CN113716707A - 一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统及方法，该系统包括微旋流反应器、管道混合器、助凝剂加药装置、气体压缩装置和絮凝结晶池；所述管道混合器的出料口与所述微旋流反应器的侧壁进料管流体导通；所述助凝加药装置通过开设在所述侧壁进料管上的助凝剂进料口与所述侧壁进料管流体导通，所述侧壁进料管与所述微旋流反应器流体导通；所述气体压缩装置通过所述微旋流反应器的顶部流体入口与所述微旋流反应器流体导通；所述絮凝结晶池的进料口与所述微旋流反应器的物料通道流体导通。本发明利用该系统对高盐脱硫废水进行软化具有净化效率高、处理操作简单、工艺参数调节方便等优点。

Description

一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域。具体地说是一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统及方法。
背景技术
高盐废水一般指有机物和总溶解固体质量分数大于3.5％的废水，主要来源于化工、制药、食品加工等行业。燃煤电厂石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术产生的脱硫废水是典型的高盐废水，具有水量大，成分复杂等特点。除大量重金属、氯盐、硫酸盐外，还含有悬浮物(SS)、微量重金属(汞、镉等)等污染物，含盐量一般在10000～40000mg·L-1，直接排放容易引起盐污染，且出于工艺过程的需要，高盐废水往往还包含各类化学添加剂、有机污染物和固体不溶物。尤其是其中的钙镁离子，具有极强的结构能力。常规方法难以有效去除这些污染物，急需开发一种适合于该类废水的装备与工艺。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统及方法，以解决当前废水处理技术在处理高盐废水时反应时间长、处理效果差等问题，同时解决当前废水处理设备占地空间大、操作繁琐、废水处理成本高的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，包括微旋流反应器、管道混合器、助凝剂加药装置、气体压缩装置和絮凝结晶池；所述管道混合器的出料口与所述微旋流反应器的侧壁进料管流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管上的助凝剂进料口与所述侧壁进料管流体导通，所述侧壁进料管与所述微旋流反应器的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述微旋流反应器的气液混合仓流体导通；所述微旋流反应器的液态料仓与所述微旋流反应器的气液混合仓通过独立的物料通道流体导通；所述絮凝结晶池的进料口与所述微旋流反应器的出料口流体导通；所述侧壁进料管的横截面积与所述反应内筒的顶部流体入口的横截面积的比值为1～5/3。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，所述微旋流反应器包括具有液态料仓的反应外筒、具有气液混合仓的反应内筒和出口管道；所述反应外筒具有与外界导通的轴向空腔，所述反应内筒位于所述轴向空腔内，所述出口管道的上端与所述反应内筒的底部连接并与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒、所述反应外筒与所述出口管道同轴设置；
所述侧壁进料管安装在所述反应外筒上背离所述反应内筒的筒壁上，且所述侧壁进料管与所述反应外筒的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述反应内筒的顶部流体入口流体导通；所述出口管道的下端与所述絮凝结晶池的进料口流体导通。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，所述反应内筒的筒壁上沿轴向开设有两列或两列以上的内筒孔洞，所述内筒孔洞沿所述反应内筒圆周向等间距分布；所述内筒孔洞与所述气液混合仓连通，所述反应外筒朝向所述反应内筒的筒壁上开设有外筒孔洞，所述外筒孔洞与所述液态料仓连通，所述外筒孔洞与所述内筒孔洞在同一个横截面上一一对应，每对相互对应的所述外筒孔洞与所述内筒孔洞通过一根贯穿管连通；
所述内筒孔洞有3～8列且沿所述反应内筒圆周向等间距分布，同一列相邻所述内筒孔洞之间的间距为5～25mm；假设某个所述内筒孔洞所在位置的法线方向为X，与这个所述内筒孔洞连通的所述贯穿管的轴线与法线方向X的夹角为0～60°。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，所述微旋流反应器包括反应外筒、反应内筒和出口管道，所述反应内筒安装在所述反应外筒内且所述反应内筒的上下端面分别与所述反应外筒的上下筒底密封连接，所述反应内筒的外壁与所述反应外筒的内壁之间的筒状空间为液态料仓，所述反应内筒的轴向通道为气液混合仓；所述出口管道的上端通过所述反应外筒下筒底上的出料口与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒、所述反应外筒与所述出口管道同轴设置，所述侧壁进料管安装在所述反应外筒的外侧壁上，且所述侧壁进料管与所述液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口通过所述反应外筒上筒底上的进气口与所述气液混合仓流体导通；所述出口管道的下端与所述絮凝结晶池的进料口流体导通；所述侧壁进料管的横截面积与所述反应外筒上筒底上的进气口的横截面积的比值为1～5/3；
所述反应内筒的筒壁上沿轴向开设有两列或两列以上的贯穿孔，所述液态料仓和所述气液混合仓通过所述贯穿孔连通；
所述贯穿孔有3～8列且沿所述反应内筒圆周向等间距分布，同一列相邻所述贯穿孔之间的间距为5～25mm；假设某个所述贯穿孔所在位置的切线方向为X，那么所述贯穿孔的轴线与所述切线方向X的夹角α为30～90°。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，所述反应外筒为外径80～250mm、壁厚为1～5mm、高100～500mm的环形金属圆筒；所述反应内筒为外径60～200mm、壁厚1～10mm、高80～450mm的圆筒；所述出口管道的外径为30～150mm，壁厚为1～5mm，且所述出口管道的高径比大于或等于10。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，所述絮凝结晶池为上部呈圆筒型、下部呈倒锥型的结构，所述微旋流反应器的出口管道通过管路与所述絮凝结晶池的料液入口流体导通，所述管路的出料端穿过所述絮凝结晶池的上部圆筒侧壁进入所述絮凝结晶池内且出料方向向上，所述絮凝结晶池内分别设置有导流筒和搅拌桨，所述搅拌桨的下端伸入到所述导流筒内；
所述助凝剂加药装置通过计量泵与所述微旋流反应器的所述侧壁进料管流体导通；所述微旋流反应器为两个或两个以上，两个或两个以上所述微旋流反应器串联，且两个或两个以上所述微旋流反应器连接相同或不同的所述助凝剂加药装置。
一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至管道混合器内进行预混合，得到第一混合液；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器输送至微旋流反应器的侧壁进料管中，与此同时，助凝剂加药装置内的助凝剂通过开设在所述侧壁进料管上的助凝剂进料口输送至所述微旋流反应器的侧壁进料管内，所述第一混合液与所述助凝剂在所述侧壁进料管中混合，得到第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管进入所述微旋流反应器的液态料仓内，此时，气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器的出料口进入到絮凝结晶池进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，在步骤(1)中，石灰乳的浓度为5～20wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为9～10；所述压缩气体为空气、臭氧或二氧化碳中的一种或两种及以上的组合。
上述基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，所述助凝剂为助凝剂A或助凝剂A和助凝剂B的组合，助凝剂A为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种及以上的组合，助凝剂B为巯基乙酰壳聚糖；
聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和聚二甲基二烯丙基氯化铵的加入量分别为脱硫废水质量的0.03～0.30wt％，巯基乙酰壳聚糖的加入量为脱硫废水质量的0.01～0.03wt％。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
(1)本发明提供的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统具有处理量大、占地空间小、净化效率高、处理操作简单、工艺参数调节方便等优点；利用该系统进行脱硫废水软化的方法，具有反应效率高的特点，无需使用传统脱硫废水处理的“中和-沉淀-混凝”三联箱常规化学沉淀技术。本发明的废水软化系统及方法可以处理流量为1～100t/h，温度0～100℃，固相浓度<25wt％的脱硫废水。
(2)本发明利用微旋流反应器在高速流体带动内桶旋转，产生大量微小气泡形成巨大的相界面面积多相界面，提供完全充分的混合能力，提高体系混合程度，强化相间传质效率和脱硬反应的进行，减少反应时间。本发明这种基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，可以彻底取代传统脱硫废水处理的“中和-沉淀-混凝”三联箱常规化学沉淀技术。另外，在对脱硫废水进行软化时，添加助凝剂，可以有效提高钙镁离子的脱除效率，助凝剂可以是聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种及以上的组合，若脱硫废水中重金属离子含量较高时，还可以另外添加巯基乙酰壳聚糖。
(3)在其他条件不变的情况下(废水成分、石灰乳加量以及助凝剂加量等均保持不变)，本发明通过控制进入微旋流反应器中液相流体的压力、气相流体的压力以及液相与气相的流速之比，能够增强扰动及提高混合扩散均匀程度，使相间传质效率和脱硬反应效率提高，有利于提高气液固三相混合体系的生成效率，从而可以大幅度提高废水中钙镁等离子的脱除率。
附图说明
图1本发明实施例1中微旋流反应器的结构示意图；
图2本发明实施例1中微旋流反应器的结构示意图(俯视图)；
图3本发明实施例1中微旋流反应器的结构示意图(仰视图)；
图4本发明实施例1中微旋流反应器的结构示意图(正视图)；
图5本发明实施例2中微旋流反应器的结构示意图；
图6本发明实施例2中微旋流反应器的内部结构示意图；
图7本发明实施例2中微旋流反应器的反应内筒结构示意图；
图8本发明中管道混合器的内部结构示意图；
图9本发明中絮凝结晶池的内部结构示意图；
图10本发明中多个微旋流反应器串联的结构示意图。
图中附图标记表示为：1-微旋流反应器；2-侧壁进料管；3-助凝剂进料口；4-反应外筒；5-反应内筒；6-出口管道；7-贯穿孔；8-絮凝结晶池；9-管道混合器；10-流体方向；11-混合内构件；12-管路；13-料液入口；14-贯穿管；15-搅拌棒；16-导流筒。
具体实施方式
实施例1
本实施例的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，包括微旋流反应器1、管道混合器9、助凝剂加药装置、气体压缩装置和絮凝结晶池8；所述管道混合器9的出料口与所述微旋流反应器1的侧壁进料管2流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3与所述侧壁进料管2流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3与所述侧壁进料管2流体导通，所述侧壁进料管2与所述微旋流反应器1的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述微旋流反应器1的气液混合仓流体导通；所述微旋流反应器1的液态料仓与所述微旋流反应器1的气液混合仓通过独立的物料通道体导通。
如图1和图4所示，所述微旋流反应器1包括具有液态料仓的反应外筒4、具有气液混合仓的反应内筒5和出口管道6；所述反应外筒4具有与外界导通的轴向空腔，所述反应内筒5位于所述轴向空腔内，所述出口管道6的上端与所述反应内筒5的底部连接并与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒5、所述反应外筒4与所述出口管道6同轴设置；所述反应内筒5的筒壁上沿轴向开设有六列内筒孔洞，所述内筒孔洞与所述气液混合仓连通，所述反应外筒4朝向所述反应内筒5的筒壁上开设有外筒孔洞，所述外筒孔洞与所述液态料仓连通，所述外筒孔洞与所述内筒孔洞在同一个横截面上一一对应，每对相互对应的所述外筒孔洞与所述内筒孔洞通过一根贯穿管14连通(参见图2和图3)；
所述侧壁进料管2安装在所述反应外筒4上背离所述反应内筒5的筒壁上，且所述侧壁进料管2与所述反应外筒4的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述反应内筒5的顶部流体入口流体导通；所述出口管道6的下端与所述絮凝结晶池8的进料口流体导通；所述侧壁进料管2的横截面积与所述反应内筒5的顶部流体入口的横截面积的比值为1。
所述反应外筒4为外径230mm、壁厚为5mm、高400mm的环形金属圆筒；所述反应内筒5为外径200mm、壁厚10mm、高360mm的圆筒；所述出口管道6的外径为120mm，壁厚为2mm，且所述出口管道6的高径比等于20；所述内筒孔洞有6列且沿所述反应内筒5圆周向等间距分布，同一列相邻所述内筒孔洞之间的间距为24mm；假设所述内筒孔洞所在位置的法线方向为X，与这个所述内筒孔洞连通的所述贯穿管14的轴线与法线方向X的夹角为45°。
如图9所示，所述絮凝结晶池8为上部呈圆筒型、下部呈倒锥型的结构，所述微旋流反应器1的出口管道6通过管路12与所述絮凝结晶池8的料液入口13流体导通，所述管路12的出料端穿过所述絮凝结晶池8的上部圆筒侧壁进入所述絮凝结晶池8内且出料方向向上，所述絮凝结晶池8内分别设置有导流筒15和搅拌桨16，所述搅拌桨16的下端伸入到所述导流筒15内。
所述助凝剂加药装置通过计量泵与所述微旋流反应器1的所述侧壁进料管2流体导通；所述微旋流反应器1为6个，6个所述微旋流反应器1串联，且6个所述微旋流反应器1连接相同的所述助凝剂加药装置，串联的方式具体参见图10。
实施例2
本实施例的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，包括微旋流反应器1、管道混合器9、助凝剂加药装置、气体压缩装置和絮凝结晶池8；所述管道混合器9的出料口与所述微旋流反应器1的侧壁进料管2流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3与所述侧壁进料管2流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3与所述侧壁进料管2流体导通，所述侧壁进料管2与所述微旋流反应器1的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述微旋流反应器1的气液混合仓流体导通；所述微旋流反应器1的液态料仓与所述微旋流反应器1的气液混合仓通过独立的物料通道体导通。
如图5至图7所示，所述微旋流反应器1包括反应外筒4、反应内筒5和出口管道6，所述反应内筒5安装在所述反应外筒4内且所述反应内筒5的上下端面分别与所述反应外筒4的上下筒底密封连接，所述反应内筒5的外壁与所述反应外筒4的内壁之间的筒状空间为液态料仓，所述反应内筒5的轴向通道为气液混合仓；所述出口管道6的上端通过所述反应外筒4下筒底上的出料口与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒5、所述反应外筒4与所述出口管道6同轴设置，所述侧壁进料管2安装在所述反应外筒4的外侧壁上，且所述侧壁进料管2与所述液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口通过所述反应外筒4上筒底上的进气口与所述气液混合仓流体导通；所述出口管道6的下端与所述絮凝结晶池8的进料口流体导通；所述侧壁进料管2的横截面积与所述反应外筒4上筒底上的进气口的横截面积的比值为5/3；
所述反应内筒5的筒壁上沿轴向开设有两列或两列以上的贯穿孔7，所述液态料仓和所述气液混合仓通过所述贯穿孔7连通。
微旋流反应器反应外筒的直径140mm，壁厚2mm，高180mm，所述反应内筒5为外径100mm、壁厚5mm、高135mm圆筒；所述出口管道6的外径为80mm，壁厚为1mm，且所述出口管道6的高径比等于12。所述贯穿孔7有8列且沿所述反应内筒5圆周向等间距分布，同一列相邻所述贯穿孔7之间的间距为13.5mm；假设所述贯穿孔7所在位置的切线方向为X，所述贯穿孔7的轴线与所述切线方向X的夹角α为45°。
如图9所示，所述絮凝结晶池8为上部呈圆筒型、下部呈倒锥型的结构，所述微旋流反应器1的出口管道6通过管路12与所述絮凝结晶池8的料液入口13流体导通，所述管路12的出料端穿过所述絮凝结晶池8的上部圆筒侧壁进入所述絮凝结晶池8内且出料方向向上，所述絮凝结晶池8内分别设置有导流筒15和搅拌桨16，所述搅拌桨16的下端伸入到所述导流筒15内。
所述助凝剂加药装置通过计量泵与所述微旋流反应器1的所述侧壁进料管2流体导通；所述微旋流反应器1为9个，9个所述微旋流反应器1串联，且6个所述微旋流反应器1连接相同的所述助凝剂加药装置，串联的方式具体参见图10。
实施例3
采用实施例1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水系统对脱硫废水进行软化，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至所述管道混合器9内进行预混合，得到第一混合液，脱硫废水与石灰乳在管道混合器9中混合时的工作示意图见图8；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器9输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2中，与此同时，助凝剂通过所述助凝剂加药装置内的助凝剂通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2内，所述第一混合液与所述助凝剂在所述侧壁进料管2中混合，得到第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管2进入所述微旋流反应器1的液态料仓内，此时，所述气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器1的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器1的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器1的出料口进入到流出并进入所述絮凝结晶池8进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
在步骤(3)中，所述微旋流反应器1中向所述液态料仓内供给所述第二混合液的液相压力(即脱硫废水入口压力)为2MPa，向所述气液混合仓内供给压缩气体的气相压力(即压缩气体进入微旋流反应器1的顶部流体入口的压力)为2Mpa，以空气和臭氧体积比为5:1的比例混合压缩后作为气相，该配比下的空气和臭氧作为压缩气体更有利于增加体系的氧化性能。
在步骤(3)中，所述第二混合液的流速为3m/s，所述压缩气体的流速0.1m/s。在步骤(1)中，石灰乳的浓度为20wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为10。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠(ASAP)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和巯基乙酰壳聚糖(MAC)，聚丙烯酰胺(PAM)的加入量为脱硫废水质量的0.30wt％，聚丙烯酸钠(ASAP)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％，聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％，巯基乙酰壳聚糖(MAC)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％。
采用上述方法进行对脱硫废水进行处理测试，该脱硫废水：pH 6.43，TDS 119.2g/L，氯离子9267.13mg/L，Ca2+568.67mg/L，Mg2+18415.54mg/L，SO4 2-10731.82mg/L，COD724mg/L，悬浮物SS 13mg/L。
脱硫废水的处理结果：钙离子去除率98.2％，镁离子去除率99.7％。
实施例4
采用实施例1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水系统对脱硫废水进行软化，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至所述管道混合器9内进行预混合，得到第一混合液，脱硫废水与石灰乳在管道混合器9中混合时的工作示意图见图8；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器9输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2中，所述第一混合液在所述侧壁进料管2中形成第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管2进入所述微旋流反应器1的液态料仓内，此时，所述气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器1的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器1的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器1的出料口进入到流出并进入所述絮凝结晶池8进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
本实施例与实施例1所采用的脱硫废水软化方法的区别在于：在步骤(3)中，所述微旋流反应器1中向所述液态料仓内供给所述第二混合液的液相压力(即脱硫废水入口压力)为1MPa，向所述气液混合仓内供给压缩气体的气相压力(即压缩气体进入微旋流反应器1的顶部流体入口的压力)为1MPa，以空气作为气相。
在步骤(3)中，所述第二混合液的流速为1m/s，所述压缩气体的流速0.1m/s。在步骤(1)中，石灰乳的浓度为20wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为9；不通过所述助凝加药装置添加助凝剂。
采用上述方法进行对脱硫废水进行处理测试，该脱硫废水：pH 6.77，TDS 101.8g/L，氯离子647.84mg/L，Ca2+357.69mg/L，Mg2+10348.17mg/L，SO4 2-798.12mg/L，COD 689mg/L，悬浮物SS 12mg/L。
脱硫废水的处理结果：钙离子去除率67.2％，镁离子去除率69.4％。
实施例5
采用实施例1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水系统对脱硫废水进行软化，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至所述管道混合器9内进行预混合，得到第一混合液，脱硫废水与石灰乳在管道混合器9中混合时的工作示意图见图8；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器9输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2中，与此同时，助凝剂通过所述助凝剂加药装置内的助凝剂通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2内，所述第一混合液与所述助凝剂在所述侧壁进料管2中混合，得到第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管2进入所述微旋流反应器1的液态料仓内，此时，所述气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器1的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器1的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器1的出料口进入到流出并进入所述絮凝结晶池8进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
在步骤(3)中，所述微旋流反应器1中向所述液态料仓内供给所述第二混合液的液相压力(即脱硫废水入口压力)为4MPa，向所述气液混合仓内供给压缩气体的气相压力(即压缩气体进入微旋流反应器1的顶部流体入口的压力)为5MPa，以二氧化碳作为气相。
在步骤(3)中，所述第二混合液的流速为3m/s，所述压缩气体的流速0.5m/s。在步骤(1)中，石灰乳的浓度为3wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为8.5。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠(ASAP)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和巯基乙酰壳聚糖(MAC)，聚丙烯酰胺(PAM)的加入量为脱硫废水质量的0.30wt％，聚丙烯酸钠(ASAP)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％，聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％，巯基乙酰壳聚糖(MAC)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％。
采用上述方法进行对脱硫废水进行处理测试，该脱硫废水：pH 6.43，TDS 119.2g/L，氯离子9267.13mg/L，Ca2+568.67mg/L，Mg2+18415.54mg/L，SO4 2-10731.82mg/L，COD724mg/L，悬浮物SS 13mg/L。
脱硫废水的处理结果：钙离子去除率77.9％，镁离子去除率79.1％。
实施例6
采用实施例1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水系统对脱硫废水进行软化，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至所述管道混合器9内进行预混合，得到第一混合液，脱硫废水与石灰乳在管道混合器9中混合时的工作示意图见图8；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器9输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2中，与此同时，助凝剂通过所述助凝剂加药装置内的助凝剂通过开设在所述侧壁进料管2上的助凝剂进料口3输送至所述微旋流反应器1的侧壁进料管2内，所述第一混合液与所述助凝剂在所述侧壁进料管2中混合，得到第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管2进入所述微旋流反应器1的液态料仓内，此时，所述气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器1的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器1的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器1的出料口进入到流出并进入所述絮凝结晶池8进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
在步骤(3)中，所述微旋流反应器1中向所述液态料仓内供给所述第二混合液的液相压力(即脱硫废水入口压力)为0.05MPa，向所述气液混合仓内供给压缩气体的气相压力(即压缩气体进入微旋流反应器1的顶部流体入口的压力)为0.05MPa，以空气作为气相。
在步骤(3)中，所述第二混合液的流速为2m/s，所述压缩气体的流速0.5m/s。在步骤(1)中，石灰乳的浓度为25wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为10.4。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠(ASAP)、聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)和巯基乙酰壳聚糖(MAC)，聚丙烯酰胺(PAM)的加入量为脱硫废水质量的0.30wt％，聚丙烯酸钠(ASAP)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％，聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDDA)的加入量为脱硫废水质量的0.03wt％。
采用上述方法进行对脱硫废水进行处理测试，该脱硫废水：pH 6.77，TDS 101.8g/L，氯离子647.84mg/L，Ca2+357.69mg/L，Mg2+10348.17mg/L，SO4 2-798.12mg/L，COD 689mg/L，悬浮物SS 12mg/L。
脱硫废水的处理结果：钙离子去除率71.6％，镁离子去除率75.8％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，包括微旋流反应器(1)、管道混合器(9)、助凝剂加药装置、气体压缩装置和絮凝结晶池(8)；所述管道混合器(9)的出料口与所述微旋流反应器(1)的侧壁进料管(2)流体导通；所述助凝加药装置的出料口通过开设在所述侧壁进料管(2)上的助凝剂进料口(3)与所述侧壁进料管(2)流体导通，所述侧壁进料管(2)与所述微旋流反应器(1)的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述微旋流反应器(1)的气液混合仓流体导通；所述微旋流反应器(1)的液态料仓与所述微旋流反应器(1)的气液混合仓通过独立的物料通道流体导通；所述絮凝结晶池(8)的进料口与所述微旋流反应器(1)的出料口流体导通。
2.根据权利要求1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，所述微旋流反应器(1)包括具有液态料仓的反应外筒(4)、具有气液混合仓的反应内筒(5)和出口管道(6)；所述反应外筒(4)具有与外界导通的轴向空腔，所述反应内筒(5)位于所述轴向空腔内，所述出口管道(6)的上端与所述反应内筒(5)的底部连接并与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒(5)、所述反应外筒(4)与所述出口管道(6)同轴设置；
所述侧壁进料管(2)安装在所述反应外筒(4)上背离所述反应内筒(5)的筒壁上，且所述侧壁进料管(2)与所述反应外筒(4)的液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口与所述反应内筒(5)的顶部流体入口流体导通；所述出口管道(6)的下端与所述絮凝结晶池(8)的进料口流体导通；所述侧壁进料管(2)的横截面积与所述反应内筒(5)的顶部流体入口的横截面积的比值为1～5/3。
3.根据权利要求2所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，所述反应内筒(5)的筒壁上沿轴向开设有两列或两列以上的内筒孔洞，所述内筒孔洞沿所述反应内筒(5)圆周向等间距分布；所述内筒孔洞与所述气液混合仓连通，所述反应外筒(4)朝向所述反应内筒(5)的筒壁上开设有外筒孔洞，所述外筒孔洞与所述液态料仓连通，所述外筒孔洞与所述内筒孔洞在同一个横截面上一一对应，每对相互对应的所述外筒孔洞与所述内筒孔洞通过一根贯穿管(14)连通；
所述内筒孔洞有3～8列且沿所述反应内筒(5)圆周向等间距分布，同一列相邻所述内筒孔洞之间的间距为5～25mm；假设某个所述内筒孔洞所在位置的法线方向为X，与这个所述内筒孔洞连通的所述贯穿管(14)的轴线与法线方向X的夹角为0～60°。
4.根据权利要求1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，所述微旋流反应器(1)包括反应外筒(4)、反应内筒(5)和出口管道(6)，所述反应内筒(5)安装在所述反应外筒(4)内且所述反应内筒(5)的上下端面分别与所述反应外筒(4)的上下筒底密封连接，所述反应内筒(5)的外壁与所述反应外筒(4)的内壁之间的筒状空间为液态料仓，所述反应内筒(5)的轴向通道为气液混合仓；所述出口管道(6)的上端通过所述反应外筒(4)下筒底上的出料口与所述气液混合仓流体导通；所述反应内筒(5)、所述反应外筒(4)与所述出口管道(6)同轴设置，所述侧壁进料管(2)安装在所述反应外筒(4)的外侧壁上，且所述侧壁进料管(2)与所述液态料仓流体导通；所述气体压缩装置的供气口通过所述反应外筒(4)上筒底上的进气口与所述气液混合仓流体导通；所述出口管道(6)的下端与所述絮凝结晶池(8)的进料口流体导通；所述侧壁进料管(2)的横截面积与所述反应外筒(4)上筒底上的进气口的横截面积的比值为1～5/3；
所述反应内筒(5)的筒壁上沿轴向开设有两列或两列以上的贯穿孔(7)，所述液态料仓和所述气液混合仓通过所述贯穿孔(7)连通；
所述贯穿孔(7)有3～8列且沿所述反应内筒(5)圆周向等间距分布，同一列相邻所述贯穿孔(7)之间的间距为5～25mm；假设某个所述贯穿孔(7)所在位置的切线方向为X，那么所述贯穿孔(7)的轴线与所述切线方向X的夹角α为30～90°。
5.根据权利要求2所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，所述反应外筒(4)为外径80～250mm、壁厚为1～5mm、高100～500mm的环形金属圆筒；所述反应内筒(5)为外径60～200mm、壁厚1～10mm、高80～450mm的圆筒；所述出口管道(6)的外径为30～150mm，壁厚为1～5mm，且所述出口管道(6)的高径比大于或等于10。
6.根据权利要求1所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化系统，其特征在于，所述絮凝结晶池(8)为上部呈圆筒型、下部呈倒锥型的结构，所述微旋流反应器(1)的出口管道(6)通过管路(12)与所述絮凝结晶池(8)的料液入口(13)流体导通，所述管路(12)的出料端穿过所述絮凝结晶池(8)的上部圆筒侧壁进入所述絮凝结晶池(8)内且出料方向向上，所述絮凝结晶池(8)内分别设置有导流筒(15)和搅拌桨(16)，所述搅拌桨(16)的下端伸入到所述导流筒(15)内；
所述助凝剂加药装置通过计量泵与所述微旋流反应器(1)的所述侧壁进料管(2)流体导通；所述微旋流反应器(1)为两个或两个以上，两个或两个以上所述微旋流反应器(1)串联，且两个或两个以上所述微旋流反应器(1)连接相同或不同的所述助凝剂加药装置。
7.一种基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将脱硫废水与石灰乳分别输送至管道混合器(9)内进行预混合，得到第一混合液；
(2)所述第一混合液自所述管道混合器(9)输送至微旋流反应器(1)的侧壁进料管(2)中，与此同时，助凝剂加药装置内的助凝剂通过开设在所述侧壁进料管(2)上的助凝剂进料口(3)输送至所述微旋流反应器(1)的侧壁进料管(2)内，所述第一混合液与所述助凝剂在所述侧壁进料管(2)中混合，得到第二混合液；
(3)所述第二混合液通过所述侧壁进料管(2)进入所述微旋流反应器(1)的液态料仓内，此时，气体压缩装置中提供的压缩气体自所述气体压缩装置的供气口并通过所述微旋流反应器(1)的顶部流体入口进入到所述微旋流反应器(1)的气液混合仓中，所述第二混合液通过连通所述液态料仓与所述气液混合仓的物料通道进入到所述气液混合仓内与所述压缩气体在所述气液混合仓中混合，硫酸根离子与钙离子反应生成硫酸钙固体，氢氧根与镁离子反应生成氢氧化镁固体，形成气液固三相混合体系；
(4)所述气液固三相混合体系自所述微旋流反应器(1)的出料口进入到絮凝结晶池(8)进行结晶分离，去除固体结晶，即完成脱硫废水的软化。
8.根据权利要求7所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，其特征在于，在步骤(3)中，向所述液态料仓内供给所述第二混合液的液相压力为0.1～3MPa，向所述气液混合仓内供给压缩气体的气相压力为0.1～3MPa；所述第二混合液与所述压缩气体的流速之比为(10:1)～(30:1)。
9.根据权利要求7所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，其特征在于，在步骤(1)中，石灰乳的浓度为5～20wt％，在步骤(3)中，所述气液固三相混合体系的pH为9～10；所述压缩气体为空气、臭氧或二氧化碳中的一种或两种及以上的组合。
10.根据权利要求7所述的基于微旋流反应器的脱硫废水软化方法，其特征在于，所述助凝剂为助凝剂A或助凝剂A和助凝剂B的组合，助凝剂A为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠或聚二甲基二烯丙基氯化铵中的一种或两种及以上的组合，助凝剂B为巯基乙酰壳聚糖；
聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠和聚二甲基二烯丙基氯化铵的加入量分别为脱硫废水质量的0.03～0.30wt％，巯基乙酰壳聚糖的加入量为脱硫废水质量的0.01～0.03wt％。
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