CN210825718U - 一种一体式废水除硬装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种一体式废水除硬装置。该除硬装置包含装置本体，其包括pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区，控制模块；其运行时，待处理的废水与废碱液分别被泵入pH调节区，调整好pH值的水流至沉淀一区，在沉淀一区去除废水中的悬浮物和部分硬度；经沉淀一区处理后的水送至曝气区进行二氧化碳曝气，经二氧化碳废气曝气后的水流入沉淀二区，经沉淀二区除硬后符合要求的水进入污水生化处理系统，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置。该装置是一种高效率、低运行费用的废水除硬处理装置，适用于高硬度、高悬浮物的煤气化废水等行业除硬需要。

Description

一种一体式废水除硬装置

技术领域

本实用新型涉及废水处理装置，具体的涉及一种利用废碱液与二氧化碳废气实现降低工业废水中悬浮物质和硬度的一体式废水除硬装置。

背景技术

随着水短缺问题日趋严重，煤化工等行业对生产过程中产生的废水排放标准进一步提高。以煤为主要原料，其在生产过程中产生的废水含有大量的无机灰渣，存在硬度高(一般900～1400mg/L(以碳酸钙计))、悬浮物含量高(一般20～500mg/L)等特点。由于气化废水中硬度比较高，且以钙硬度为主，对废水处理系统造成多方面的不利严重影响：

(1)因结垢导致管道污堵、换热器换热效率降低；

(2)导致生化系统污泥易钙化，生化处理系统处理能力急剧下降，在不除硬的情况下，即使定期排放剩余污泥，仍有硬度在生化污泥中的累积，需要定期补泥；

(3)缩减阀门、泵等设备使用周期，造成日常维修费用上升；

(4)增加运营中药剂投加费用等其它问题。

目前，去除水中硬度可以通过化学沉淀法、离子交换法、膜法等，其中，化学沉淀法由于投入成本低而被广泛使用。化学沉淀法是通过向水中投加适当药剂，使之与钙、镁离子反应生成不溶性沉淀物碳酸钙、氢氧化镁。常见的化学沉淀法有石灰软化法、石灰-纯碱软化法、以及以烧碱(氢氧化钠)替代石灰所对应的处理方法等，但这些方法处理成本较高，设施占地面积大等问题，难以满足工业需要。

因此，开发一种可以高效的煤气化废水硬度和悬浮物低运行成本的处理装置和工艺，较好解决处理系统的结垢和污堵等问题，保证系统长期稳定运行，降低了日常运行费用，显得尤为迫切。

实用新型内容

有鉴于此，针对现有的处理装置及工艺存在的问题，本申请提出一种一体式废水除硬装置，其用于高效祛除煤气化废水的硬度、降低废水中的悬浮物，该装置低运行成本，较好解决了处理系统的结垢和污堵等问题，保证废水处理系统的长期稳定运行，及降低了日常运行费用。

为实现上述目的，本申请采用如下方案，

一种一体式废水除硬装置，其特征在于包含控制模块、装置本体，所述装置本体包括pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区；

所述pH调节区配置有进水口、其用以流入待处理的废水，

碱液进口、其用以投加碱液，

配置于pH调节区内的搅拌装置，其电性连接控制模块并基于其指令运行，及第一pH计其连接的控制模块，用以将pH调节区采样的pH值信息传输至控制模块；

其中，所述pH调节区连接沉淀一区，调整好pH值的水流至沉淀一区，沉淀一区连接曝气区，沉淀一区处理的水溢流至曝气区，所述曝气区曝气后的水溢流至与其连接的沉淀二区，所述沉淀二区有出水口及配置于底部的排泥管，所述出水口用以排出经沉淀二区处理的水，所述排泥管连接污泥处理装置，其用以将沉淀入污泥漏斗的沉淀物排出送至污泥处理装置。这样保证pH调节区将水调整至强碱状态。该装置利用废碱液与二氧化碳废气实现降低工业废水中悬浮物质和硬度。

优选的，该pH调节区的pH值介于10～11，经过所述pH调节区调节好的废水通过水的重力作用下流入沉淀一区并停留时间T2。

优选的，该pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区的体积比为1.5：4～ 6：1：2.5～4。这样的设计好处在于，根据每天废水处理平均负荷和进水总硬度，设定进水流量计初始化值(恒流速)，保证沉淀一区和沉淀二区水力停留时间不低于工艺设定值，同时降低装置的运行能耗(如，沉淀一区的水至预设位置时溢流至曝气区，在此过程减少传输泵的应用)。

优选的，该沉淀一区内配置有斜管，其位于沉淀一区/曝气区溢流口的下方，用以截留水中的悬浮物。

优选的，经过所述沉淀一区处理后的废水通过沉淀一区/曝气区溢流口流入曝气区，进行二氧化碳曝气。

优选的，该曝气区的底部配置有管状曝气装置，其直径介于10～15mm。

优选的，该曝气区pH值介于7～8。

优选的，该曝气区包含第一进水口，经过沉淀一区处理的水经所述第一进水口流入曝气区；第一出水口，经过曝气处理的水经所述第一出水口流入沉淀二区，且所述第一进水口的位置高于第一出水口的位置，所述第一进水口、所述第一出水口配置于所述曝气区的两侧。

优选的，经过曝气处理的水经所述第一出水口流入沉淀二区并停留时间T3 后废水通过排水口排至污水生化处理系统，水中硬度形成的沉淀物沉淀至其底部的污泥漏斗，所述污泥漏斗经由排泥管连接污泥处理装置，用以将沉淀的沉淀物排至污泥处理装置。

优选的，该曝气区的池顶配置有旋流器，其用以将所述曝气区未利用的气体进行气液分离，分离出的气体输送至气体储罐，再次与进气一起混合参与曝气；分离出的废水流至沉淀二区

有益效果

相对于现有技术，本申请实施方式具有如下优点:

(1)本申请实施方式利用工业生产中产生的氢氧化钠废液和二氧化碳废气的协同作用，来去除煤气化废水中大部分悬浮物和硬度，大幅减少了药剂采购成本；对污水处理系统的结垢及污堵问题很大的减缓；在整个除硬过程中无需添加絮凝剂，大大降低了运营成本。

(2)该处理装置采用一体化结构，这样节省占地面积，而且总硬度和悬浮物去除效率较高，操作流程简单；

(3)该处理装置中采用的所有计量仪器、阀门均与控制系统电性相连并部分连锁，因而运行过程中操作简便，精准控制；

(4)直接控制pH值以达到实现并维持除硬的作用。

附图说明

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1为本实用新型一实施例的工艺流程框图；

图2为本实用新型一实施例的除硬装置的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的废水处理的方法流程示意图；

图4为本实用新型一实施例的一体化除硬装置的PLC在线控制说明图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本申请实施方式提供一种(用于煤气化的)一体式废水除硬装置，该处理装置的处理工艺(方法)简单。其主要适用于煤化工等行业高硬度废水处理场合。该装置包括：装置本体，该装置本体内配置有pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区，控制模块；其中，pH调节区、曝气区分别配置有pH计；该装置的进水口设有配置有水量计流量泵，碱液投加设有计量泵，该装置的二氧化碳进气口安装有气体流量计；pH调节区pH计与碱液流量计连锁；曝气区pH计与二氧化碳气体流量计连锁。水量计流量泵、计量泵、气体流量计等分别电性连接控制模块，基于其检测的数值及预设的程序控制模块控制装置运行。该装置在运行时，调整好pH值的煤气化废水通过水的重力作用下流至沉淀一区并停留时间T2，在强碱性条件下(如pH值介于10～11，较佳的pH值介于10～10.5)，废水中的悬浮物和部分硬度形成大量絮状物；沉淀一区经沉淀得到处理后的废水送至曝气区，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置，较佳的，沉淀一区水力停留时间如：120～180分钟或更长，视具体应用场合而定。流入曝气区的煤气化废水经过二氧化碳废气曝气后，pH值维持在7.0～8.0 之间；曝气后废水送至沉淀二区并停留时间T3(如：60～90分钟或更长至少，视具体应用场合而定)，大部分水中硬度形成沉淀物，经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置；沉淀二区除硬后废水进入污水生化处理系统进行处理(沉淀二区除硬后的废水，符合要求的进入污水生化处理系统进行处理)。曝气区的 pH计与二氧化碳计量泵关联，通过pH反馈数值控制气体流量计进行调控使得其维持在预设的范围内，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置。曝气后废水送至沉淀二区，沉淀二区中的水pH值约等于曝气区的水pH 值。

如图1所示为本申请实施例的工艺流程示意：该处理工艺大致分为4个阶段，第一阶段，待处理的废水pH调节，将煤气化废水进水与氢氧化钠废液通过搅拌器混合调节pH将其调成强碱性水；第二阶段，调节后的水流入沉淀一区，并在其内去除(煤气化)废水中的悬浮物同事减少废水中小部分硬度；第三阶段，经沉淀一区处理的水流入曝气区，该阶段采用直径为10～15mm大孔径穿孔曝气装置，将二氧化碳废气与去除悬浮物的水充分反应，在此过程产生可沉淀物质。曝气区产生的多余的未利用的废气通过池顶的旋流器分离出气体和液体，分离出的气体输送至气体储罐，再次与进气一起混合参与曝气；分离出的废水流至沉淀二区。第四阶段，经曝气流入沉淀二区，(如此反复)处理沉淀二区处理的符合要求的水排出，其主要作用是去除废水硬度，沉淀的沉淀物落入其底部的污泥漏斗中，通过底部排污管将池底污泥漏斗中的污泥排出。

如图2所示为本申请实施例的一体式处理装置(也称除硬装置)的结构示意图；该处理装置包含装置本体100，其内配置于有进水口1、碱液进口2、余气3、二氧化碳进气口4、除硬后排水口5、pH调节区6、沉淀一区7、曝气区 8、沉淀二区9、进水流量计10、碱液流量计11、搅拌器12、碱液pH计13、曝气pH计14、气液分离器15、二氧化碳流量计16、污泥排泥管17、污泥漏斗18、二氧化碳曝气管19、出水孔20a(第一进水口)、出水孔20b(第一出水口)、出水孔20c(第二出水口)。

该装置的工作时，待处理的废水通过进水口1及废碱液(氢氧化钠液)通过碱液进口2流入调节区6，开启调节区6中的搅拌器12，经过搅拌器12的搅拌其内的液体浓度基本均匀水在调节区停留时间T1，经过搅拌的强碱性水流入沉淀一区7，在沉淀一区7内在强碱性条件下(pH10～10.5)废水中的悬浮物和部分硬度形成大量絮状物；通过进水流速调控，控制水停留时间T2在至少120～ 180分钟(具体视应用场合而定)，在此过程产生的沉淀物沉淀至其底部的污泥漏斗18经排泥管17排出送至污泥处理装置(图未示)进行处置，在沉淀一区7 内停留后的水流入曝气区8(通过沉淀一区与曝气区的溢流口即出水口20a)，利用二氧化碳进气口4进入的二氧化碳进行曝气，该区的pH值维持在7.0～8.0 之间，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置。曝气区的多余的未被利用的二氧化碳通过其池顶的气液分离器分离出气体和液体，分离出的气体输送至气体储罐，再次与进气一起混合参与曝气，分离出的废水流至 (经过出水口20b、出水口20c)沉淀二区；在沉淀二区停留时间T3(水停留时间控制在至少60～90分钟)后废水通过除硬后排水口5排至污水生化处理系统 (图未示)，水中硬度形成的沉淀物，经排泥管17排出送至污泥处理装置(图未示)。该曝气区8利用配置在其内的pH计14与二氧化碳计量泵16关联，通过pH计14反馈的数值控制气体流量计16进行调控。二氧化碳进气口4处配置有二氧化碳流量计16用以计量流入的二氧化碳量。气液分离器15包含第一端其连接曝气区8顶部的旋流器，第二端连接余气3将气体输送至气体储罐(图未示)，第三端其连接二氧化碳进气管。沉淀一区7内配置有碱液pH计13，用以检测其内液体的pH值。较佳的，其配置于沉淀一区7的入口处(即通过入口 pH调节区6的液体流至沉淀一区7)，这样的设置提高检测的精度。曝气区8的底部配置有二氧化碳曝气管19。较佳的，二氧化碳曝气管19大致与曝气区8的底部平行。在进水水源入口出1配置有进水流量计10、碱液进口2处配置有碱液流量计11。在一实施方式中，待处理的废水及废碱液分别通过管道流入调节区6。本实施方式中，进水口1、碱液进口2配置于装置本体100的一侧、排水口5配置在与进水口1相对的一侧。本实施方式中，水平方向上，曝气区8的出水口20a的位置高于出水口20b或出水口20c，这样的设计可以控制水停留在沉淀一区的时间。出水口20a的位置与出水口5的位置大致相同。在一实施方式中，水平方向上，沉淀二区的出水口5的位置高于出水口20c的位置。

该除硬装置是一种集pH调控、悬浮物去除、硬度去除、废气循环利用为一体的设备，包含pH调节区、沉淀一区、曝气区、尾气分离循环器、沉淀二区，其应该是占地面积小、操作简单、可靠性。

上述的实施方式装置中，pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区的体积比为1.5：4～6：1：2.5～4，这样的设计好处在于，根据每天废水处理平均负荷和进水总硬度，设定进水流量计初始化值(恒流速)，保证沉淀一区和沉淀二区水力停留时间不低于工艺设定值(如：沉淀一区120-180分钟，沉淀二区60-90 分钟)。

pH调节区pH计将测量值实时反馈到PLC控制系统，如图4所示为控制模块控制的示意图(如，利用PLC在线控制进行装置的运行控制)，若pH低于设置值10-10.5，废氢氧化钠计量泵以定值方式加大流量，如此反复反馈调控直至pH在设置值10-10.5范围内；若pH高于设置值10-10.5，PLC控制系统指令废氢氧化钠计量泵停止运行，直至pH计的测量值低于设定值，重新启动进行调控。沉淀一区处理后废水进入曝气区后，曝气区pH计将测量值实时反馈到PLC控制系统，若pH高于设置值7.0～8.0，二氧化碳流量计以定值方式加大流量，如此反复反馈调控直至pH在设定范围内；若pH低于设置值，反馈到PLC控制系统，然后控制系统向连锁的自动阀门下达停止运行指令，关闭进气，直至pH计的测量值高于设定值，重新启动进行调控。

接下来结合图3来描述上述的一体式除硬装置的处理方法，该方法包含如下步骤：

S1.待处理的(煤气化)废水与废碱液分别被泵入pH调节区；

S2.基于pH调节区内的搅拌器搅拌将其搅拌并维持pH调节区的pH值在预设强碱范围内并在调节区内停留时间T1(较佳的，至少20～30分钟)。通过搅拌器的搅拌其内的废水的pH值介于pH10～10.5，pH值调整通过与之相关联的碱液计量泵调控；pH调节区pH计将测量值实时反馈到控制模块(如在线PLC控制系统)，若pH低于设置值10-10.5，废氢氧化钠计量泵以定值方式加大流量，如此反复反馈调控直至pH在设置值10-10.5范围内；若pH高于设置值10-10.5，废氢氧化钠计量泵停止运行，直至pH计的测量值低于设定值，重新启动进行调控。

S3.pH调节后的废水经后流至沉淀一区,在强碱性条件下(pH10～10.5)废水中的悬浮物和部分硬度形成大量絮状物；水停留时间T1(较佳的，至少120～180 分钟)，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置；

S4.沉淀一区经沉淀处理后的废水送至曝气区进行二氧化碳曝气，即通过曝气区底部的穿孔曝气管作用释放二氧化碳气体，产生微小沉淀物。曝气区的pH维持介于7.0～8.0。过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置。 pH计与二氧化碳计量泵关联，通过pH反馈数值控制气体流量计进行调控。

S5.曝气后废水送至沉淀二区，停留时间T3(至少60～90分钟)后，符合要求的废水排至污水生化处理系统(若经检测不达标的则水被导流至进水口1，这样再次处理)，水中硬度形成的沉淀物，排至污泥处理装置。

该S4.中还包含未充分反应的二氧化碳废气通过气液分离器分离气体进入储气罐进行循环利用，分离出的液体回流到沉淀二区。

在一实施方式中，沉淀一区中配置有斜管，位于沉淀一区/曝气区的溢流口下方，用以截留水中的悬浮物。较佳的，斜管，位于沉淀一区/曝气区的溢流口下方1米位置。

下面通过实施例对本申请的实施方式作进一步说明：

取芜湖市一家煤制化工企业煤气化废水采用上述的实施方式为例进行说明，正常生产情况下，其产生的废水pH为8.0～8.5；总硬度为900～1400mg/L，但是经常因为水体里面含有大量黑色粉煤灰，造成来水中悬浮物浓度偏高，甚至有时候可高达500mg/L，属于典型的高硬度高悬浮物浓度的废水。

(1)煤气化废水与废碱液经管道混流后同时泵入pH调节区，通过第一组通道搅拌器混匀，第三组通道安装在线pH计，维持至pH10～10.5，pH值调整通过与之相关联的碱液计量泵调控。pH调节区水力停留时间控制在至少20～30 分钟；

(2)调整好pH的煤气化废水流至沉淀一区，沉淀一区水力停留时间控制在至少120～180分钟。在强碱性条件下(pH10～10.5)，废水中的悬浮物和部分硬度形成大量絮状物，过程中检测总硬度、悬浮物浓度和碱度；沉淀一区经沉淀得到处理后的废水送至曝气区，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置；

(3)流入曝气区的煤气化废水经过二氧化碳废气曝气后，pH维持在7.0～ 8.0之间，pH计与二氧化碳计量泵关联，通过pH反馈数值控制气体流量计进行调控，过程产生的沉淀物经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置；

(4)曝气后废水送至沉淀二区，水力停留时间控制在至少60～90分钟，大部分水中硬度形成沉淀物，经排泥管排出送至污泥处理装置进行处置；过程中检测总硬度、悬浮物浓度和碱度；

(5)沉淀二区除硬后废水进入污水生化处理系统进行处理。

表1实现利用废碱液/二氧化碳废气一体化除硬装置水质比较

从表中可以看出，沉淀一区出水的总硬度和悬浮物浓度都有较好去除率，总硬度去除率38.17％，悬浮物浓度去除率62.61％；再经过二氧化碳曝气及沉淀作用，沉淀二区的出水总硬度下降至551mg/L(总去除率58.76％)，悬浮物浓度下降至28mg/L(总去除率87.83％)。系统运行一段时间后(一周后)，运行效果稳定。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种一体式废水除硬装置，其特征在于,包含控制模块、装置本体，所述装置本体包括pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区；

所述pH调节区配置有进水口、其用以流入待处理的废水，

碱液进口、其用以投加碱液，

配置于pH调节区内的搅拌装置，其电性连接控制模块并基于其指令运行，及

第一pH计其连接的控制模块，用以将pH调节区采样的pH值信息传输至控制模块；

其中，所述pH调节区连接沉淀一区，调整好pH值的水流至沉淀一区，沉淀一区连接曝气区，沉淀一区处理的水溢流至曝气区，所述曝气区曝气后的水溢流至与其连接的沉淀二区，所述沉淀二区有出水口及配置于底部的排泥管，所述出水口用以排出经沉淀二区处理的水，所述排泥管连接污泥处理装置，其用以将沉淀入污泥漏斗的沉淀物排出送至污泥处理装置。

2.如权利要求1所述的一体式废水除硬装置，其特征在于，pH调节区、沉淀一区、曝气区、沉淀二区的体积比为1.5：4～6：1：2.5～4。

3.如权利要求2所述的一体式废水除硬装置，其特征在于，所述沉淀一区内配置有斜管，用以截留水中的悬浮物。

4.如权利要求1所述的一体式废水除硬装置，其特征在于，所述曝气区的底部配置有管状曝气装置，其直径介于10～15mm。

5.如权利要求1所述的一体式废水除硬装置，其特征在于，所述曝气区pH值介于7～8。

6.如权利要求1所述的一体式废水除硬装置，其特征在于，所述曝气区包含第一进水口，经过沉淀一区处理的水经所述第一进水口流入曝气区；

第一出水口，经过曝气处理的水经所述第一出水口流入沉淀二区，且所述第一进水口的位置高于第一出水口的位置，所述第一进水口、所述第一出水口配置于所述曝气区的两侧。

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