申请日2016.03.14
公开(公告)日2016.05.04
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明提供了一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置及方法。本发明装置包括第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置;所述第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置顺次相连。本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置具有结构简单，处理效率高，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用等优点。本发明方法工艺简单，处理时间短，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用，不仅能减少化学原料的投加量，也能有效减少所生产的污泥量，所生产的污泥主要成分分别为氢氧化镁和碳酸钙，有助于后续实现污泥的综合利用。
权利要求书
1.一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置，其特征在于，所述去除废水中钙镁氟硅的装置包括第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置;所述第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置顺次相连。
2.根据权利要求1所述的一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置，其特征在于，所述第一分离装置和第二分离装置分别为澄清池，优选分别为泥渣分离接触型澄清池，进一步优选分别为机械加速澄清池、水力循环澄清池、悬浮澄清池或脉冲澄清池。
3.根据权利要求1所述的一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置，其特征在于，所述第一分离装置和第二分离装置分别为超滤装置，优选分别为管式超滤膜装置或浸没式超滤装置。
4.采用权利要求1-3任一所述的装置去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法，其特征在于，所述废水依次流经第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置后排出;其中，在第一反应器中加入碱，优选加入石灰或氢氧化钠进行反应，第一反应器所得反应液进入第一分离装置，第一分离装置中所得上清液进入第二分反应器，在第二反应器中加入碳酸钠进行反应，第二反应器所得反应液进入第二分离装置，第二分离装置所得上清液进入后续工艺。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第一反应器中废水pH为11以上。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第一反应器中的水力停留时间为0.5-6h，优选为0.5-4h，进一步优选为0.5-2h。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第一分离装置中的水力停留时间为0.5-6h，优选为1-4h，进一步优选为1.5-3h。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第二反应器中废水pH为10以上。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第二反应器中的水力停留时间为0.5-6h，优选为0.5-4h，进一步优选为0.5-2h。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，控制第二分离装置中的水力停留时间为0.5-4h，优选为0.5-2h，进一步优选为0.5-1h。
说明书
一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置及方法
技术领域
本发明涉及工业废水处理技术领域，具体而言，涉及一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置及方法。
背景技术
随着工业的发展，产生的废水也是形式多样，成分复杂，如火力发电厂烟气脱硫系统的脱硫废水，无疑是电厂系统内最脏的一股水;页岩气作为新兴开发的一种非常规能源备受关注，但是含有高浓度的总溶解性固体和多种化学添加剂的页岩气返排液一直是制约页岩气开采进一步发展的瓶颈。针对这些悬浮物含量高、成分复杂的废水，目前传统的处理方法就是化学法混凝沉降，主要目的是有效去除废水中的悬浮物、重金属离子、硬度/碱度、有机物、硅等污染物，以便后续工艺处理。
这些废水中大都含有钙、镁、氟、硅这几种典型的无机污染物。硬度离子如钙镁离子是常见的大量离子，在废水处理设备中如果含量太高会导致设备有结垢风险，影响水资源的重复利用;氟是人体所需微量元素之一，饮用水适宜的氟质量浓度为0.5～1.0mg/L，工业上，含氟矿石开发、金属冶炼、有机合成化工、电子、电镀等行业排放的废水常含有高浓度的氟化物，造成氟污染;硅在废水中主要以悬浮的SiO2和溶解性硅酸根离子(SiO32-)两种形式存在，硅在 废水中极易形成胶体，会严重影响水处理工艺设备的运行。目前，对废水中钙、镁、氟、硅有很多去除方法，但都只是针对其中一种。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置，所述的去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置具有结构简单，处理效率高，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用等优点。
本发明的第二目的在于提供一种采用上述的装置去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法，该方法工艺简单，处理时间短，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用，不仅能减少化学原料的投加量，也能有效减少所生产的污泥量，所生产的污泥主要成分分别为氢氧化镁和碳酸钙，有助于后续实现污泥的综合利用。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置，所述去除废水中钙镁氟硅的装置包括第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置;所述第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置顺次相连。
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置结构简单，其中第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置顺次相连，废水依次流经第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置，先后分别在第一反应器和第二反应器中进行两次软化处理， 能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素;每次软化处理后分别在第一分离装置和第二分离装置中进行污泥和出水分离处理，充分保证出水质量。
优选地，所述第一反应器和第二反应器分别为搅拌反应器。
优选地，所述第一分离装置和第二分离装置分别为澄清池。
优选地，所述第一分离装置和第二分离装置分别为泥渣分离接触型澄清池。
进一步优选地，所述第一分离装置和第二分离装置分别为机械加速澄清池、水力循环澄清池、悬浮澄清池或脉冲澄清池。
水和废水的处理工艺包括水和药剂的混合、反应及絮凝体与水的分离三个阶段。现有技术中，澄清池就是完成上述三个过程于一体的专门设备。
而本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置设置第一反应器和第二反应器，用于水和药剂的混合、反应，第一分离装置和第二分离装置仅用于污泥和出水的分离，有助于促进污泥和澄清池上清液出水的分离，进一步降低澄清池上清液的出水浊度，提高澄清池上清液出水质量。
泥渣分离接触型澄清池能够通过混凝澄清除去水中的多种杂质，包括碳酸盐硬度、大分子有机物、悬浮物、胶体等。泥渣分离接触型澄清池具有泥渣接触和泥渣分离两种功能，可以强制高倍率循环以加强反应和溶解，也可以形成动态泥渣或悬浮泥渣层，利用活性泥渣接触过程和巨大的接触表面积，去除较小分子量的有机物胶体物和无机胶体物(如胶体硅、铁、铝)，而且无残留凝聚药剂及其产物。
机械加速澄清池可将悬浮状态的活性泥渣层与加药的原水在机械搅拌作用下，增加颗粒碰撞机会，提高了混凝效果。经过分离的清水向上升，经集水槽流出，沉下的泥渣部分再回流与加药原水机械混合反应，部分则经浓缩后定期排放。机械加速澄清池对水量、水中离子浓度变化的适应性强，处理效果稳定，处理效率高。但用机械搅拌，耗能较大，腐蚀严重，维修困难。
水力循环澄清池，在水射器的作用下，将池中的活性泥渣吸入和原水充分混合，从而加强了水中固体颗粒间的接触和吸附作用，形成良好的絮凝，加速了沉降速度使水得到澄清。加了混凝剂的原水从进水管道进入喷嘴，以高速喷入喉管，在喉管的喇叭口周围形成真空，吸入大约3倍于原水的泥渣量，经过泥渣与原水的迅速混合，进入渐扩管形的第一反应室，以及第二反应室中进行混凝处理。喉管可以上、下移动以调节喷嘴和喉管的间距，使等于喷嘴直径的1～2倍，并借此控制回流的泥渣量。水流从第二反应室进入分离室，由于断面积的突然扩大，流速降低，泥渣就沉下来，其中一部分泥渣进入泥渣浓缩斗定期予以排出，而大部分泥渣被吸入喉管进行回流，清水上升从集水槽流出。
悬浮澄清池可使加药后的原水由下向上通过处于悬浮状态的泥渣层，使水中杂质与泥渣悬浮层的颗粒碰撞凝聚而分离沉淀。
脉冲澄清池可使悬浮层不断产生周期性的压缩和膨胀，促使原水中固体杂质与已形成的泥渣进行接触絮凝而分离沉淀的水池。这种变化是由脉冲发生器引起的。当上升流速小时，泥渣悬浮层收缩、浓度增大而使颗粒排列紧密;当上升流速大时，泥渣悬浮层膨胀。
优选地，所述第一分离装置和第二分离装置分别为超滤装置。
超滤装置是一种加压膜分离装置，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。料液中含有的溶剂及各种小的溶质从高压料液侧透过滤膜到达低压侧，从而得到透过液或称为超滤液;其超滤膜微孔可达0.01微米(十万分之一毫米)以下，能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌、热源和有机物力作用下，而尺寸比膜孔径大的溶质分子被膜截留成浓缩液。
超滤属于压力驱动型膜分离过程，超滤膜的分离范围为相对分子质量500-100万的大分子物质和胶体特质，相对应粒子的直径为0.005-0.1μm;分离机理一般认为是机械筛分超滤膜组件有板式、卷式净水用超滤膜。
浓差极化乃是膜分离过程的自然现象，如何将此现象减轻到最低程度，是超滤技术的重要课题之一。目前采取的措施有：①提高膜面水流速度，以减小边界层厚度，并使被截留的溶质及时由水带走;②采取物理或化学的洗涤措施。
典型工艺流程：原液-储罐-加压泵-精密过滤器-中空超滤设备-储液罐-反洗水箱-反洗泵。
相比其他分离装置，超滤装置具有以下优点：
1.超滤过程是在常温下进行，条件温和无成分破坏，因而特别适宜对热敏感的物质，如药物、酶、果汁等的分离、分级、浓缩与富集。
2.超滤过程不发生变化，无需加热，能耗低，无需添加化学试剂，无污染，是一种节能环保的分离技术。
3.超滤技术分离效率高，对稀溶液中的微量成分的回收、低浓度溶液的浓缩均非常有效。
4.超滤过程仅采用压力作为膜分离的动力，因此分离装置简单、流程短、操作简便、易于控制和维护。
超滤装置的设计合理、造型美观、通用性强、取材讲究、坚固耐用。化学性能稳定，抗腐蚀性强，耐酸、碱、盐的侵蚀(pH值：0～14)，无毒、无味，重量轻，强度高(耐高温、高压)，操作省力。各款各式的管式超滤膜设备广泛用于石油、化工、果汁、轻工、制药、食品、资源开发、冶金煤炭、国防工业、环境保护等领域。
进一步优选地，所述第一分离装置和第二分离装置分别为管式超滤膜装置或浸没式超滤装置。
采用上述的装置去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法，所述废水依次流经第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置后排出;其中，在第一反应器中加入碱，优选加入石灰或氢氧化钠进行反应，第一反应器所得反应液进入第一分离装置，第一分离装置中所得上清液进入第二分反应器，在第二反应器中加入碳酸钠进行反应，第二反应器所得反应液进入第二分离装置，第二分离装置所得上清液进入后续工艺。
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法中，先向废水中加入碱，优选为石灰或氢氧化钠，经搅拌反应后，镁以氢氧化镁的形式完全沉淀，硅以硅酸镁或硅酸钙等形式被吸附或沉淀而析出，氟以氟化钙的沉淀析出;之后加入碳酸钠，经搅拌反应后，钙以碳酸钙的形成完全沉淀，剩余的少量硅和氟仍有可能吸附在沉淀上被析出;本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法中，具有巨大表面积的Mg(OH)2和CaCO3沉淀物在沉淀过程中大量吸附水体中的悬浮物、胶体等，有助于提高出水质量;
优选地，对于不同的废水水质，本发明在加药选择上也可以有所区别，对于废水中硬度离子含量Ca:Mg≥3:1的废水，第一反应器优选加入氢氧化钠，第二反应器优选加入足量碳酸钠，减少药剂消耗和污泥量;对于废水中硬度离子含量Mg:Ca≥3:1的废水，第一反应器优选加入石灰，第二反应器优选加入足量碳酸钠，以保证污染物的去除率和出水效果;对于SO42-离子浓度大于8000mg/L的废水，第一反应器优选加入石灰，第二反应器优选加入足量碳酸钠，钙在第一反应器可以以氟化钙、硫酸钙的形式沉淀，能够有效降低第二反应器的药剂消耗量和污泥量。
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法工艺简单，处理时间短，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用，不仅能减少化学原料的投加量，也能有效减少所生产的污泥量，所生产的污泥主要成分分别为氢氧化镁和碳酸钙，有助于后续实现污泥的综合利用。
优选地，控制第一反应器中废水为pH为11以上。
控制第一反应器中废水为碱性，有助于使镁以氢氧化镁的形式完全沉淀，促进硅以硅酸镁或硅酸钙等形式被吸附或沉淀而析出，促进氟化钙沉淀完全。
优选地，控制第一反应器中的水力停留时间为0.5-6h，优选为0.5-4h，进一步优选为0.5-2h。
控制第一反应器中保持特定水力停留时间，有助于促进第一反应器中反应充分，使镁以氢氧化镁的形式完全沉淀，促进硅以硅酸镁或硅酸钙等形式被吸附或沉淀而析出，促进氟化钙沉淀完全。
优选地，控制第一分离装置中的水力停留时间为0.5-6h，优选为1-4h，进一步优选为1.5-3h。
控制第一分离装置中保持特定水力停留时间，有助于促进第一反应器中反应得到的氢氧化镁、硅酸镁、硅酸钙、氟化钙等污泥的充分分离，提高第一分离装置的出水质量。
优选地，控制第二反应器中废水为pH为10以上。
控制第二反应器中废水为碱性，有助于使钙以碳酸钙的形成完全沉淀，剩余的少量硅和氟仍有可能吸附在碳酸钙沉淀上被析出。
优选地，控制第二反应器中的水力停留时间为0.5-6h，优选为0.5-4h，进一步优选为0.5-2h。
控制第二反应器中保持特定水力停留时间，有助于促进第二反应器中反应充分，使钙以碳酸钙的形成完全沉淀，剩余的少量硅和氟仍有可能吸附在碳酸钙沉淀上被析出。
优选地，控制第二分离装置中的水力停留时间为0.5-4h，优选为0.5-2h，进一步优选为0.5-1h。
控制第二分离装置中保持特定水力停留时间，有助于促进第二反应器中反应得到的碳酸钙等污泥的充分分离，提高第二分离装置的出水质量。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的装置结构简单，其中第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置顺次相连，废水依次流经第一反应器、第一分离装置、第二反应器和第二分离装置，先后分别在第一反应器和第二反应器中进行两次软化处理，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素;每次软化处理后分别在第一分离装置和第二分离装置中进行污泥和出水分离处理，充分保证出水质量。
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法中，先向废水中加入碱，优选为石灰或氢氧化钠，经搅拌反应后，镁以氢氧化镁的形式完全沉淀，硅以硅酸镁或硅酸钙等形式被吸附或沉淀而析出，氟以氟化钙的沉淀析出;之后加入碳酸钠，经搅拌反应后，钙以碳酸钙的形成完全沉淀，剩余的少量硅和氟仍有可能吸附在沉淀上被析出;本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法中，具有巨大表面积的Mg(OH)2和CaCO3沉淀物在沉淀过程中大量吸附水体中的悬浮物、胶体等，有助于提高出水质量;
本发明去除废水中钙、镁、氟和硅元素的方法工艺简单，处理时间短，能同时有效的去除废水中的钙、镁、氟和硅元素，出水效果好，有利于废水后续的综合利用，不仅能减少化学原料的投加量，也能有效减少所生产的污泥量，所生产的污泥主要成分分别为氢氧化镁和碳酸钙，有助于后续实现污泥的综合利用。
