的。目前常见BF4-水解采用工业废热作为集中热源来加热，然而这在部分地区无法实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置，所述装置包括反应室10、加热室20和水泵30，其特点在于：所述加热室20包裹在所述反应室10的外壁上，所述水泵30的入水口通过水管与所述加热室20连接，所述水泵30的出水口通过水管与所述反应室10内连接。
优选地，所述装置设有PLC控制系统，所述反应室设有温度传感器13，所述温度传感器13和水泵30分别与所述PLC控制系统连接。PLC控制系统根据来自温度传感器13的信号，控制水泵30的开启。
优选地，所述装置设有排水泵40，所述排水泵40的入水口通过水管与所述反应室10内连接。
更优选地，连接所述排水泵入水口的水管的末端设有滤网41。
更优选地，所述反应室内设有氟硼酸根检测电极14。
更优选地，所述反应室的侧壁设有液位计18。
更优选地，所述液位计18、氟硼酸根检测电极14和排水泵40分别与PLC控制系统连接。PLC控制系统根据来自氟硼酸检测电极14和液位计18的信号控制排水泵40的开启或关闭。
优选地，所述反应室的底部设有排渣口17。
优选地，所述排渣口17处安装有闸阀。
更优选地，所述反应室内设有氟离子检测电极15。
一种处理含氟硼酸根废水的方法，包括：
将含氟硼酸根废水加入权利要求1所述装置的反应室，将自热填料加入所述装置的加热室，所述自热填料主要包括氧化钙、铁、碳和电解质；
向加热室加入水，与自热填料反应放热；
待反应室的含氟硼酸根废水温度达到75℃以上，将加热室的水泵入反应室，与含氟硼酸根废水混合反应。
优选地，所述含氟硼酸根废水中还含有氟离子。
优选地，在将加热室的水泵入反应室之前，向含氟硼酸根废水中加入钾盐或者钾盐和钙盐进行沉淀处理。
优选地，先加入钾盐，再加入钙盐。
更优选地，所述钾盐为氯化钾，所述钙盐为氯化钙。
优选地，自热填料还含有铝。
更优选地，所述自热填料还含有吸附剂。
所述吸附剂为硅藻土。利用硅藻土和焦炭粉末的吸附作用，将发热反应物吸附于硅藻土及焦炭粉末内部的多孔结构中，使其充分接触并发生化学反应。
优选地，所述电解质为氯化钠，电解质构成铝碳原电池反应、铁碳原电池反应所需的盐桥。
最优选地，所述自热填料由氧化钙、铝、铁、碳、电解质和吸附剂按质量比为4~5:1~1.2:2~2.6:1.2~1.5:1~2:0.5~1组成。
本发明的原理如下：
自热填料中的氧化钙遇水反应生成氢氧化钙并迅速释放出大量的热量，铁在生成的氢氧化钙电解质溶液环境下与碳构成铁碳原电池发生微电解，继续释放大量的热量，所释放的热量通过反应室外壁传入室内从而加热废水，当废水加热至一定温度后，将加热室中含钙、铁离子的上清液泵入反应室，氟硼酸根在高温条件在铁离子作用下迅速水解为FeF6 3-的络合物以及硼酸，钙离子则与废水中的氟离子形成难溶性的CaF2沉淀。
预先用水溶性钾盐对含氟硼酸根废水进行沉淀处理，一方面可以沉淀部分氟硼酸根，另一方面，有利于促进钙离子与氟离子以氟硼酸钾晶核为中心凝聚成CaF2沉淀，优选地，按质量比K:BF4 -=6.5-9:1投加水溶性钾盐，如氯化钾，经过该预沉淀处理后，氟硼酸根去除率可达到55-65%。
铁碳微电解反应式：
铝碳微电解反应式:
与现有技术相比，本发明的装置充分利用原料反应过程中产生的热量来加热氟硼酸根废水，无需额外的热源，具有占地面积小、能源利用率高的优点。本发明的装置对于同时含氟硼酸根和氟离子废液同样适用，有利于提高废液处理效率。
附图说明
图1为本发明处理含氟硼酸根废水的装置示意图。
图2为PLC控制系统结构示意图。
其中，10.反应室，11.搅拌器，12.电机，13.温度传感器，14.氟硼酸根检测电极，15.氟离子检测电极，16.pH检测电极，17.排渣口，18.液位计，20.加热室，21.自热填料，22.温度传感器，30.水泵，40.排水泵，41.滤网。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明所述可用于处理含氟硼酸根废水的装置为内、外双壳体结构，内壳体构成反应室10的壁体，内壳体与外壳体之间的空腔构成加热室20。
内壳体即反应室的壁体采用导热性能良好的薄壁碳钢，为进一步提供壁体的耐腐蚀性，可以碳钢表面喷涂耐腐蚀且导热效率高的碳化硅涂层，外壳体采用保温性能较好的硬质酚醛塑料，同时包裹岩棉减少热损失。
所述加热室20的空腔用于装填自热填料21，自热填料与自来水在该空腔中反应放热。
所述装置设置有水泵30，所述水泵30的入水口通过水管与加热室20连接，出水口通过水管与反应室10连接。利用该水泵30将加热室20中的上清液泵入反应室10，使含钙离子和铁离子的上清液与含氟硼酸根的废水反应。
所述反应室10设置有温度传感器13，用于监测反应室中废水的温度。
所述加热室20设置有温度传感器22，用于监测加热室中上清液的温度。
所述装置还设置有排水泵40，所述排水泵40的入水口通过水管与所述反应室10内连接，用于将处理后达标的废水排出反应室10。为防止反应室内的废渣被吸入排水泵40，在连接所述排水泵40入水口的水管的末端设有滤网41。
所述反应室内设有氟硼酸根检测电极14，用于监测废水中的氟硼酸根浓度。
所述反应室内还设有氟离子检测电极15和pH检测电极16，分别用于监测废水中的氟离子浓度以及废水pH值。
所述反应室10的底部设有贯穿加热室20的排渣口17，用于将产生的废渣排放，该排渣口17安装有闸阀。
所述反应室的侧壁设有液位计18，用于监测反应室内废水的水位。
所述装置还配置有PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）控制系统，所述的温度传感器（13，22），氟硼酸根检测电极14，氟离子检测电极15、pH检测电极16、液位计18、排渣口17的闸阀、电机12、水泵30、排水泵40分别与PLC控制系统。PLC控制系统的结构示意图如图2所示，PLC控制系统通过输入模块获取来自温度传感器（13，22），氟硼酸根检测电极14，氟离子检测电极15、pH检测电极16、液位计18的数据，通过CPU运行编程装置设定的程序后，再通过输出模块实现排渣口17的闸阀、电机12、水泵30、排水泵40的自动启动或关闭。
实施例2
同时含氟硼酸根、氟离子废水的处理方法，包括以下步骤：
将含氟硼酸根废水加入实施例1所述装置的反应室10，将自热填料21加入所述装置的加热室20，所述自热填料按照质量比CaO:Al:Fe:焦炭粉:NaCl:硅藻土=4~5:1~1.2:2~2.6:1.2~1.5:1~2:0.5~1；
预处理：开启搅拌器11，向反应室10内按照质量比K:BF4 -=6.5-9:1的比例投加氯化钾，氯化钾总投加量不超过35g/100ml，待生成氟硼酸钾沉淀后，按摩尔比Ca:F=1.5:2投加无水氯化钙，该步骤下BF4 -的去除率可达到55-65%，F-去除率可达到85-90%，根据氟硼酸根、氟离子浓度的检测结果确定氯化钾和氯化钙的具体投加量；
然后向加热室20加入自来水，自来水与自热填料21接触反应放出大量的热量，从而加热反应室10内的废水；
待反应室10的废水温度达到75℃以上（更佳的是达到85℃以上），水泵30开启，将加热室20内的上清液泵入反应室10内，与废水混合反应；
待反应室10内废水的氟硼酸根、氟离子浓度达到排放标准后，排水泵40开启，将合标废水排出，废水水位降至最低点时，关闭排水泵40，打开排渣口17的闸阀，将废渣排出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，若对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，理应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种可用于处理含氟硼酸根废水的装置，所述装置包括反应室、加热室和水泵，其特征在于：所述加热室包裹在所述反应室的外壁上，所述水泵的入水口通过水管与所述加热室连接，所述水泵的出水口通过水管与所述反应室内连接。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述装置设有PLC控制系统，所述反应室设有温度传感器，所述温度传感器和水泵分别与所述PLC控制系统连接。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：所述装置设有排水泵，所述排水泵的入水口通过水管与所述反应室内连接；
优选地，连接所述排水泵入水口的水管的末端设有滤网；
优选地，所述反应室内设有氟硼酸根检测电极；
优选地，所述反应室的侧壁设有液位计。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述液体计，氟硼酸根检测电极和排水泵分别与PLC控制系统连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于：所述反应室的底部设有排渣口。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述排渣口处安装有闸阀。
7.根据权利要求1至6任一所述的装置，其特征在于：所述反应室内设有氟离子检测电极。
8.一种处理含氟硼酸根废水的方法，包括：
将含氟硼酸根废水加入权利要求1所述装置的反应室，将自热填料加入所述装置的加热室，所述自热填料主要包括氧化钙、铁、碳和电解质；
向加热室加入水，与自热填料反应放热；
待反应室的含氟硼酸根废水温度达到75℃以上，将加热室的水泵入反应室，与含氟硼酸根废水混合反应。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述含氟硼酸根废水中还含有氟离子。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于：在将加热室的水泵入反应室之前，向含氟硼酸根废水中加入钾盐或者钾盐和钙盐进行沉淀处理；
优选地，先加入钾盐，再加入钙盐；
更优选地，所述钾盐为氯化钾，所述钙盐为氯化钙；
优选地，自热填料还含有铝；
更优选地，所述自热填料还含有吸附剂；
优选地，所述电解质为氯化钠，所述吸附剂为硅藻土；
最优选地，所述自热填料由氧化钙、铝、铁、碳、电解质和吸附剂按质量比为4~5:1~1.2:2~2.6:1.2~1.5:1~2:0.5~1组成。
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