CN205773727U - 一种降低水硬度的膜反应器 - Google Patents
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Abstract
一种降低水硬度的膜反应器，包括第一反应池（1）、第二反应池（2）和纳滤膜分离系统（3）。在第一反应池（1）中加入石灰和硫酸钠；在第二反应池（2）加入碳酸钠，最后进入纳滤膜分离系统（3），纳滤产水为最终软化产水，纳滤浓水回流至第一反应池（1）进行循环处理。该反应器适用于高硬度水的软化处理，特别适用于永久硬度和镁硬度高的水的处理，特别适用于永久硬度高、镁硬度高、同时硫酸根含量高的水的处理。采用该反应器，可大大降低软化药剂成本，提高软化产水质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业废水处理领域，特别是提供了一种降低水硬度的膜反应器和方法。
背景技术
石灰软化法是最为常用的硬水软化方法。石灰能去除水中的二氧化碳和碳酸盐硬度，同时将水中镁的非碳酸盐硬度转变为相应的钙硬度，水中加入石灰，发生以下化学反应：
CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O (反应1)
Ca(HCO3)2+ Ca(OH)2=CaCO3↓ +2H2O (反应2)
Mg(HCO3)2+ 2Ca(OH)2=2CaCO3↓+Mg(OH)2↓+2H2O (反应3)
MgSO4+ Ca(OH)2= Mg(OH)2↓+CaSO4 (反应4)
MgCl2+ Ca(OH)2= Mg(OH)2↓+CaCl2 (反应5)
石灰能有效去除水中的二氧化碳和碳酸盐硬度，但是水中的永久硬度和负硬度却不能用石灰处理的方法去除，因此石灰软化法只适用于处理暂时硬度高、永久硬度低的水。
对于硬度高碱度低即永久硬度高的水，可采用石灰-纯碱软化法，即在加入石灰的同时，再投加适量的纯碱，石灰用于去除水中的碳酸盐硬度，而纯碱则用于去除水中的非碳酸盐硬度。加入纯碱发生的化学反应如下：
CaCl2+ Na2CO3= CaCO3↓+2NaCl (反应6)
Ca2SO4+ Na2CO3= CaSO4↓+ Na2SO4 (反应7)
对于一些永久硬度高的水，采用石灰-纯碱软化法，需要加入大量的碳酸钠，从而造成软化药剂成本高。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型采用如下技术方案：
提供一种降低水硬度的膜反应器，依次由第一反应池(1)、第二反应池(2)和纳滤膜分离系统(3)顺序连接组成，其中：第一反应池(1)和第二反应池(2)的上部均分别设有进水口、加药口和回流口，第一反应池(1)和第二反应池(2)的底部均分别设污泥排放口和出水口，第二反应池(2)的上部设清液出水口。纳滤膜分离系统(3)分别设置有进口、浓缩液出口和渗透液出口。
第一反应池(1)的出水口与第二反应池(2)的进水口相连接；纳滤膜分离系统(3)的进口与第二反应池(2)上部的清液出水口连接，纳滤膜分离系统(3)的浓缩液出口与第一反应池(1)上部回流口连接，纳滤膜分离系统(3)的渗透液出口接至成品软化产水池。
纳滤膜分离系统(3)中使用的纳滤膜优先选用管式纳滤膜，也可以选用中空纤维纳滤膜或卷式纳滤膜或板式纳滤膜；使用管式纳滤膜时，上述膜反应器中的第二反应池(2)可以被省略；第二反应池(2)被省略时，纳滤膜分离系统(3)的进口与第一反应池(1)的出水口连接，纳滤膜分离系统(3)的浓缩液出口与第一反应池(1)顶部回流口连接，纳滤膜分离系统(3)的渗透液出口接至成品软化产水池。
本实用新型还提供一种降低水硬度的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
（1）待处理的原水首先进入第一反应池(1)；在第一反应池(1)中加入软化药剂(1)，进行化学沉淀反应；
（2）第一反应池(1)出水进入第二反应池(2)；在第二反应池(2)中加入软化药剂(2)，进行化学沉淀反应；
（3）第二反应池(2)澄清产水进入纳滤膜分离系统(3)；在压力作用下，一价盐通过纳滤膜，作为软化产水进入成品软化水池；二价盐被纳滤膜截留，回流至第一反应池(1)进行循环处理；
第一反应池(1)和第二反应池(2)中多余沉淀物通过污泥排放口排出；为了防止膜结垢，第二反应池(2)澄清产水进入纳滤膜分离系统(3)时，用酸调节pH至6.0-9.0。
优选地，本实用新型的降低水硬度的方法仅由以上步骤组成。
其中，所述第一反应池(1)、第二反应池(2)和纳滤膜分离系统(3)顺序连接，第一反应池(1)和第二反应池(2)的上部均分别设有进水口、加药口和回流口，第一反应池(1)和第二反应池(2)的底部均分别设污泥排放口和出水口，第二反应池(2)的上部设清液出水口。纳滤膜分离系统(3)分别设置有进口、浓缩液出口和渗透液出口。
第一反应池(1)的出水口与第二反应池(2)的进水口相连接；纳滤膜分离系统(3)的进口与第二反应池(2)上部的清液出水口连接，纳滤膜分离系统(3)的浓缩液出口与第一反应池(1)顶部回流口连接，纳滤膜分离系统(3)的渗透液出口接至成品软化产水池。
纳滤膜分离系统(3)中使用的纳滤膜优先选用管式纳滤膜，也可以选用中空纤维纳滤膜或卷式纳滤膜或板式纳滤膜；使用管式纳滤膜时，上述膜反应器中的第二反应池(2)可以被省略；第二反应池(2)被省略时，纳滤膜分离系统(3)的进口与第一反应池(1)上部的出水口连接，纳滤膜分离系统(3)的浓缩液出口与第一反应池(1)顶部回流口连接，纳滤膜分离系统(3)的渗透液出口接至成品软化产水池。
其中，在第一反应池(1)中，加入的软化药剂(1)为石灰和硫酸钠。
加入石灰可除去原水中的暂时硬度，同时，将原水中的镁硬度转化为钙硬度。
加入硫酸钠，增加水中硫酸根离子的浓度，使水中的硫酸钙达到过饱和，生成石膏沉淀。发生的化学反应如下：
CaCl2+ Na2SO4+2H2O = CaSO4·2H2O↓+2NaCl (反应8)
石灰加入量以水的pH值为准，控制水的pH值范围为9.0-12.0，优化的pH值范围为10.0-11.0。
硫酸钠加入量按钙离子：硫酸根离子浓度比例为0.5-1.5：1，优化的硫酸钠加入量按钙离子：硫酸根离子浓度比例为0.8-1.2：1，其中钙离子包括水中原有的钙离子和石灰加入所引入的钙离子之和，硫酸根离子包括水中原有的硫酸根离子和硫酸钠加入所引入的硫酸根离子之和。
第一反应池(1)出水硬度可降至18-25mmol/L。
在第二反应池(2)中，加入的软化药剂(2)为碳酸钠。
加入碳酸钠，使碳酸钙达到饱和，形成碳酸钙沉淀，降低水中钙离子浓度，从而降低硫酸钙的饱和程度，防止第二反应池(2)澄清产水进入纳滤膜分离系统造成硫酸钙结垢。
碳酸钠加入量，按第二反应池(2)出水硬度：碳酸钠比例为1:0.5-1.2，优化的碳酸钠加入量按二号反应池(2)出水硬度：碳酸钠比例为1:0.8-1.0。
第二反应池(2)澄清产水进入纳滤膜分离系统前用酸将pH调节至6.0-9.0，以防止纳滤膜系统碳酸钙结垢。
第二反应池(2)出水硬度可降至1-5mmol/L。
第二反应池(2)的澄清出水进入纳滤膜分离系统(3)进行浓缩处理。一价盐离子（包括氯离子、硝酸根离子、钠离子、钾离子等）透过纳滤膜，二价盐离子（包括硫酸根离子、钙离子等）被膜截留。
纳滤产水作为软化产水，主要含有一价盐。
纳滤浓缩水中含有被富集的硫酸根离子和钙离子，回流至第一反应池(1)中，进行循环处理。整个系统中硫酸钠不会流失，可降低药剂费用。
该方法的有益效果是：
1. 使用硫酸钠作为药剂对高硬度水进行软化处理，减少了碳酸钠的用量。硫酸钠是一种工业副产物，原料易得，价格便宜。使用该方法，可显著降低软化药剂成本。
2. 把化学除硬和膜法除硬有机地结合起来，一方面有效防止了除硬药剂硫酸钠的流失，节约药剂，另一方面保证了软化产水质量。
该方法适用于永久硬度高的水的处理,尤其适用于永久硬度和镁硬度高的水的处理，特别适用于永久硬度高、镁硬度高、同时硫酸根含量高的水的处理。
该方法也适用于一般水的除硬处理。
此外，本实用新型进一步提供了一种降低水硬度的方法，依次包括：待处理的原水进入第一反应池(1)；在第一反应池(1)中加入软化药剂(1)，进行化学沉淀反应；第一反应池(1)出水直接进入纳滤膜分离系统(3)；在压力作用下，一价盐通过纳滤膜，作为软化产水进入成品软化水池；二价盐和悬浮物沉淀被纳滤膜截留，回流至第一反应池(1)进行循环处理；第一反应池(1)中多余沉淀物通过污泥排放口排出；所述纳滤膜分离系统(3)中使用的纳滤膜为管式纳滤膜。在该方法中，第二反应池(2)被省略，第一反应池(1)的出水口与纳滤膜分离系统(3)的进口相连接。
该方法中，管式纳滤膜通道宽，抗污染能力强。
在第一反应池(1)中，加入的软化药剂(1)为石灰和硫酸钠。
第一反应池(1)出水直接进入纳滤膜分离系统(3)，在压力作用下，部分水和一价盐通过纳滤膜，从而使浓缩侧硫酸钙、氢氧化镁、碳酸钙等达到过饱和，为了快速消除过饱和，第一反应池(1)中的沉淀物应和水一起进入管式膜，可大大提高固液相接触面积，减少污染物在膜表面结垢。
管式纳滤膜分离系统(3)进水中固体悬浮物含量控制在3-30%。
该方法的有益效果是：不需要加入碳酸钠，不需要用酸调节膜系统进水pH，可大大降低软化药剂成本；减少一个反应池，节约系统占地。
附图说明
图1为一种降低水硬度的膜反应器示意图。
图中各标号为：1-第一反应池，2-第二反应池，3-纳滤膜分离系统。
图2为一种降低水硬度的膜反应器示意图。
图中各标号为：1-第一反应池，3-纳滤膜分离系统。
具体实施方式
以下实施例进一步说明本实用新型的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1：
一种电厂脱硫废水降低硬度的处理方法：
某电厂脱硫废水，具体水质指标为：pH 8.6，COD 1248 mg/L，钙离子660 mg/L，镁离子9377 mg/L，钠离子1484 mg/L，钾离子254 mg/L，硫酸根离子25407 mg/L，硝酸根离子750 mg/L，重碳酸根离子1045.8 mg/L，氯离子13845 mg/L，氟离子134 mg/L，可溶性二氧化硅12 mg/L，总硬度404 mmol/L，脱硫废水为黄色浑浊水样，将沉淀过滤后，水样为黄色清液。
采用石灰-纯碱法进行处理。
氢氧化钙加入量为39.1kg/m³，碳酸钠加入量为43.2 kg/m³，经检测，最终软化产水总硬度下降到2 mmol/L。产水其它水质指标为pH 10.23，COD 356 mg/L，钙离子76.4 mg/L，镁离子2.2 mg/L，钠离子12670 mg/L，钾离子163.5 mg/L，硫酸根离子15909 mg/L，硝酸根离子474 mg/L，氯离子8796 mg/L，氟离子84.1 mg/L，可溶性二氧化硅7.3 mg/L，产水为无色澄清透明液体。
经检测，最终软化产水硬度去除率99.5%，COD去除率71.5%，二氧化硅去除率39.2%。
实施例2：
实施例1中的脱硫废水，采用本专利所描述的膜反应器进行处理，处理水量5m³/h。
1. 第一反应池，分别加入石灰和硫酸钠。石灰水浓度10%，加药量1.87m³/h；硫酸钠浓度10%，加药量0.75m³/h。第一反应池絮凝沉淀后的清液进入第二反应池。
2. 第二反应池，加入碳酸钠。碳酸钠浓度10%，加药量135L/h。絮凝沉淀后的清液进入卷式纳滤膜分离系统，进膜前用盐酸调节pH至7.8。
3. 纳滤膜分离系统，温度24℃，压力1.1MPa，回收率69%。纳滤产水流量3.8 m³/h，纳滤浓水流量1.7m³/h。纳滤产水收集至软化水箱，浓水回流至第一反应池进行循环处理。
结果：
药剂消耗量：
氢氧化钙加入量为37.4kg/m³，硫酸钠加入量为15.0kg/m³，碳酸钠加入量为2.7kg/m³。
经检测，最终软化产水指标：
pH 7.65，COD 167 mg/L，钙离子6.2 mg/L，镁离子1.0 mg/L，钠离子5963 mg/L，钾离子173.4 mg/L，硫酸根离子67.2 mg/L，硝酸根离子511 mg/L，氯离子9361 mg/L，氟离子91.1 mg/L，可溶性二氧化硅7.8 mg/L，产水为无色澄清透明液体。
经检测，最终软化产水硬度去除率99.9%，COD去除率86.6%，二氧化硅去除率35%。与实施例1相比，碳酸钠节约了93.75%。
Claims (3)
1.一种降低水硬度的膜反应器，其特征在于：依次由第一反应池(1)、第二反应池(2)和纳滤膜分离系统(3)顺序连接组成；
其中：第一反应池(1)和第二反应池(2)的上部均分别设有进水口、加药口和回流口，第一反应池(1)和第二反应池(2)的底部均分别设污泥排放口和出水口，第二反应池(2)的上部设有清液出水口；纳滤膜分离系统(3)分别设置有进口、浓缩液出口和渗透液出口；
第一反应池(1)的出水口与第二反应池(2)的进水口相连接；纳滤膜分离系统(3)的进口与第二反应池(2)上部的清液出水口连接，纳滤膜分离系统(3)的浓缩液出口与第一反应池(1)上部回流口连接，纳滤膜分离系统(3)的渗透液出口接至成品软化产水池。
2.如权利要求1所述的降低水硬度的膜反应器，其特征在于：纳滤膜分离系统(3)中使用的纳滤膜选用管式纳滤膜；并且，第二反应池(2)被省略，第一反应池(1)的出水口与纳滤膜分离系统(3)的进口相连接。
3.如权利要求1所述的降低水硬度的膜反应器，其特征在于：纳滤膜分离系统(3)中使用的纳滤膜选用管式纳滤膜或中空纤维纳滤膜或卷式纳滤膜或板式纳滤膜。
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| CN201620437311.9U CN205773727U (zh) | 2016-05-16 | 2016-05-16 | 一种降低水硬度的膜反应器 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105800833A (zh) * | 2016-05-16 | 2016-07-27 | 北京鑫佰利科技发展有限公司 | 一种降低水硬度的膜反应器和方法 |
| CN109095731A (zh) * | 2018-10-30 | 2018-12-28 | 华北电力大学（保定） | 一种基于镁法脱硫废水制取高纯度氢氧化镁的系统 |
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2016
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