CN113461228A

CN113461228A - 泥浆法处理酸性废水的系统和方法

Info

Publication number: CN113461228A
Application number: CN202111029537.7A
Authority: CN
Inventors: 刘峰彪; 郑曦; 刘艳丽; 杨小明; 杨晓松; 赵志龙; 张凯; 乔继扬; 王纪勇
Original assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Current assignee: Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy
Priority date: 2021-09-03
Filing date: 2021-09-03
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-09-03
Also published as: CN113461228B

Abstract

本申请涉及水处理领域，具体而言，涉及一种泥浆法处理酸性废水的系统和方法。泥浆法处理酸性废水的系统包括底泥碱化单元、反应单元、絮凝单元、沉淀单元、检测单元和控制单元；控制单元被设置为：根据式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m；通过式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m；修正因子α为0.03885～0.04255；发明人发现采用上述修正因子流量进行修正后，使最终反应单元处理后的废水pH值接近中性，同时反应单元的内壁不易结垢。

Description

泥浆法处理酸性废水的系统和方法

技术领域

本申请涉及水处理领域，具体而言，涉及一种泥浆法处理酸性废水的系统和方法。

背景技术

在矿山开采、矿石运输、选矿、废石排放及尾矿储存等过程中，还原性硫化矿物在空气、水和细菌作用下被氧化后产生酸性矿山废水。需要对酸性矿山废水进行处理后再排放。

酸碱中和法处理酸性废水存在澄清过程缓慢、中和渣难以沉降、动力消耗大和处理成本高等问题。采用高密度泥浆法（High Density Sludge Process，简称HDS法）可减少中和剂的用量，提高中和渣的沉降能力，降低处理成本。

例如，请参阅图1，现有技术中HDS法的处理系统如图1所示，主要原理为：待处理废水进入反应器（中和槽）中和后产生沉淀，沉淀的污泥部分与中和试剂混合后进入反应器再次与待处理废水混合进行中和反应；而沉淀的污泥的剩余部分与溢流水混合后进行絮凝沉降产生可以排放的溢流水和沉淀物。

但是，HDS法的处理系统的各个处理单元会存在严重结垢的情况，尤其是反应器（中和槽）最为严重。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种泥浆法处理酸性废水的系统和方法，其旨在改善现有的HDS法的处理系统结垢的问题。

本申请提供一种泥浆法处理酸性废水的系统，包括：

反应单元，所述反应单元用于供待处理废水和来自于底泥碱化单元的碱性体系反应；

絮凝单元，所述絮凝单元用于为所述反应单元反应后的体系絮凝；

沉淀单元，所述沉淀单元用于将所述絮凝单元絮凝后的体系分为底泥和上清液排出，且将部分底泥作为回流底泥输送至底泥碱化单元；

底泥碱化单元，所述底泥碱化单元用于混合所述回流底泥和碱溶液得到碱性体系，并将所述碱性体系输送至所述反应单元；

检测单元，所述检测单元用于：检测并输出所述待处理废水pH值并记为pH₁；检测并输出所述反应单元处理后的废水pH值并记为pH₂；检测并输出所述回流底泥的pH值并记为pH_回；检测并输出待处理废水的流量并记为Q_水；检测并输出回流底泥的流量并记为Q_回；以及

控制单元，所述控制单元用于接收所述检测单元输出的pH₁、pH₂、pH_回、Q_水及Q_回并根据式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m；

式（1）如下：

式（1）中：

α为0.03885～0.04255；

a%为加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度。

通过待处理废水pH值、反应单元处理后的废水pH值、回流底泥的pH值、加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度、待处理废水的流量以及回流底泥的流量，通过式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m；修正因子α为0.03885～0.04255；发明人发现采用上述修正因子流量进行修正后，使最终反应单元处理后的废水pH值接近中性，同时反应单元的内壁不易结垢。

在本申请的一些实施例中，检测单元还被用于：检测并输出加入所述底泥碱化单元的碱溶液的流量为m1；

所述泥浆法处理酸性废水的系统还包括调控单元，所述调控单元用于接收所述检测单元输出的m1，且所述调控单元被设置为：调节加入所述底泥碱化单元的碱溶液的流量，使m1=m。

在本申请的一些实施例中，调控单元被设置为：调节Q_水、Q_回中的至少一者使其满足式（1），且满足Q_回/Q_水为10%~100%。

调节Q_回/Q_水为10%~100%，可以有效改善反应单元结垢问题的同时还能降低回流底泥的回流量，使待处理废水得到较好的处理。

在本申请的一些实施例中，反应单元包括相互连接的一级反应池和二级反应池；所述一级反应池的入口与所述底泥碱化单元的出口连接；所述待处理废水流入的入口设置于所述一级反应池；

所述一级反应池的池深的0.4-0.6倍高度处设置有多个pH测量仪；

可选地，所述二级反应池的池深的0.5倍至液下25cm处安装有多个pH测量仪。

在本申请的一些实施例中，一级反应池的出口与所述二级反应池的进口连接，且所述一级反应池还能向所述二级反应池溢流；

可选地，所述一级反应池设置有多个间隔分布的供所述待处理废水流入的入口；

可选地，所述一级反应池间隔设置有多个与所述底泥碱化单元的出口连接的入口；

可选地，在所述一级反应池内，供所述待处理废水流入的入口、与所述底泥碱化单元的出口连接的入口共用入口。

在本申请的一些实施例中，一级反应池和所述二级反应池内部均设置曝气装置，所述曝气装置设置有多个曝气出口，所述曝气出口的开口朝向池底；

可选地，相邻两个所述曝气出口的距离≤40cm；

可选地，所述曝气出口为锯齿形。

在本申请的一些实施例中，底泥碱化单元内部设置均化装置。

本申请还提供一种泥浆法处理酸性废水的方法，所述泥浆法处理酸性废水的方法包括：

将待处理废水、来自于底泥碱化单元的碱性体系输至反应单元进行反应；

将所述反应单元反应后的体系输送至絮凝单元进行絮凝；

将所述絮凝单元絮凝后的体系输送至沉淀单元后分为底泥和上清液排出，且将部分底泥作为回流底泥输送至底泥碱化单元；

在底泥碱化单元内混合所述回流底泥和碱溶液得到碱性体系，并将所述碱性体系输送至所述反应单元；

加入所述底泥碱化单元内的碱溶液的流量m；

检测待处理废水pH值并记为pH₁；检测所述反应单元处理后的废水pH值并记为pH₂；检测所述回流底泥的pH值并记为pH_回；检测待处理废水的流量并记为Q_水；检测回流底泥的流量并记为Q_回；

加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m满足式（1）；

式（1）如下：

式（1）中：

α为0.03885～0.04255；

a%为加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度；

可选地，调节Q_水、Q_回中的至少一者使Q_回/Q_水为10%~100%。

在本申请的一些实施例中，底泥碱化单元内部设置均化装置；使所述均化装置的均化速率为50~70转/min，控制回流底泥在所述底泥碱化单元内停留时间为2~10h。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为HDS法的处理系统。

图2示出了本申请实施例提供的泥浆法处理酸性废水的系统的部分结构示意图。

图标：100-泥浆法处理酸性废水的系统；110-底泥碱化单元；120-反应单元；121-一级反应池；122-二级反应池；130-絮凝单元；140-沉淀单元。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请实施例的泥浆法处理酸性废水的系统和方法进行具体说明。

实施例

图2示出了本申请实施例提供的泥浆法处理酸性废水的系统100的部分结构示意图，请参阅图2，本实施例提供一种泥浆法处理酸性废水的系统100，泥浆法处理酸性废水的系统100主要用于处理矿山废水，需要说明的是，在本申请的其他实施例中，泥浆法处理酸性废水的系统100也可以用于处理其他酸性废水，例如化工厂生产线后留下的酸性废水。

泥浆法处理酸性废水的系统100包括依次连接的底泥碱化单元110、反应单元120、絮凝单元130以及沉淀单元140。

反应单元120用于供待处理废水、来自于底泥碱化单元110的碱性体系反应。

絮凝单元130用于为反应单元120反应后的体系絮凝；沉淀单元140用于将絮凝单元130絮凝后的体系分为底泥和上清液排出，且将部分底泥作为回流底泥输送至底泥碱化单元110；

底泥碱化单元110用于混合回流底泥和碱溶液得到碱性体系，并将碱性体系输送至反应单元120。

需要说明的是，在本申请的其他实施例中，底泥碱化单元110也可以连接在沉淀单元140后。

以下就本申请实施例中各个单元的结构和连接关系做出示例性的描述。

底泥碱化单元110主要用于混合回流底泥和碱溶液；其主要目的在于：将碱溶液和回流底泥充分混合，避免碱溶液局部浓度过高，在后续与酸性废水中和的过程中，导致局部碱性过量或者局部酸性过量；改善最终中和效果不佳。

因此，底泥碱化单元110连接有用于供碱溶液流入的入口；也设置有供回流底泥流入的入口；底泥碱化单元110设置有出口，该出口与反应单元120连接。

在一些实施例中，为了使回流底泥和碱溶液充分混合，底泥碱化单元110还配置有搅拌装置；进一步地，为了测量底泥碱化单元110中的液位以及pH等，底泥碱化单元110还可以配置液位计、pH测量仪等，可以根据现场需求进行配置。

在一些实施例中，底泥碱化单元110内部设置均化装置。均化装置可以促进碱溶液与底泥充分混合。

反应单元120的主要作用是充分混合后的碱溶液与待处理废水中和反应。因此，反应单元120设置有与底泥碱化单元110连通的入口，以及供待处理废水流入的入口。

在本实施例中，反应单元120为二级反应器，即反应单元120包括一级反应池121和二级反应池122；一级反应池121的入口与底泥碱化单元110的出口连接；充分混合后的碱溶液进入一级反应池121内；待处理废水流入的入口设置于一级反应池121；待处理废水与充分混合后的碱溶液先在一级反应池121内反应。一级反应池121的出口和二级反应池122的入口连接；一级反应池121内反应后再在二级反应池122内继续反应。

在本实施例中，反应单元120还包括空气压缩机，空气压缩机输出的压缩空气部分通入一级反应池121，部分通入二级反应池122；使一级反应池121和二级反应池122内的反应体系被不断搅拌；可以理解的是，在本申请的一些其他实施例中，反应单元120可以不配置空气压缩机，例如，一级反应池121和二级反应池122内可以设置搅拌装置，采用搅拌装置对其内部进行搅拌。

在本实施例中，为了准确测量一级反应池121内部的pH值，一级反应池121的池深的0.4-0.6倍高度处设置有多个pH测量仪。换言之，一级反应池121内部设置有多个pH测量仪，多个pH测量仪分布在池深的0.4-0.6倍高度范围内，例如，多个pH测量仪位于一级反应池121的池深的0.5倍高度的四周。

例如，一级反应池121内部可以设置4个、3个、5个或者更多个pH测量仪，pH测量仪的平均值为一级反应池121的pH值。

相应地，为了准确测量二级反应池122内部的pH值，二级反应池122的池深的0.5倍至液下25cm设置有多个pH测量仪。换言之，二级反应池122内部设置有多个pH测量仪，多个pH测量仪分布在0.5倍至液下25cm高度范围内，例如，多个pH测量仪位于二级反应池122的池深的0.5倍高度的四周。

例如，二级反应池122内部可以设置4个、3个、5个或者更多个pH测量仪，pH测量仪的平均值为二级反应池122的pH值。

通过准确测量二级反应池122的pH值、一级反应池121的pH值可以比较准确地反馈反应单元120的pH值；从而指导碱溶液的加入量。

在本申请的实施例中，一级反应池121的出口与二级反应池122的进口连接，且一级反应池121还能向二级反应池122溢流。

换言之，一级反应池121的顶部开口所在的水平面高于二级反应池122顶部开口所在的水平面，一级反应池121可以向二级反应池122溢流。一级反应池121的出口可以向二级反应池122排出底泥和水的混合物，一级反应池121向二级反应池122溢流上层清液，使反应体系充分反应，避免局部碱溶液过多或者局部酸溶液过多导致结垢。

在本申请的一些实施例中，一级反应池121设置有多个间隔分布的待处理废水流入的入口。一级反应池121间隔设置有多个与底泥碱化单元的出口连接的入口。例如，一级反应池121内，待处理废水流入的入口、与底泥碱化单元110的出口连接的入口共用入口。

换言之，底泥碱化单元110输出的碱溶液和待处理废水从同一个入口进入一级反应池121；可以充分混合。

在本实施例中，一级反应池121和二级反应池122内部均设置曝气装置，曝气装置设置有并排安装的多个曝气出口，曝气出口的开口朝向池底。在一些实施例中，相邻两个曝气出口的距离≤40cm（例如为10cm，20cm，30cm等等）；例如，曝气出口为锯齿形。

曝气装置可以促进反应体系的充分混合，曝气端采用锯齿形喇叭状，便于对气泡进行切割生成微细气泡。

在本申请的其他实施例中，曝气出口可以为其他形状，例如锥形，相邻两个曝气出口的距离可以大于40cm。

在本申请中，曝气装置并非是必要的，可以不设置曝气装置。

进一步地，在本申请的实施例中，反应单元120可以仅设置一级反应池121，或者，在一些实施例中，反应单元120可以设置三级、四级等多级反应池。相应地，反应单元120可以配置相应的液位计、泵等配套设施，可以根据实际需求进行设置。

承上所述，反应单元120与絮凝单元130连接，在本实施例中，二级反应池122与絮凝单元130连接，反应单元120反应后的体系进入絮凝单元130进行絮凝。

絮凝单元130与沉淀单元140连接，絮凝之后沉淀，使水与污泥分离；上清液与污泥分别排出。

沉淀单元140的污泥分两个部分，一个部分作为回流底泥输送至底泥碱化单元110，一个部分底泥排放。

在本申请中，泥浆法处理酸性废水的系统100还包括检测单元、控制单元和调控单元（图中未示出）。

检测单元和调控单元均与控制单元电信号连接。

检测单元用于：检测待处理废水的pH值并记为pH₁；检测反应单元120处理后的废水pH值并记为pH₂；检测回流底泥的pH值并记为pH_回；检测待处理废水的流量并记为Q_水；检测回流底泥的流量并记为Q_回。

进一步地，在本申请的一些实施例中，检测单元还用于检测一级反应池121内的pH值，二级反应池122内的pH值。

检测单元检测上述结果之后将上述检测结果转化为电信号传递至控制单元。

控制单元接受检测单元的信号后，根据检测单元的信号进行计算。

详细地，控制单元被设置为：根据式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的量m；

式（1）：

式（1）中：

α为0.03885～0.04255，例如α可以为0.03885、0.039、0.04、0.041、0.042、0.04255等等。pH₁为待处理废水pH值；pH₂为反应单元处理后的废水pH值；pH_回为回流底泥的pH；m为加入底泥碱化单元的碱溶液的流量；a%为加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度；Q_水为待处理废水的流量；Q_回为回流底泥的流量。

需要说明的是，上述各个数值的单位，一一对应即可。例如，a%为体积浓度，Q_水和Q_回为体积流量，相应计算出的m值为体积流量；如果a%为质量浓度，Q_水和Q_回为质量流量；相应计算出的m值为质量流量。

控制单元通过检测单元反馈的信号计算出m值。

调控单元被设置为：根据所述控制单元计算的m调节加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m。

经过发明人的大量实验发现，当加入底泥碱化单元的碱溶液的流量满足式（1）时，各个单元中结垢得到有效改善，尤其是反应单元中的结垢情况得到有效改善。

进一步地，在本申请的一些实施例中，调控单元被设置为：调节Q_水、Q_回中的至少一者使其满足式（1），且满足Q_回/Q_水为10%~100%。换言之，调节Q_回/Q_水为10%~100%且同时还需要调节m值，使m值满足式（1）。例如Q_回/Q_水可以为10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、100%等等。

例如，调控单元可以根据管道上的阀门开度调节流量大小。需要说明的是，在本申请的其他实施例中，可以不设置调控单元，例如通过人工进行调控。

本申请实施例提供的泥浆法处理酸性废水的系统100至少具有以下优点：

进一步地，在本申请的一些实施例中，一级反应池的池深的0.4-0.6倍高度处设置有多个pH测量仪，可以比较准确地测量一级反应池内的pH；二级反应池的池深的0.5倍至液下25cm位置安装有多个pH测量仪；可以比较准确地测量二级反应池的pH，在此基础上，可以准确地反馈反应单元内部的pH，从而为更准确地指导碱溶液的用量提供数据支撑。

对于在一级反应池内设置多个待处理废水流入的入口、多个底泥碱化单元的出口的实施例而言，可以促进体系在一级反应池内充分混合，从而实现充分中和的作用。

本申请还提供一种泥浆法处理酸性废水的方法，其主要是居于上述泥浆法处理酸性废水的系统；该方法包括：

向底泥碱化单元内加入碱溶液和回流底泥；混合后通入反应单元，向反应单元加入待处理废水进行中和反应，然后依次输出至絮凝单元、沉淀单元；沉淀单元将上清液和底泥分别排出，其中部分底泥排出至底泥碱化单元内。

泥浆法处理酸性废水的系统计算的加入底泥碱化单元的碱溶液的量流m后，向底泥碱化单元加入碱溶液，碱溶液的加入量为流m。

进一步地，在一些实施例中，底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度为5wt%~10 wt %；作为示例性地，碱溶液的浓度为5wt%、6 wt%、7 wt%、8 wt%、9 wt%或者10 wt %等等。

在一些实施例中，控制回流底泥的流量与待处理废水的流量的比值为10%~100%；例如可以为10%、20%、30%、40%、50%、60%、80%或者100%等等。

在一些实施例中，底泥碱化单元内部设置均化装置；使均化装置的均化速率为50~70转/min，例如，均化速率为50转/min、60转/min、70转/min。控制回流底泥在底泥碱化单元内停留时间为2~10h，例如停留时间为2 h、3h、4h、5h、6h、7h、8h或者10h等等。

本申请实施例提供的泥浆法处理酸性废水的方法具有上述泥浆法处理酸性废水系统的优点，可以将酸性废水处理为中性或者弱碱性的水排出，且在该处理过程中可以比较准确地加入碱溶液的含量，避免设备的结垢。

实验例

发明人就图2所示的装置进行如下实验，分别改变不同的参数，检测挂片结垢的量；试验参数和实验结果如表1所示。

表1

从上述表1可以看出，通过调控检测待处理废水pH值pH₁、反应单元处理后的废水pH值pH₂、回流底泥的pH值pH_回、待处理废水的流量为Q_水、回流底泥的流量Q_回，通过式（1）计算加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m，使m值满足式（1）中的关系式，可以减小结垢量。说明为降低反应设备中的结垢量，上述式（1）可以指导加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，包括：

式（1）如下：

式（1）中：

α为0.03885～0.04255；

a%为加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度。

2.根据权利要求1所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述检测单元还被用于：检测并输出加入所述底泥碱化单元的碱溶液的流量为m1；

3.根据权利要求2所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述调控单元还被设置为：调节Q_水、Q_回中的至少一者使其满足式（1），且满足Q_回/Q_水为10%~100%。

4.根据权利要求1所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述反应单元包括相互连接的一级反应池和二级反应池；所述一级反应池的入口与所述底泥碱化单元的出口连接；所述待处理废水流入的入口设置于所述一级反应池；

5.根据权利要求4所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述一级反应池的出口与所述二级反应池的进口连接，且所述一级反应池还能向所述二级反应池溢流；

6.根据权利要求4所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述一级反应池和所述二级反应池内部均设置曝气装置，所述曝气装置设置有多个曝气出口，所述曝气出口的开口朝向池底；

可选地，相邻两个所述曝气出口的距离≤40cm；

可选地，所述曝气出口为锯齿形。

7.根据权利要求1-6任一项所述的泥浆法处理酸性废水的系统，其特征在于，所述底泥碱化单元内部设置均化装置。

8.一种泥浆法处理酸性废水的方法，其特征在于，所述泥浆法处理酸性废水的方法包括：

将所述反应单元反应后的体系输送至絮凝单元进行絮凝；

加入所述底泥碱化单元内的碱溶液的流量m；

加入底泥碱化单元的碱溶液的流量m满足式（1）；

式（1）如下：

式（1）中：

α为0.03885～0.04255；

a%为加入底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度；

可选地，调节Q_水、Q_回中的至少一者使Q_回/Q_水为10%~100%。

9.根据权利要求8所述的泥浆法处理酸性废水的方法，其特征在于，加入所述底泥碱化单元的碱溶液以Ca（OH）₂计的浓度为5wt%~10 wt %。

10.根据权利要求8所述的泥浆法处理酸性废水的方法，其特征在于，所述底泥碱化单元内部设置均化装置；使所述均化装置的均化速率为50~70转/min，控制回流底泥在所述底泥碱化单元内停留时间为2~10h。