CN114835324B - 一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法，所述高硫酸盐低氮矿井水管道与矿井水调节池相连通，矿井水调节池的出水口与一级反应器的进水口相连，一级反应器的出水口与#1澄清器的进水口相连，#1澄清器的出水口与二级反应器的进水口相连，二级反应器的出水口与#2澄清器的入水口相连，#2澄清器的出水口与中和水池的入水口相连，中和水池的出水口与过滤装置的入水口相连，过滤装置的出水口与离子交换脱氮系统的进水口相连，离子交换脱氮系统的外排水出口与达标外排管道相连通，离子交换脱氮系统的#2再生废液出水口与蒸发结晶系统的入水口相连，该系统及方法对SO4 2‑的去除率较高，且脱氮率较高。

Description

一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法
技术领域
本发明属于矿井水脱氮处理技术领域，涉及一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法。
背景技术
目前，离子交换法是降低水中硝酸盐氮最为常用方法，但水中存在高浓度的其他阴离子时，会影响树脂对NO3 -的去除效果，尤其原水中SO4 2-浓度过高时，树脂会优先吸附水中的SO4 2-，而降低对NO3 -的去除效果，因此，需优先去除来水中的SO4 2-。
现有降低废水中SO4 2-含量的方法较多，有膜浓缩、化学沉淀等，但膜浓缩仅对水中盐分起到富集作用，并没有彻底将水中SO4 2-去除，且SO4 2-与NO3 -同在浓水侧，依然会对离子交换法的脱氮效率产生较大影响；化学沉淀法除SO4 2-，仅需向水中投加特定的硫酸盐沉淀剂，但钡盐因具有较高的毒性，贮存及现场管理难度较大，导致其在除SO4 2-方面的应用受到限制，采用单一的钙盐除SO4 2-时，存在去除率较低的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法，该系统及方法对SO4 2-的去除率较高，且脱氮率较高。
为达到上述目的，本发明所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统包括矿井水调节池、一级反应器、#1澄清器、二级反应器、#2澄清器、中和水池、过滤装置、离子交换脱氮系统、蒸发结晶系统、NaCl浓液箱；
所述高硫酸盐低氮矿井水管道与矿井水调节池相连通，矿井水调节池的出水口与一级反应器的进水口相连，一级反应器的出水口与#1澄清器的进水口相连，#1澄清器的出水口与二级反应器的进水口相连，二级反应器的出水口与#2澄清器的入水口相连，#2澄清器的出水口与中和水池的入水口相连，中和水池的出水口与过滤装置的入水口相连，过滤装置的出水口与离子交换脱氮系统的进水口相连，离子交换脱氮系统的外排水出口与达标外排管道相连通，离子交换脱氮系统的#2再生废液出水口与蒸发结晶系统的入水口相连，蒸发结晶系统的冷凝水出口与NaCl浓液箱的入水口相连，蒸发结晶系统的结晶出口与NaCl浓液箱的入口相连通，NaCl浓液箱的出口与离子交换脱氮系统的入水口相连。
NaCl浓液箱内部通过隔板分隔为#1再生液腔室及#2再生液腔室，其中，#1再生液腔室与离子交换脱氮系统的入水口相连，#2再生液腔室与离子交换脱氮系统的入水口相连。
#1再生液腔室经#1再生液提升泵与离子交换脱氮系统的入水口相连；
#2再生液腔室经2#再生液提升泵与离子交换脱氮系统的入水口相连。
#2澄清器的排泥口与污泥处理系统的入口相连；
#1澄清器的排泥口与污泥处理系统的入口相连。
#1澄清器的排泥口经排泥泵与污泥处理系统的入口相连；
#2澄清器的排泥口经排泥泵与污泥处理系统的入口相连。
矿井水调节池的出水口经调节池提升泵与一级反应器的进水口相连；
一级反应器的出水口经一级反应器排水泵与#1澄清器的进水口相连；
#1澄清器的出水口经#1澄清器排水泵与二级反应器的进水口相连；
二级反应器的出水口经二级反应器排水泵与#2澄清器的入水口相连；
#2澄清器的出水口经#2澄清器排水泵与中和水池的入水口相连。
中和水池的出水口经中和水泵与过滤装置的入水口相连；
过滤装置的出水口经离子交换脱氮系统进水泵与离子交换脱氮系统的进水口相连；
蒸发结晶系统的冷凝水出口经冷凝水泵与NaCl浓液箱的入水口相连。
离子交换脱氮系统的#1再生废液出口与#1再生废液排水泵相连通；
离子交换脱氮系统的外排水出口经外排水泵与达标外排管道相连通；
离子交换脱氮系统的#2再生废液出水口经#2再生废液排水泵与蒸发结晶系统的入水口相连。
本发明所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理方法包括以下步骤：
1)高硫酸盐低氮矿井水进入矿井水调节池中缓冲均质，再进入一级反应器中对矿井水中的SO4 2-进行初步沉淀去除；
2)一级反应器输出的混合溶液经#1澄清器澄清分离，其中，产生的上清液排至二级反应器，通过二级反应器对矿井水中的SO4 2-进行深度去除；
3)二级反应器输出的混合溶液排至#2澄清器中进行澄清分离，其中，产生的上清液排至中和水池中调节pH值至中性；
4)中和水池输出的溶液排至过滤装置中进行过滤，过滤装置输出的水进入离子交换脱氮系统进行深度脱氮处理，其中，当离子交换脱氮系统的出水总氮小于等于预设值时，则进行达标外排，当离子交换脱氮系统的出水总氮大于预设值时，则对离子交换脱氮系统中的树脂进行再生；
其中，离子交换脱氮系统中的树脂进行分阶段再生，其中，第一阶段使用浓度为1％～3％的NaCl溶液进行再生，产生的#1再生废液直接外排；第二阶段使用浓度为8％～10％的NaCl溶液进行再生，产生的#2再生废液排至蒸发结晶系统中进行固化处理；
5)蒸发结晶系统输出的纯度大于等于98.5％的硝酸钠进行外售；输出的纯度大于等于98.5％的氯化钠投加至NaCl浓液箱中循环利用。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统及方法在具体操作时，采用两级去除掉方式去除矿井水中的SO4 2-，即先经一级反应器及#1澄清器进行一级去除，再利用二级反应器及#2澄清器进行二级去除，以大幅提高对SO4 2-的去除率，去除效果稳定，去除SO4 2-后的出水再进入离子交换脱氮系统中脱氮，大幅降低SO4 2-与NO3 -在树脂上的竞争吸附，延长树脂再生周期，降低盐分使用量，同时提高脱氮效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为矿井水调节池、2为一级反应器、3为#1澄清器、4为二级反应器、5为#2澄清器、6为中和水池、7为污泥处理系统、8为过滤装置、9为离子交换脱氮系统、10为蒸发结晶系统、11为NaCl浓液箱、M1为调节池提升泵、M2为一级反应器排水泵、M3为#1澄清器排水泵、M4为二级反应器排水泵、M5为#2澄清器排水泵、M6为排泥泵、M7为中和水泵、M8为离子交换脱氮系统进水泵、M9为外排水泵、M10为#1再生废液排水泵、M11为#2再生废液排水泵、M12为冷凝水泵、M13为#1再生液提升泵、M14为2#再生液提升泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统包括矿井水调节池1、一级反应器2、#1澄清器3、二级反应器4、#2澄清器5、中和水池6、污泥处理系统7、过滤装置8、离子交换脱氮系统9、蒸发结晶系统10、NaCl浓液箱11、调节池提升泵M1、一级反应器排水泵M2、#1澄清器排水泵M3、二级反应器排水泵M4、#2澄清器排水泵M5、排泥泵M6、中和水泵M7、离子交换脱氮系统进水泵M8、外排水泵M9、#1再生废液排水泵M10、#2再生废液排水泵M11、冷凝水泵M12、#1再生液提升泵M13及2#再生液提升泵M14；
所述高硫酸盐低氮矿井水管道与矿井水调节池1相连通，矿井水调节池1的出水口经调节池提升泵M1与一级反应器2的进水口相连，一级反应器2的出水口经一级反应器排水泵M2与#1澄清器3的进水口相连，#1澄清器3的出水口经#1澄清器排水泵M3与二级反应器4的进水口相连，#1澄清器3的排泥口经排泥泵M6与污泥处理系统7的入口相连，二级反应器4的出水口经二级反应器排水泵M4与#2澄清器5的入水口相连，#2澄清器5的出水口经#2澄清器排水泵M5与中和水池6的入水口相连，#2澄清器5的排泥口经排泥泵M6与污泥处理系统7的入口相连，中和水池6的出水口经中和水泵M7与过滤装置8的入水口相连，过滤装置8的出水口经离子交换脱氮系统进水泵M8与离子交换脱氮系统9的进水口相连，离子交换脱氮系统9的外排水出口经外排水泵M9与达标外排管道相连通，离子交换脱氮系统9的#1再生废液出口与#1再生废液排水泵M10相连通，离子交换脱氮系统9的#2再生废液出水口经#2再生废液排水泵M11与蒸发结晶系统10的入水口相连，蒸发结晶系统10的冷凝水出口经冷凝水泵M12与NaCl浓液箱11的入水口相连，蒸发结晶系统10的结晶出口与NaCl浓液箱11相连通，NaCl浓液箱11内部通过隔板分隔为#1再生液腔室及#2再生液腔室，其中，#1再生液腔室经#1再生液提升泵M13与离子交换脱氮系统9的入水口相连，#2再生液腔室经2#再生液提升泵M14与离子交换脱氮系统9的入水口相连。
本发明所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理方法包括以下步骤：
1)高硫酸盐低氮矿井水进入矿井水调节池1中缓冲均质，再进入一级反应器2中对矿井水中的SO4 2-进行初步沉淀去除，其中，一级反应器2中所加药剂为PAC、FeCl3、PFS、CaO、Ca(OH)2及CaCl2中的一种或几种；
2)一级反应器2输出的混合溶液经#1澄清器3澄清分离，其中，产生的上清液排至二级反应器4，通过二级反应器4对矿井水中的SO4 2-进行深度去除，#1澄清器3底部排出的污泥进入污泥处理系统7中，其中，二级反应器4中所加药剂为PAC、FeCl3、PFS、Ca(OH)2、CaCl2及钙矾石中的一种或几种；
3)二级反应器4输出的混合溶液排至#2澄清器5中进行澄清分离，其中，产生的上清液排至中和水池6中，#2澄清器5底部排出的污泥进入到污泥处理系统7中进行脱水处理，污泥处理系统7产生的滤液返回至矿井水调节池1中，污泥处理系统7产生的污泥外运处置；
4)中和水池6的进水呈强碱性，加酸调节pH至中性后，中和水池6输出的溶液排至过滤装置8中进行过滤，以降低浊度，过滤装置8输出的水进入离子交换脱氮系统9进行深度脱氮处理，其中，当出水总氮≤1mg/L时，则进行达标外排，当出水总氮＞1mg/L时，则对离子交换脱氮系统9中的树脂进行再生；
其中，离子交换脱氮系统9中的树脂进行分阶段再生，其中，第一阶段使用少量1％～3％的NaCl溶液进行再生，产生的#1再生废液中主要是SO4 2-，随着离子交换脱氮系统9的出水直接外排；第二阶段使用8％～10％的NaCl溶液进行再生，再生液的用量约为矿井水量的1％，产生的#2再生废液中NO3 -含量较高，产生的#2再生废液排至蒸发结晶系统10中进行固化处理；
5)蒸发结晶系统10输出的纯度大于等于98.5％的硝酸钠进行外售；输出的纯度大于等于98.5％的氯化钠投加至NaCl浓液箱11中循环利用，蒸发结晶系统10产生的冷凝水作为再生液配药用水；
6)NaCl浓液箱11内部分隔为#1再生液腔室及#2再生液腔室，分别配置存储#1再生液及#2再生液，#1再生液及#2再生液循环进入离子交换脱氮系统9中，对树脂进行第一阶段及第二阶段的再生。
实施例一
以陕北某煤矿为例，矿井水量约4000t/d，经现有的混凝澄清设备处理后，出水总氮在2～4mg/L之间，氨氮在0.2～0.4mg/L之间，SO4 2-在1000～3000mg/L之间，外排时总氮含量不满足《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中III类水质标准规定的“总氮≤1mg/L”的要求。
本发明的处理过程为：
1)将高硫酸盐低氮矿井水排至矿井水调节池1进行缓冲均质，缓冲后进入一级反应器2，其内部设置搅拌器，外部连接自动加药装置，一级反应器2需投加混凝剂及CaO、Ca(OH)2、CaCl2中的一种药剂，对矿井水中的SO4 2-进行初步沉淀去除，钙盐投加量控制在0.1％～1％之间，SO4 2-去除率一般在25％～35％之间；
2)一级反应器2的出水进入#1澄清器3进行澄清过滤，去除水中沉淀。#1澄清器3的出水排至二级反应器4，#1澄清器3排出的污泥排至污泥处理系统7；
3)二级反应器4内部设置搅拌器，外部连接自动加药装置，需投加混凝剂及Ca(OH)2、CaCl2、钙矾石中的一种药剂，对矿井水中的SO4 2-进行深度去除，钙盐投加量与水中SO4 2-的摩尔比控制在0.5～1.0之间，出水SO4 2-的去除率一般能提高至90％左右；
4)二级反应器4的出水进入#2澄清器5进行澄清过滤，去除水中沉淀，#2澄清器5的出水排至中和水池6，在中和水池6内加入盐酸调节pH至中性，#2澄清器5的污泥排至污泥处理系统7；
5)中和水池6的出水经中和水泵M7排至过滤装置8，过滤装置8的出水(浊度＜5NTU、pH6～9、总氮2～4mg/L、SO4 2-约100～300mg/L)进入离子交换脱氮系统9进行深度脱氮处理；
6)离子交换脱氮系统9包括阴离子树脂柱、树脂捕捉器、脱氮专用树脂、石英砂、再生废液储存箱及总氮在线检测仪等，出水总氮≤1mg/L时，收集后通过外排水泵M9达标排放，出水总氮＞1mg/L时，停止运行，对树脂进行再生；
7)离子交换脱氮系统9树脂再生分为两个阶段：第一阶段先用少量1％～3％的NaCl进行再生，置换出树脂上吸附的SO4 2-，产生的#1再生废液为NaCl和Na2SO4混合溶液，几乎没有NaNO3，可经过#1再生废液排水泵M10与离子交换脱氮系统9出水混合后直接外排；第二阶段用一定量8％～10％的NaCl进行再生，高浓度NaCl溶液的用量约为矿井水量1％，产生的#2再生废液含有大量NO3 -，为NaCl与NaNO3的混合溶液，经#2再生废液排水泵M11排至蒸发结晶系统10进行固化处理；
8)蒸发结晶系统10包括预热器、蒸发器、结晶分离器、强制循环泵、蒸气压缩机及仪表配件，利用NaCl和NaNO3两种物质在水中溶解度的不同，实现分离结晶，产出高纯度的NaCl及NaNO3晶体，其中，NaNO3打包外售，NaCl投加至NaCl浓液箱11中循环利用，蒸发结晶系统10产生的冷凝水收集后经冷凝水泵M12排至NaCl浓液箱11，配制再生液。
需要说明的是，本发明中蒸发结晶系统10制备的NaCl及NaNO3的纯度较高，其中，NaNO3可打包外售，产生一定的经济效益，NaCl可用于配置再生液，循环使用，减小离子交换脱氮装置再生时的NaCl的用量，降低运行成本。另外，需要说明的是，本发明利用多种药剂协同沉淀去除SO4 2-、离子交换装置深度脱氮、再生废液蒸发结晶的方式，确保高硫酸盐低氮矿井水的出水总氮稳定保持在1mg/L以下，且整个工艺过程再生周期长、稳定性高、影响因素少、操作简单，为高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理提供了一种新的思路和方法。

Claims (5)

1.一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统，其特征在于，包括矿井水调节池（1）、一级反应器（2）、#1澄清器（3）、二级反应器（4）、#2澄清器（5）、中和水池（6）、过滤装置（8）、离子交换脱氮系统（9）、蒸发结晶系统（10）、NaCl浓液箱（11）；
所述高硫酸盐低氮矿井水管道与矿井水调节池（1）相连通，矿井水调节池（1）的出水口与一级反应器（2）的进水口相连，一级反应器（2）的出水口与#1澄清器（3）的进水口相连，#1澄清器（3）的出水口与二级反应器（4）的进水口相连，二级反应器（4）的出水口与#2澄清器（5）的入水口相连，#2澄清器（5）的出水口与中和水池（6）的入水口相连，中和水池（6）的出水口与过滤装置（8）的入水口相连，过滤装置（8）的出水口与离子交换脱氮系统（9）的进水口相连，离子交换脱氮系统（9）的外排水出口与达标外排管道相连通，离子交换脱氮系统（9）的#2再生废液出水口与蒸发结晶系统（10）的入水口相连，蒸发结晶系统（10）的冷凝水出口与NaCl浓液箱（11）的入水口相连，蒸发结晶系统（10）的结晶出口与NaCl浓液箱（11）的入口相连通，NaCl浓液箱（11）的出口与离子交换脱氮系统（9）的入水口相连；
NaCl浓液箱（11）内部通过隔板分隔为#1再生液腔室及#2再生液腔室，其中，#1再生液腔室与离子交换脱氮系统（9）的入水口相连，#2再生液腔室与离子交换脱氮系统（9）的入水口相连；
#1再生液腔室经#1再生液提升泵（M13）与离子交换脱氮系统（9）的入水口相连；
#2再生液腔室经2#再生液提升泵（M14）与离子交换脱氮系统（9）的入水口相连；
中和水池（6）的出水口经中和水泵（M7）与过滤装置（8）的入水口相连；
过滤装置（8）的出水口经离子交换脱氮系统进水泵（M8）与离子交换脱氮系统（9）的进水口相连；
蒸发结晶系统（10）的冷凝水出口经冷凝水泵（M12）与NaCl浓液箱（11）的入水口相连；
离子交换脱氮系统（9）的#1再生废液出口与#1再生废液排水泵（M10）相连通；
离子交换脱氮系统（9）的外排水出口经外排水泵（M9）与达标外排管道相连通；
离子交换脱氮系统（9）的#2再生废液出水口经#2再生废液排水泵（M11）与蒸发结晶系统（10）的入水口相连。
2.根据权利要求1所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统，其特征在于，#2澄清器（5）的排泥口与污泥处理系统（7）的入口相连；
#1澄清器（3）的排泥口与污泥处理系统（7）的入口相连。
3.根据权利要求2所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统，其特征在于，#1澄清器（3）的排泥口经排泥泵（M6）与污泥处理系统（7）的入口相连；
#2澄清器（5）的排泥口经排泥泵（M6）与污泥处理系统（7）的入口相连。
4.根据权利要求1所述的高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理系统，其特征在于，矿井水调节池（1）的出水口经调节池提升泵（M1）与一级反应器（2）的进水口相连；
一级反应器（2）的出水口经一级反应器排水泵（M2）与#1澄清器（3）的进水口相连；
#1澄清器（3）的出水口经#1澄清器排水泵（M3）与二级反应器（4）的进水口相连；
二级反应器（4）的出水口经二级反应器排水泵（M4）与#2澄清器（5）的入水口相连；
#2澄清器（5）的出水口经#2澄清器排水泵（M5）与中和水池（6）的入水口相连。
5.一种高硫酸盐低氮矿井水的深度脱氮处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）高硫酸盐低氮矿井水进入矿井水调节池（1）中缓冲均质，再进入一级反应器（2）中对矿井水中的SO4 2-进行初步沉淀去除；
2）一级反应器（2）输出的混合溶液经#1澄清器（3）澄清分离，其中，产生的上清液排至二级反应器（4），通过二级反应器（4）对矿井水中的SO4 2-进行深度去除；
3）二级反应器（4）输出的混合溶液排至#2澄清器（5）中进行澄清分离，其中，产生的上清液排至中和水池（6）中调节pH值至中性；
4）中和水池（6）输出的溶液排至过滤装置（8）中进行过滤，过滤装置（8）输出的水进入离子交换脱氮系统（9）进行深度脱氮处理，其中，当离子交换脱氮系统（9）的出水总氮小于等于预设值时，则进行达标外排，当离子交换脱氮系统（9）的出水总氮大于预设值时，则对离子交换脱氮系统（9）中的树脂进行再生；
其中，离子交换脱氮系统（9）中的树脂进行分阶段再生，其中，第一阶段使用浓度为1%~3%的NaCl溶液进行再生，产生的#1再生废液直接外排；第二阶段使用浓度为8%~10%的NaCl溶液进行再生，产生的#2再生废液排至蒸发结晶系统（10）中进行固化处理；
5）蒸发结晶系统（10）输出的纯度大于等于98.5%的硝酸钠进行外售；输出的纯度大于等于98.5%的氯化钠投加至NaCl浓液箱（11）中循环利用，蒸发结晶系统（10）产生的冷凝水作为再生液配药用水；
6）NaCl浓液箱（11）内部分隔为#1再生液腔室及#2再生液腔室，分别配置存储#1再生液及#2再生液，#1再生液及#2再生液循环进入离子交换脱氮系统（9）中，对树脂进行第一阶段及第二阶段的再生。
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