CN216863843U - 一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及废水处理技术领域，公开了一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备，包括一级反应系统；所述一级反应系统包括依次相连的一级pH调节池I、一级pH调节池II、一级混凝池和一级沉淀池；所述一级pH调节池I与石灰投加装置相连；所述一级pH调节池II与液碱投加装置I；所述一级混凝池与一级絮凝剂投加装置相连。本实用新型的设备采用钠钙中和沉淀的方式对不锈钢酸洗废水进行预处理，能够充分去除废水中的氟和重金属，同时还能够减少污泥量。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理技术领域，尤其涉及一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备。
背景技术
不锈钢酸洗废水主要含有高浓度NO3 -、氟化物以及铁、铬、镍等重金属离子，少量NO2 -和有机物，具有盐份高、硝态氮高、产量大、酸度高、毒性强、难处理等特点。据不完全统计，我国每年不锈钢酸洗高氮废水排放量约为5000万吨。如果包括性质相近的电镀、铝阳极氧化、(煤)化工、冶金等行业，我国每年排放的高氮、高盐废水量约为数十亿吨，对生态环境和生命健康造成极大危害。因此，酸洗高氮废水的无害化及资源化处理是不锈钢行业发展壮大亟需解决的问题和难题。
根据不锈钢酸洗废水的水质特性，需先通过预处理去除氟及重金属离子，然后通过生化处理脱除总氮。目前氟和重金属离子多是采用化学中和方法进行处理，该工艺主要通过加入石灰乳中和剂调节废水pH值，生成CaF2、金属氢氧化物，而后加入絮凝剂，将废水中大部分的铬离子、镍离子和铁离子以及氟化物沉淀至污泥中去除(例如专利CN109574390A)。该方法工艺简单、运行稳定、生产成本低，是现行广泛采用的处理方法，但也存在CaO反应不完全、去除重金属和氟效率低以及污泥产生量大等问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备。本实用新型的设备采用钠钙中和沉淀的方式，能够充分去除不锈钢酸洗废水中的氟和重金属，同时还能够减少污泥量。
本实用新型的具体技术方案为：
一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备，包括一级反应系统；所述一级反应系统包括依次相连的一级pH调节池I、一级pH调节池II、一级混凝池和一级沉淀池；所述一级pH调节池I与石灰投加装置相连；所述一级pH调节池II与液碱投加装置I；所述一级混凝池与一级絮凝剂投加装置相连。
采用本实用新型对不锈钢酸洗废水进行预处理的过程如下：废水首先通入一级pH调节池I中，通过向其中投加石灰提高pH值，使废水中的部分氟离子和重金属离子转化为CaF2和金属氢氧化物；而后通入一级pH调节池II中，通过向其中投加液碱进一步提高pH值，使废水中剩余的氟离子和重金属离子转化为CaF2和金属氢氧化物；一级pH调节池II的出水通入一级混凝池中，通过向废水中投加絮凝剂，使CaF2和金属氢氧化物形成大颗粒絮状物而沉淀，并降低废水中的悬浮物浓度；一级混凝池的出水通入一级沉淀池中，分离出沉淀。通过以上过程，能够去除不锈钢酸洗废水中的重金属离子、氟离子、亚硝酸根离子和不易降解的有机物。
在现有技术中，当仅采用投加石灰或石灰乳的方式对不锈钢酸洗废水进行中和沉淀时，会带来大量的污泥，并且，还会存在CaO反应不完全、去除重金属和氟效率低的问题，原因在于：在酸性较大时，CaO具有调节pH以及沉淀氟离子和重金属离子的双重作用，但当酸性减小到一定值后，CaO只有调节pH的作用，无法有效沉淀氟离子和重金属离子。为解决上述技术问题，本实用新型采用钠钙中和沉淀的方式，先利用石灰提高不锈钢酸洗废水的pH值，再利用液碱进一步提高废水的pH值，能够减少10～15％的污泥量，并提高重金属和氟的去除效果。
作为优选，所述一级pH调节池I与用于将一级pH调节池I内的废水pH控制在3.5～4.0范围内的pH控制单元I相连；所述pH控制单元I包括所述石灰投加装置和设于一级pH调节池I内的pH计I。
作为优选，所述一级pH调节池II与用于将一级pH调节池II内的废水pH控制在6.0～6.5范围内的pH控制单元II相连；所述pH控制单元II包括所述液碱投加装置I和设于一级pH调节池II内的pH计II。
本发明人团队经过大量的不锈钢废水处理技术研究和工程实例发现，当pH<4时，CaO具有调节pH以及沉淀氟离子和重金属离子的双重作用；当pH≥4时，CaO只有调节pH的作用。因此，当将一级pH调节池I内的废水pH控制在3.5～4.0范围内时，具有较好的重金属和氟的去除效果。
作为优选，所述一级pH调节池I与一级pH调节池II之间设有氧化反应池；所述氧化反应池与氧化剂投加装置相连。
不锈钢酸洗废水中存在少量NO2 -，在预处理后的生化处理脱除总氮的过程中，这些NO2 -会对反硝化细菌产生毒害作用，影响脱氮效率。为解决上述问题，本实用新型在一级pH调节池I与一级pH调节池II之间设置了氧化反应池，用于将废水中的NO2 -氧化成NO3 -，从而减小对后续生化系统中反硝化细菌的毒性，提高脱氮效率，同时，还能将废水中的大分子有机物氧化成易生化的有机物小分子，从而提高后续生化系统中难降解有机物的分解效率进一步地，所述氧化剂投加装置为H2O2投加装置。
向氧化反应池内投加的双氧水能够与废水中的Fe2+形成Fenton试剂，利用铁盐来激活H2O2，使之形成具有强氧化性的高活羟基，实现废水中NO2 -和难降解有机物的氧化。相较于紫外光辅助氧化等氧化方式而言，在本实用新型中采用芬顿氧化的方法，能够充分利用废水中的原有成分Fe2+，废水处理成本较低，且对反应条件和设备的要求较低，设备维护简单、能耗低。
进一步地，所述氧化反应池与氧化还原电位控制单元相连；所述氧化还原电位控制单元包括所述氧化剂投加装置和设于氧化反应池内的ORP测量仪。
作为优选，所述一级絮凝剂投加装置为PAM投加装置。
作为优选，所述设备还包括二级反应系统；所述二级反应系统包括依次相连的二级pH调节池、二级助凝池、二级混凝池和二级沉淀池；所述二级pH调节池与一级沉淀池相连；所述二级pH调节池与液碱投加装置II相连；所述二级助凝池和二级混凝池分别与助凝剂投加装置和二级絮凝剂投加装置相连。
在现有技术中，在不锈钢酸洗废水预处理的过程中，通常只进行一次中和沉淀，会存在以下问题：较低的pH能够去除铁、铬、氟，但难以充分去除镍，而较高的pH虽然能够使镍充分沉淀，但会造成铬、氟反溶。
针对上述问题，本实用新型采用两次中和沉淀，通过一级反应系统去除废水中大部分的总铬、氟化物和总铁物质，并在一定程度上降低镍离子、石油类和COD等污染因子浓度；而后通入二级反应系统中进一步提高废水pH值，去除大部分的总镍，并去除残留的总铬、氟化物和总铁。通过这种方式，能够较彻底地去除不锈钢酸洗废水中的氟和重金属。
进一步地，所述助凝剂投加装置为PAC投加装置；所述二级絮凝剂投加装置为PAM投加装置。
进一步地，所述二级pH调节池与用于将二级pH调节池内的废水pH控制在10.0～10.5范围内的pH控制单元III相连；所述pH控制单元III包括所述液碱投加装置II和设于二级pH调节池内的pH计III。
作为优选，所述设备还包括隔油调节系统；所述隔油调节系统包括调节池；所述调节池与一级pH调节池I相连；所述调节池底部设有空气曝气装置。
进一步地，所述隔油调节系统还包括隔油池；所述隔油池与调节池连通。
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
(1)在一级反应系统中采用钠钙中和沉淀的方式，能够减少10～15％污泥量，并提高重金属和氟的去除效果；
(2)在一级反应系统中设置氧化反应池，能够氧化亚硝酸根离子和不易降解的有机物，提高后续生化处理过程中脱氮和降解有机物的效率；
(3)采用两次中和沉淀，在一级反应系统处理后通入二级反应系统中进一步提高废水pH值，能较彻底地去除不锈钢酸洗废水中的氟以及总铬、总铁和总镍等重金属。
附图说明
图1是本实用新型的一种结构示意图。
附图标记为：隔油调节系统1，隔油池1.1，调节池1.2，空气曝气装置1.2.1，一级反应系统2，一级pH调节池I 2.1，pH计I 2.1.1，氧化反应池2.2，ORP测量仪2.2.1，一级pH调节池II 2.3，pH计II 2.3.1，一级混凝池2.4，一级沉淀池2.5，二级反应系统3，二级pH调节池3.1，pH计III 3.1.1，二级助凝池3.2，二级混凝池3.3，二级沉淀池3.4。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的描述。在本实用新型中所涉及的装置、连接结构和方法，若无特指，均为本领域公知的装置、连接结构和方法。
实施例1
如图1所示，一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备，包括依次相连的隔油调节系统1、一级反应系统2和二级反应系统3。各系统的结构和作用如下：
(1)隔油调节系统1：
所述隔油调节系统1包括连通的隔油池1.1和调节池1.2，废水在两个池中均采用上进下出的方式，以延长其在各池中的停留时间。所述隔油池1.1中设有不锈钢酸洗废水入口和管式撇油机。所述调节池1.2底部设有空气曝气装置1.2.1。
隔油调节系统1的作用为：不锈钢酸洗废水首先通入隔油池1.1中，去除废水表面的浮油和浮渣；而后通入调节池1.2中混合均匀，从而调节水质。
(2)一级反应系统2：
所述一级反应系统2包括通过导流管依次相连的一级pH调节池I 2.1、氧化反应池2.2、一级pH调节池II 2.3、一级混凝池2.4和一级沉淀池2.5。所述一级pH调节池I 2.1与调节池1.2相连。
所述一级pH调节池I 2.1与pH控制单元I相连。所述pH控制单元I包括与一级pH调节池I 2.1相连的石灰投加装置，以及设于一级pH调节池I 2.1内的pH计I 2.1.1。所述pH控制单元I根据pH计I 2.1.1测得的废水pH值，调节石灰投加装置的石灰投加量，将一级pH调节池I 2.1内的废水pH控制在3.5～4.0范围内。
所述氧化反应池2.2与氧化还原电位控制单元相连。所述氧化还原电位控制单元包括与氧化反应池2.2相连的氧化剂投加装置，以及设于氧化反应池2.2内的ORP测量仪2.2.1。所述氧化剂投加装置为H2O2投加装置。所述氧化还原电位控制单元根据ORP测量仪2.2.1测得的废水ORP值，调节氧化剂投加装置的H2O2投加量，将氧化反应池2.2内的废水ORP值控制在20～80mV范围内。
所述一级pH调节池II 2.3与pH控制单元II相连。所述pH控制单元II包括与一级pH调节池II 2.3相连的液碱投加装置I，以及设于一级pH调节池II 2.3内的pH计II 2.3.1。所述pH控制单元II根据pH计II 2.3.1测得的废水pH值，调节液碱投加装置I的液碱投加量，将一级pH调节池II 2.3内的废水pH控制在6.0～6.5范围内。
所述一级混凝池2.4与一级絮凝剂投加装置相连，所述一级絮凝剂投加装置为PAM投加装置，PAM按5mg/L恒量投加。
废水在一级pH调节池I 2.1、一级pH调节池II 2.3和一级混凝池2.4内的停留时间为30min，在氧化反应池2.2内的停留时间为90min。一级沉淀池2.5的表面水力负荷为0.8m3/(m2·h)。一级pH调节池I 2.1、一级pH调节池II 2.3和一级混凝池2.4采用2m3水箱，一级沉淀池2.5采用直径为2.3m的8m3锥底水箱。一级pH调节池I 2.1、氧化反应池2.2、一级pH调节池II 2.3和一级混凝池2.4内均设有搅拌装置，前三个池内以65rpm的转速搅拌，最后一个池内以40rpm的转速搅拌。
在一级反应系统2中，废水首先通入一级pH调节池I 2.1中，通过向其中投加石灰提高pH值，使废水中的部分氟离子和重金属离子转化为CaF2和金属氢氧化物；而后通入氧化反应池2.2中，将废水中的NO2 -氧化成NO3 -，从而减小对后续生化系统中反硝化细菌的毒性，提高脱氮效率，同时，还能将废水中的大分子有机物氧化成易生化的有机物小分子，从而提高后续生化系统中难降解有机物的分解效率；经氧化处理后的废水通入一级pH调节池II 2.3中，通过向其中投加液碱进一步提高pH值，使废水中剩余的氟离子和重金属离子转化为CaF2和金属氢氧化物；一级pH调节池II 2.3的出水通入一级混凝池2.4中，通过向废水中投加絮凝剂，使CaF2和金属氢氧化物形成大颗粒絮状物而沉淀，并降低废水中的悬浮物浓度；一级混凝池2.3的出水通入一级沉淀池2.5中，分离出沉淀，污泥可排至污泥脱水系统，上清液出水至二级反应系统3。通过以上过程，能够去除不锈钢酸洗废水中的90％以上的总铬、氟化物和总铁物质得到去除，以及一定程度上降低了镍离子、NO2 -、石油类和COD等污染因子浓度。
(3)二级反应系统3：
所述二级反应系统3包括通过导流管依次相连的二级pH调节池3.1、二级助凝池3.2、二级混凝池3.3和二级沉淀池3.4。所述二级pH调节池3.1与一级沉淀池2.5相连。
所述二级pH调节池3.1与pH控制单元III相连。所述pH控制单元III包括与二级pH调节池3.1相连的液碱投加装置II，以及设于二级pH调节池3.1内的pH计III 3.1.1。所述pH控制单元III根据pH计III 3.1.1测得的废水pH值，调节液碱投加装置II的液碱投加量，将二级pH调节池3.1内的废水pH控制在10.0～10.5范围内。
所述二级助凝池3.2与助凝剂投加装置相连，所述助凝剂投加装置为PAC投加装置，PAC按100mg/L恒量投加。
所述二级混凝池3.3与二级絮凝剂投加装置相连，所述二级絮凝剂投加装置为PAM投加装置。
二级pH调节池3.1、二级助凝池3.2和二级混凝池3.3内均设有搅拌装置，前两个池内以65rpm的转速搅拌，最后一个池内以40rpm的转速搅拌。
在二级反应系统3中，废水首先通入二级pH调节池3.1中，通过向其中投加液碱提高pH，经二级助凝池3.2和二级混凝池3.3中絮凝反应后，通入二级沉淀池3.4中分离出上清液和污泥，即完成不锈钢酸洗废水的预处理，二级沉淀池3.4的污泥可排至污泥脱水系统，上清液可进入后续生化系统进行脱氮和分解有机物等进一步处理。通过以上过程，能够去除废水中90％以上的总镍，以及残留的总铬、氟化物和总铁。
利用本实施例的设备对不锈钢酸洗废水进行预处理，处理能力为80m3/d，一级反应系统和二级反应系统的处理效果如表1所示。
表1
1排放标准：《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)中间接排放的排放标准。
从表1可以看出，经本实施例的设备对不锈钢酸洗废水进行预处理后，能有效去除废水中的氟和重金属，氟化物、总镍、总铬和总铁均能达到《钢铁工业水污染物排放标准》(GB13456-2012)中间接排放的要求；同时，还能有效降低NO2 -、COD和石油类含量，为后续的生化处理提供基础。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种钠钙中和沉淀预处理不锈钢酸洗废水的设备，其特征在于，包括一级反应系统（2）；所述一级反应系统（2）包括依次相连的一级pH调节池I（2.1）、一级pH调节池II（2.3）、一级混凝池（2.4）和一级沉淀池（2.5）；所述一级pH调节池I（2.1）与石灰投加装置相连；所述一级pH调节池II（2.3）与液碱投加装置I；所述一级混凝池（2.4）与一级絮凝剂投加装置相连。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一级pH调节池I（2.1）与用于将一级pH调节池I（2.1）内的废水pH控制在3.5~4.0范围内的pH控制单元I相连；所述pH控制单元I包括所述石灰投加装置和设于一级pH调节池I（2.1）内的pH计I（2.1.1）。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述一级pH调节池II（2.3）与用于将一级pH调节池II（2.3）内的废水pH控制在6.0~6.5范围内的pH控制单元II相连；所述pH控制单元II包括所述液碱投加装置I和设于一级pH调节池II（2.3）内的pH计II（2.3.1）。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述一级pH调节池I（2.1）与一级pH调节池II（2.3）之间设有氧化反应池（2.2）；所述氧化反应池（2.2）与氧化剂投加装置相连。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述氧化反应池（2.2）与氧化还原电位控制单元相连；所述氧化还原电位控制单元包括所述氧化剂投加装置和设于氧化反应池（2.2）内的ORP测量仪（2.2.1）。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括二级反应系统（3）；所述二级反应系统（3）包括依次相连的二级pH调节池（3.1）、二级助凝池（3.2）、二级混凝池（3.3）和二级沉淀池（3.4）；所述二级pH调节池（3.1）与一级沉淀池（2.5）相连；所述二级pH调节池（3.1）与液碱投加装置II相连；所述二级助凝池（3.2）和二级混凝池（3.3）分别与助凝剂投加装置和二级絮凝剂投加装置相连。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述助凝剂投加装置为PAC投加装置；所述二级絮凝剂投加装置为PAM投加装置。
8.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述二级pH调节池（3.1）与用于将二级pH调节池（3.1）内的废水pH控制在10.0~10.5范围内的pH控制单元III相连；所述pH控制单元III包括所述液碱投加装置II和设于二级pH调节池（3.1）内的pH计III（3.1.1）。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括隔油调节系统（1）；所述隔油调节系统（1）包括调节池（1.2）；所述调节池（1.2）与一级pH调节池I（2.1）相连；所述调节池（1.2）底部设有空气曝气装置（1.2.1）。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述隔油调节系统（1）还包括隔油池（1.1）；所述隔油池（1.1）与调节池（1.2）连通。
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