CN115057509A - 一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，包括以下步骤：将重介质颗粒进行初次筛分的具体过程为：使用300目筛网对重介质颗粒进行筛分，保留经过筛网的重介质颗粒；将筛分后的重介质颗粒使用400目筛网进行二次筛分，再进行反洗，然后采用酸进行清洗，再进行涂覆碳酸钙后再次筛分，完成预处理。本发明中将碳酸钙涂覆在颗粒表面，此过程降低了四氧化三铁与水的直接接触，可以防止铁离子等可溶性杂质溶解于水中，防止对后续处理工艺造成不良影响。同时在不降低重介质颗粒磁性的前提下加强了重介质颗粒的粒径，增加了强化混凝过程中重介质颗粒与悬浮物的碰撞频率，提高了絮凝效果。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，具体涉及一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法。
背景技术
重介质絮凝技术是通过向混凝设备中投加比重较大的颗粒或粉末，通过搅拌及水流混合作用使重介质颗粒与软化及混凝反应产生的絮体充分接触混合，絮体在此过程中逐渐包裹重介质颗粒，重介质颗粒对污泥絮体产生向下拖拽作用，提高了污泥的沉降速度。上述过程能够在提高设备上升流速的同时保证设备出水水质，增加设备的沉淀效率，提高了单位面积设备的处理水量。
在实际应用中，通常使用研磨至粉末状态的磁铁矿矿石作为重介质颗粒，其主要成分为四氧化三铁，化学性质稳定，遇水不易溶解或，不易与其它物质发生反应。在实际使用过程中，开采出的磁铁矿石经筛选后仍不可避免的含有其他杂质，一部分密度较小的杂质在随重介质颗粒投入反应器后悬浮于水面，并随出水流出，极大程度影响了澄清器的出水水质；同时部分坚硬颗粒有可能会穿过过滤系统滤料层进入膜系统，对膜元件造成损伤。另一部分含铁可溶性物质在运行过程中逐渐释放Fe2+、Fe3+，并随出水进入到后续膜系统中，增加了膜系统的污堵风险。
发明内容
针对现有技术中重介质强化絮凝澄清工艺投运期间将未经预处理的重介质颗粒直接投加后易造成出水水质劣化、出水铁含量增加、易对后续系统造成损坏等潜在问题，本发明的目的是提供一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，向设备投加经过预处理后的重介质颗粒后不会对重介质强化混凝澄清设备出水悬浮物指标造成显著影响，可防止投加后铁离子的溶解作用，并且能够借助磁性将其回收再利用，设备运行效果与出水水质显著优于向设备投加未经预处理的重介质颗粒。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，包括以下步骤：
将重介质颗粒进行初次筛分，再对筛分后的重介质颗粒进行反洗，然后采用酸进行清洗，在水流下涂覆碳酸钙后再次筛分，完成预处理。
本发明进一步的改进在于，将重介质颗粒进行初次筛分的具体过程为：使用300目筛网对重介质颗粒进行筛分，保留经过筛网的重介质颗粒；将筛分后的重介质颗粒使用400目筛网进行二次筛分，得到筛网拦截的重介质颗粒。
本发明进一步的改进在于，重介质颗粒的磁性物含量＞93％，真密度＞4.5g/cm3，含水率＜10％，粒度在270-400目区间内的颗粒物质量分数＞90％。
本发明进一步的改进在于，再对筛分后的重介质颗粒进行反洗的具体过程为：使用带气吹扫装置的反洗设备对对筛分后的重介质颗粒进行初步反洗，然后进行强化反洗，去除不具有磁性的杂质。
本发明进一步的改进在于，使用带气吹扫装置的反洗设备对筛分后的重介质颗粒进行初步反洗的具体过程为：将筛分后的重介质颗粒填装于反洗设备中至反洗设备高度的1/5处，并加水浸没，使用压缩空气和洁净水自下而上对反洗设备内部进行曝气吹扫；
本发明进一步的改进在于，吹扫期间通过调节压缩空气流量使重介质颗粒悬浮层顶端位于反洗设备高度的4/5处，吹扫时间为20min，吹扫强度大于20L/m2·s，反洗设备的直筒段高度与直径的比大于4:1。
本发明进一步的改进在于，强化反洗的具体过程为：使用电磁铁自容器底端对重介质颗粒进行吸附固定，使用压缩空气和洁净水自下而上对反洗设备内部进行加强吹扫；加强吹扫的时间为10min，吹扫强度大于30L/m2·s，洁净水强度大于15L/m2·s。电磁铁的磁场强度不小于2000高斯。
本发明进一步的改进在于，采用酸进行清洗的具体过程为：向经过反洗的重介质颗粒中加入质量浓度5％的稀硝酸溶液，搅拌后静置，然后水洗至上清液pH＞5.5。
本发明进一步的改进在于，在水流下涂覆碳酸钙的具体过程为：将清洗后的重介质颗粒加入到柱状流化床中，自下向上通入氯化钙溶液，保持重介质颗粒处于流化状态，并向流化床中加入碳酸钠溶液，直至循环液中出现混浊；然后将重介质颗粒与混浊的循环液搅拌后干燥。
本发明进一步的改进在于，碳酸钠溶液中碳酸根离子浓度为2mmol/L，氯化钙溶液中钙离子浓度为5mmol/L。
本发明进一步的改进在于，再次筛分的具体过程为：使用240目筛网对经涂覆碳酸钙后的重介质颗粒进行筛分，保留经过筛网的重介质颗粒，再使用325目筛网进行二次筛分，将经过筛网拦截的重介质颗粒保留。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过对重介质颗粒的物理筛选，对重介质颗粒中存在的过大和过小的颗粒进行预筛分，并筛除部分固体杂质；后续利于四氧化三铁颗粒的密度高和具有磁性的特点通过反洗及磁力的吸引作用对不具有磁性及密度较低的杂质进行分离，最后利用硝酸进行化学清洗，去除重介质颗粒中的可溶物质；上述过程可将重介质颗粒中的固体及可溶性杂质大部分去除，防止重介质颗粒的投加对水质造成的劣化。通过将重介质颗粒放置于过饱和的碳酸钙溶液中辅以适当的水流作用，将碳酸钙涂覆在颗粒表面，此过程降低了四氧化三铁与水的直接接触，可以防止铁离子等可溶性杂质溶解于水中，防止对后续处理工艺造成不良影响。同时在不降低重介质颗粒磁性的前提下加强了重介质颗粒的粒径，增加了强化混凝过程中重介质颗粒与悬浮物的碰撞频率，提高了絮凝效果。
进一步的，通过静置搅拌及烘干作用，加强碳酸钙在重介质颗粒表面的厚度及固定强度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
参见图1，本发明的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，包括筛分工序、反洗工序、酸洗工序、涂覆工序、二次筛分工序等步骤；
其中，筛分工序包含以下步骤：
(1)使用300目筛网对重介质颗粒(作为晶种)进行筛分，去除未经过筛网的大粒径颗粒及杂质，保留经过筛网的重介质颗粒待用。
(2)将筛分后的重介质颗粒使用400目筛网进行二次筛分，去除经过筛网的小颗粒粉末及杂质，将经过筛网拦截的重介质颗粒保留。
上述过程所使用的重介质颗粒在经过预处理前需满足磁性物含量＞93％，真密度＞4.5g/cm3，含水率＜10％，粒度在270-400目区间内的颗粒物质量分数＞90％的要求。
所述步骤(1)中的筛网粒径可随工艺要求做出适当的调整。
本发明的进一步改进在于，反洗工序包含以下步骤：
(1)普通反洗：经筛分后的重介质颗粒中仍包含部分杂质成分，此部分中密度较轻的颗粒易长时间悬浮于水体中劣化反应器产水水质。故使用带气吹扫装置的反洗设备对重介质颗粒进行筛选，将上述重介质颗粒填装于反洗设备中至1/5刻度，并加水浸没，使用压缩空气和洁净水自下而上对反洗设备内部进行曝气吹扫。吹扫期间通过调节压缩空气流量使重介质颗粒悬浮层顶端大致位于4/5刻度处，将密度低的杂质通过气体带出容器。吹扫时间持续进行20min。其中，所使用的气吹扫强度应大于20L/m2·s，洗设备的直筒段高度：直径应大于4:1。
(2)强化反洗：使用电磁铁自容器底端对重介质颗粒进行吸附固定，加大曝气量和反洗水流量，将不具有磁性的杂质通过气流作用带出容器，加强吹扫持续时间约10min；吹扫强度以床层膨胀后磁性颗粒不会通过顶端排水口大量流失为标准调整。
其中，吹扫强度宜大于30L/m2·s。其中，反洗水强度应介于8-12L/m2·s，水反洗强度宜大于15L/m2·s。电磁铁的磁场强度应不小于2000高斯。
本发明的进一步改进在于，酸洗工序包含以下步骤：
(1)将容器中的重介质颗粒转移至搅拌箱中，并向搅拌箱中加入质量浓度5％的稀硝酸溶液，搅拌60min后静置，随后排空上清液。通过上述步骤去除重介质颗粒中含有的可溶性无机盐杂质和铁锈，防止上述物质在运行期间溶解进入到水体中。
(2)排空搅拌箱，向搅拌箱中加入清水稀释残余的酸液，上述过程反复进行多次搅拌箱内上清液pH＞5.5；
上述步骤(1)进行中应实时测量搅拌箱中的pH，当pH大于3时应酌情补充适量酸液。
上述步骤(2)进行中应实时测量搅拌箱中的pH，当经过多次清洗pH仍小于5.5时可投加适量碱液对酸废液进行中和。
本发明的进一步改进在于，涂覆工序包含以下步骤：
(1)配制C(Ca 2+ )＝5mmol/L的氯化钙溶液及C(CO3 2- )＝2mmol/L的碳酸钠溶液备用，向柱状流化床中加入经酸洗后的重介质颗粒，通过循环泵自下向上通入氯化钙溶液，保持重介质颗粒处于流化状态，床层顶端界限不低于4/5床高位置，同时以不大于20ml/min的速度向流化床中加入碳酸钠溶液，直至循环液中出现明显混浊，此时达到碳酸钙的过饱和，将循环液置换为新配制的氯化钙溶液后重复上述操作2次。
(2)将重介质颗粒与混浊的循环液排出，放置于搅拌箱中搅拌24h。
(3)将搅拌器中的重介质颗粒取出，沥干，放入烘箱或干燥箱中干燥5-7h。
本发明的进一步改进在于，二次筛分工序包含以下步骤：
(1)使用240目筛网对经涂覆工序后的重介质颗粒进行筛分：经涂覆工序后重介质颗粒粒径有所增加，本步骤可去除粒径大于60μm的重介质颗粒，保留经过筛网的重介质颗粒，待用。
(2)将筛分后的重介质颗粒使用325目筛网进行二次筛分，去除涂覆不完全的颗粒粉末及杂质，将经过筛网拦截的重介质颗粒保留。
所述步骤(1)中的筛网粒径可随工艺要求做出适当的调整。
实施例1
某厂来水为高含盐量矿井疏干水，采用重介质混凝澄清工艺对来水进行软化混凝澄清处理，装置设计最大处理量350m3/h，上升流速15-20m/s。
设备首次投运前对将要投加的重介质颗粒进行处理，设计重介质颗粒初始投加量为15kg/m3池容，总投加量约1200kg，投加粒径为300目。投加前具体处理步骤如下：
(1)将重介质颗粒户外晾晒后，确保重介质颗粒达到干燥状态。使用270目不锈钢丝网对重介质颗粒进行筛分，去除未经过筛网的大粒径颗粒及杂质，保留经过筛网的重介质颗粒；使用400目的不锈钢丝网将经过初次筛分后的重介质颗粒再次进行筛分，保留未通过筛网的重介质颗粒待用。重复步骤(1)多次，获得约1500kg经预处理后的重介质颗粒。
(2)使用反洗设备对重介质颗粒进行反洗。容器内径1200mm，直筒段总高度5000mm，并配套反洗水泵及反洗风机。将经步骤(1)处理后获得重介质颗粒填装与反洗设备内部，填装高度约1000mm。启动反洗水泵，并以小流量运行，使冲洗水充满反洗容器。逐渐增加反洗水泵出力，使重介质颗粒床层膨胀至直筒段下沿以上3000mm处，此时反洗水流量为43m3/h，反洗强度为10.5L/m2·s。随后逐渐通入反洗空气，逐渐加大反洗空气通入流量，直至床层高度膨胀至直筒段下沿以上4000-4500mm处，此时反洗空气流量为95Nm3/h，反洗强度为23.3L/m2·s，反洗步序启动完成。维持反洗状态约20min，直至反洗产水浊度＜10NTU。
(3)使用电磁铁自容器底端对重介质颗粒进行吸附固定，加大曝气量和反洗水流量，曝气量约130Nm3/h，反洗水流量约60m3/h。将不具有磁性的杂质通过气流作用带出容器，加强吹扫持续时间约10min。
(4)将容器中的重介质颗粒转移至搅拌箱中，并向搅拌箱中加入5％的稀硝酸溶液，使用电动搅拌器持续开始搅拌，搅拌转速设定为40rpm。搅拌期间每5min取搅拌箱中的悬浊液静置，并测量上清液的pH值。溶液初始pH值为0.55，45min时测得的pH为3.05。将搅拌箱中的部分酸液排放后，继续向搅拌箱中补充5％的稀硝酸溶液并搅拌，直至其内部pH＜1.5，并继续步骤(4)直至累计时间达到60min。
(5)排出搅拌箱内部的所有酸液后，使用清水对搅拌箱内部的重介质颗粒进行冲洗，冲洗期间进行搅拌，直至经充分混合后的冲洗液pH＞5.5。
(6)向柱状流化床中加入重介质颗粒至1/3床高位置，通过循环泵自下向上通入C(Ca 2+ )＝5mmol/L的氯化钙，保持重介质颗粒处于流化状态，床层顶端界限不低于4/5床高位置，同时以20ml/min的速度向流化床中加入C(CO3 2- )＝2mmol/L的碳酸钠溶液，直至循环液中出现明显混浊，将循环液置换为新配制的氯化钙溶液后重复上述操作2次。
(7)将重介质颗粒与混浊的循环液排出，放置于搅拌箱中搅拌24h。
(8)将搅拌器中的重介质颗粒取出，沥干，放入真空干燥箱中以40℃的条件下干燥5-7h。
(9)将烘干后的重介质颗粒使用240目筛网进行筛分，去除经过涂覆工艺后粒径大于60μm的重介质颗粒，保留经过筛网的重介质颗粒待用。
(10)将筛分后的重介质颗粒使用325目筛网进行二次筛分，去除涂覆不完全的颗粒粉末及杂质，将经过筛网拦截的重介质颗粒保留待用。
混凝澄清设备在首次启动后并以小流量稳定运行后，向其中投加经过预处理后的重介质颗粒(作为晶种)，投加后设备出水悬浮物及Fe2+、Fe3+含量与投加前基本持平，重介质颗粒的投加未对出水水质造成负面影响。设备正常运行时可以达到设计最大出力，稳定运行期间出水水质良好。
在本实施例中，重介质颗粒投加后未对重介质强化混凝澄清设备出水悬浮物指标造成显著影响，投加后铁离子未发生溶解；通过借助磁性将其回收再利用，使其长期在水体中保持循环及悬浮状态，增加了强化混凝过程中重介质颗粒与悬浮物的碰撞频率，强化了重介质颗粒与絮体之间的絮凝效果，增加了絮体的沉降速率，设备在高上升流速下的运行效果与出水水质显著优于向设备投加未经预处理的重介质颗粒，实现在建设面积有限的前提下保证设备大流量稳定达标运行，并有效降低投资及建设成本。
本发明通过进行筛分、反洗、酸洗工序，将原始重介质颗粒中粒径范围外的颗粒、固体杂质、可溶性杂质去除；经处理后的重介质颗粒粒径均匀，四氧化三铁颗粒纯度高，颗粒表面质地清洁。再通过涂覆及固化工序将碳酸钙涂覆再颗粒表面，减弱了四氧化三铁与水的直接接触作用，可以防止铁离子等可溶性杂质溶解于水中，降低对后续处理工艺造成不良影响。最终对经过处理后的颗粒进行二次筛分，获得适用于重介质强化混凝工艺的重介质颗粒，降低重介质颗粒的投加对原系统造成的运行风险，实现重介质强化混凝工艺设备的稳定连续运行。
Claims (10)
1.一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将重介质颗粒进行初次筛分，再对筛分后的重介质颗粒进行反洗，然后采用酸进行清洗，在水流下涂覆碳酸钙后再次筛分，完成预处理。
2.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，将重介质颗粒进行初次筛分的具体过程为：使用300目筛网对重介质颗粒进行筛分，保留经过筛网的重介质颗粒；将筛分后的重介质颗粒使用400目筛网进行二次筛分，得到筛网拦截的重介质颗粒。
3.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，重介质颗粒的磁性物含量＞93％，真密度＞4.5g/cm3，含水率＜10％，粒度在270-400目区间内的颗粒物质量分数＞90％。
4.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，再对筛分后的重介质颗粒进行反洗的具体过程为：使用带气吹扫装置的反洗设备对对筛分后的重介质颗粒进行初步反洗，然后进行强化反洗，去除不具有磁性的杂质。
5.根据权利要求4所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，使用带气吹扫装置的反洗设备对筛分后的重介质颗粒进行初步反洗的具体过程为：将筛分后的重介质颗粒填装于反洗设备中至反洗设备高度的1/5处，并加水浸没，使用压缩空气和洁净水自下而上对反洗设备内部进行曝气吹扫。
6.根据权利要求5所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，吹扫期间通过调节压缩空气流量使重介质颗粒悬浮层顶端位于反洗设备高度的4/5处，吹扫时间为20min，吹扫强度大于20L/m2·s，反洗设备的直筒段高度与直径的比大于4:1。
7.根据权利要求4所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，强化反洗的具体过程为：使用电磁铁自容器底端对重介质颗粒进行吸附固定，使用压缩空气和洁净水自下而上对反洗设备内部进行加强吹扫；加强吹扫的时间为10min，吹扫强度大于30L/m2·s，洁净水强度大于15L/m2·s，电磁铁的磁场强度不小于2000高斯。
8.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，采用酸进行清洗的具体过程为：向经过反洗的重介质颗粒中加入质量浓度5％的稀硝酸溶液，搅拌后静置，然后水洗至上清液pH＞5.5。
9.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，在水流下涂覆碳酸钙的具体过程为：将清洗后的重介质颗粒加入到柱状流化床中，自下向上通入氯化钙溶液，保持重介质颗粒处于流化状态，并向流化床中加入碳酸钠溶液，直至循环液中出现混浊；然后将重介质颗粒与混浊的循环液搅拌后干燥。
10.根据权利要求1所述的一种适用于重介质强化混凝工艺的晶种预处理方法，其特征在于，再次筛分的具体过程为：使用240目筛网对经涂覆碳酸钙后的重介质颗粒进行筛分，保留经过筛网的重介质颗粒，再使用325目筛网进行二次筛分，将经过筛网拦截的重介质颗粒保留。
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