申请日 20200814
公开（公告）日 20210126
IPC分类号 C02F9/04; C02F11/122; C02F11/125; C02F11/127; C02F101/20
摘要
本实用新型提供一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应部件、中和反应槽、中和沉淀槽，结晶体反应部件包括有至少一个结晶体反应单元，结晶体反应单元沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应槽、结晶体沉淀槽；结晶体反应槽的进水口外接有钙剂储罐、辅剂储罐、铝剂储罐，中和反应槽的进水口外接有中和剂储罐；结晶体沉淀槽、中和沉淀槽的出泥口沿出泥方向依次外接有第一污泥泵、第一脱水机，第一脱水机与结晶体反应槽的进水口相连接。本用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，具有节约能耗和处理成本、不受水中有机物含量的影响、可以用于废水生化处理的预处理等优点。
权利要求书
1.一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应部件(3)、中和反应槽(7)、中和沉淀槽(8)，所述结晶体反应部件(3)包括有至少一个结晶体反应单元(4)，所述结晶体反应单元(4)沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应槽(5)、结晶体沉淀槽(6)；所述结晶体反应槽(5)的进水口外接有钙剂储罐(13)、辅剂储罐(14)、铝剂储罐(15)，所述中和反应槽(7)的进水口外接有中和剂储罐(17)；所述结晶体沉淀槽(6)、中和沉淀槽(8)的出泥口沿出泥方向依次外接有第一污泥泵(9)、第一脱水机(10)，所述第一脱水机(10)与结晶体反应槽(5)的进水口相连接。
2.根据权利要求1所述的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，所述系统还包括有重金属反应槽(1)、重金属沉淀槽(2)，所述重金属反应槽(1)、重金属沉淀槽(2)与结晶体反应部件(3)沿含盐废水进水方向依次设置，所述重金属反应槽(1)的进水口外接有钙剂储罐(13)，所述重金属沉淀槽(2)的出泥口沿出泥方向依次外接有第二污泥泵(11)、第二脱水机(12)，所述第二脱水机(12)还与重金属反应槽(1)的进水口相连接。
3.根据权利要求2所述的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，所述系统还包括有絮凝剂储罐(16)，所述絮凝剂储罐(16)分别与所述结晶体反应槽(5)的进水口、所述重金属反应槽(1)的进水口相连接。
4.根据权利要求2所述的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，所述重金属反应槽(1)内设有pH计和搅拌桨。
5.根据权利要求1所述的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，所述中和反应槽(7)、结晶体反应槽(5)内设有pH计。
6.根据权利要求1所述的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，其特征在于，所述中和反应槽(7)、结晶体反应槽(5)中设有搅拌桨。
说明书
一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统
技术领域
本实用新型属于污水处理的技术领域，涉及一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统。
背景技术
各类工业废水中往往含有很高浓度的溶解性盐分，常见的如钠盐、钾盐、钙盐、镁盐和铵盐，组成这些盐分的阴离子通常有氯离子、硫酸根离子、硝酸根离子和碳酸根离子等。这些溶解性盐的总浓度(TDS)往往可以高达几千甚至几万毫克/升，个别的情形甚至达到几十万毫克/升。大量的盐排放到天然淡水体中会造成地表水和地下水的盐度增加，从而改变水环境的物理和化学性状，甚至一定程度上会影响到生态系统的稳定和健康。
许多城市都对排放的废水有TDS的限制，尤其是当处理后废水考虑回用的情形，TDS往往要求达到一定浓度以下，如城市杂用水总溶解性固体必须低于1000～1500mg/L；对于有零排放要求的场合，废水考虑进入生产装置回用，也需要对溶解性盐分进行去除；另外，过高的盐浓度往往会对废水的生化处理造成困难，为了保证废水生化处理的有效进行，也需要对高含盐废水进行脱盐预处理；许多传统的除盐工艺，如反渗透、电渗析、离子交换等，都会产生一定量的浓(盐)水，需要另外进行脱盐处理。
目前废水处理中常用的脱盐工艺有化学沉淀法、离子交换法、反渗透、电渗析及蒸发结晶法等。化学沉淀法通过改变废水的pH值或加入另一种酸或盐使得某一离子形成不溶于水或难溶于水的沉淀而去除。化学沉淀法由于引入新的离子往往不能有效去除总盐；离子交换法采用阴阳离子树脂置换废水中的阴阳离子，同时向水中分别释放氢氧根离子和氢离子并反应生成水。但是树脂表面的离子交换位点饱和后需要再生，阴阳离子树脂的再生需要分别用高浓度的碱或酸将吸附的阴阳离子置换下来，这会产生一定量的浓盐水，需要另行处理；反渗透和电渗析通过反渗透压或电场作用将水或离子作跨膜运动以实现离子和水的分离。这类方法在获得纯水的同时，也会产生一定量的浓(盐)水需要处理，另外跨膜运动所需要的势能必须由高水压或高压电场提供，这都需要消耗大量的能量；离子交换、电渗析和反渗透方法除盐，所产生的浓(盐)水的体积一般占到所处理水体积的30％以上。蒸发结晶是将废水的温度提高到水的沸点以上，使得水蒸发变成蒸汽、水中盐的浓度达到其溶解度以上，这时盐会形成结晶从水中析出，再通过离心作用将盐从水中分离出来。蒸汽冷凝后变成脱盐水可以进行回用或排入废水中进行处理。这个过程需要将水加热至水的沸点，能耗比较大、吨水蒸发所消耗的能量在30-40千瓦。另外，如果废水中含有有机物，蒸发结晶的方法往往无法彻底去除盐分；同时，蒸发管内容易结垢，使得蒸发管的使用寿命缩短，很难实行长期稳定运行。
利用水泥的凝固作用来包埋重金属和放射性物质等有毒有害物质早在上个世纪前半叶就在欧洲施行，美国也在上世纪70-80年代开始大量使用该技术来处置有毒有害物。深入的研究发现，水泥的固化作用主要是由于水泥中存在钙铝结晶体的结果，钙铝结晶体不溶于水，有很强的凝聚作用，它具有由4个柱状体交联而成的复杂结构。这样的结构使得混在水里的其它离子能够扩散到其内腔内被包埋起来，同时周围的氢原子和氢氧根离子也可以被其它离子置换，从而将这些离子固定在钙铝结晶体中。
大量研究已经证明钙铝结晶体的生成能在水溶液中进行。在液相中钙铝结晶体的生成有多种不同的反应方式，常见的有如下两种：
CaO·Al2O33++Ca2SO42-+H2O→CaO·Al2O33+·Ca2SO42-·H2O
Ca2++Al3++SiO32-→Ca2+·Al3+·SiO32-
专利CN104603068A公开了一种去除废水中硫酸盐、钙和/或其它金属离子的方法，该法针对含硫酸根废水的处理，通过添加Ca(OH)2等含钙化合物调节pH以及含铝化合物，使得水中的硫酸根和溶解性Ca离子结合到石膏沉淀和硫铝酸钙沉淀中去。
专利WO98/55405、来自国际酸防治网络(INAP)的出版物“矿井流出液中的硫酸盐处理(treatment of sulphate in mien effluent)，2003年10月，Lorax Environmental”、出版物DE3709905、EP0584502和EP0250626等都涉及到采用Al(OH)3、铝酸钠或Al2O3等含铝化合物来去除含硫废水中的硫酸根和钙离子。
以上出版物所提及的方法可以将水中的硫酸根离子从数万至数千ppm降低至100ppm以下。这些方法在石膏沉淀以及硫铝酸钙沉淀步骤的选用、反应条件的设定、反应药剂的选用及投加量的设置上都是围绕着废水中的硫酸盐的去除。虽然在其反应过程中会自然附带除去一部分的其它离子，但这些方法不能直接用于有效地去除水中的总溶解性盐类，尤其是对于不含硫酸根的废水脱盐，上述方法不适用。
综上所述，目前的废水脱盐技术中，离子交换、反渗透、电渗析等方法能耗较高，而且脱盐不彻底，会产生含高盐浓度的浓(盐)水，而蒸发结晶则能耗大、处理成本高；另外，高含盐的有机物废水，如化工废水、制药废水、皮革废水、造纸废水、垃圾渗滤液等，一般考虑采用生化法处理，但由于高盐浓度会影响生化处理的效率，一般进入生化处理前希望能进行脱盐，但由于废水中所含有的有机物很容易造成树脂污染和/或膜孔堵塞，无法直接用离子交换、反渗透、电渗析方法脱盐，而这类废水若采用蒸发结晶法脱盐，则能耗高、结晶中混有大量杂质，脱出来的结晶无法利用；现有的除盐方法不能区分重金属和非重金属成分，造成重金属混在非重金属中，产生大量的含有重金属的有毒有害固废，造成固废的处置成本很高。利用石膏沉淀及硫铝酸钙沉淀进行含硫酸根废水处理的方法针对的是废水中的硫酸根离子，会导入其它杂质离子，使用的反应药剂、反应步骤以及pH条件等不能用于大量的含盐废水的脱盐处理，尤其是不含有硫酸根的废水脱盐处理。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，利用钙铝结晶体的结晶沉淀作用，将废水中的溶解性离子利用表面原位离子交换、分子内包埋等机制转移到钙铝结晶体中去，从而得以从水中除去盐。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应部件、中和反应槽、中和沉淀槽，所述结晶体反应部件包括有至少一个结晶体反应单元，所述结晶体反应单元沿含盐废水进水方向依次设有结晶体反应槽、结晶体沉淀槽；所述结晶体反应槽的进水口外接有钙剂储罐、辅剂储罐、铝剂储罐，所述中和反应槽的进水口外接有中和剂储罐；所述结晶体沉淀槽、中和沉淀槽的出泥口沿出泥方向依次外接有第一污泥泵、第一脱水机，所述第一脱水机与结晶体反应槽的进水口相连接。
优选地，所述系统还包括有重金属反应槽、重金属沉淀槽，所述重金属反应槽、重金属沉淀槽与结晶体反应部件沿含盐废水进水方向依次设置，所述重金属反应槽的进水口外接有钙剂储罐，所述重金属沉淀槽的出泥口沿出泥方向依次外接有第二污泥泵、第二脱水机，所述第二脱水机还与重金属反应槽的进水口相连接。
更优选地，所述第二污泥泵为常规使用的污泥泵。
更优选地，所述第二脱水机选自板框压滤机、叠螺脱水机或离心脱水机中的一种。
更优选地，所述系统还包括有絮凝剂储罐，所述絮凝剂储罐分别与所述结晶体反应槽的进水口、所述重金属反应槽的进水口相连接。
更优选地，所述重金属反应槽内设有pH计。
更优选地，所述重金属反应槽内设有搅拌桨。
优选地，所述中和反应槽、结晶体反应槽内设有pH计。
优选地，所述中和反应槽、结晶体反应槽中设有搅拌桨。
优选地，所述钙剂储罐中采用的钙剂包括且不限于碱土金属的氢氧化物、碱土金属的氧化物、含有碱土金属的氢氧化物和/或碱土金属的氧化物的矿渣。
更优选地，所述钙剂储罐中采用的钙剂选自氢氧化钙Ca(OH)2、氧化钙CaO、含有氢氧化钙Ca(OH)2和/或氧化钙CaO的矿渣中的一种或多种组合。
最优选地，所述钙剂储罐中采用的钙剂为氢氧化钙Ca(OH)2或氧化钙CaO。
更优选地，所述矿渣为高钙粉煤灰。
优选地，所述辅剂储罐中采用的辅剂包括且不限于硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁、硅酸钠及含有上述化合物的矿物。
更优选地，所述辅剂储罐中采用的辅剂选自硫酸钙、硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁、硅酸钠中的一种或多种。
优选地，所述铝剂储罐中采用的铝剂包括且不限于铝酸钙、铝酸镁、铝酸铁、氢氧化铝、氯化铝、含有上述化合物的矿物、含有上述化合物的废水。所述废水可为铝材加工废水。
更优选地，所述铝剂储罐中采用的铝剂选自铝酸钙、铝酸镁、铝酸铁、氢氧化铝、氯化铝中的一种或多种。
优选地，所述中和剂储罐中采用的中和剂包括且不限于碳酸、CO2、含有CO2的烟气。
更优选地，所述中和剂储罐中采用的中和剂选自碳酸、CO2或含CO2的烟气中的一种。
优选地，所述絮凝剂储罐中采用的絮凝剂选自聚合氯化铝、聚丙烯酰胺(PAM)、氯化铝、硫酸铝、氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁及硫酸铝铁中的一种或多种组合。
优选地，所述第一脱水机选自板框压滤机、叠螺脱水机或离心脱水机中的一种。
优选地，所述第一污泥泵为常规使用的污泥泵。
如上所述，本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，具有以下有益效果：
(1)本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，在除盐过程中不产生浓(盐)液，获得的废盐直接以固体的形式固定在钙铝结晶体等化学沉淀物中。
(2)本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，在废水中所含的重金属有毒有害成分单独在一个反应沉淀单元中去除，这样可以使得含重金属的有毒有害污泥的量降至最低，从而节约有毒有害废物的处理成本。
(3)本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，尤其适合于含有有机成分的高含盐废水的脱盐处理或者耐盐生化工艺处理后废水的脱盐，这些废水由于含有有机成分，使用膜法或离子交换法时膜或离子交换树脂很容易被堵塞或污染，而采用蒸发结晶法也会由于废水含有有机物使得结晶困难并且难于获得较纯的盐分，运行无法进行。可以将盐浓度为几千～几万毫克/升的废水，处理后总溶解性固体(TDS)降低到几百甚至几十毫克/升。
(4)本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，适用于高含盐废水生化处理前的脱盐预处理，使得生化处理无需培养专用的耐盐菌种，提高生化处理工艺的普适性。
(5)本实用新型提供的一种废水脱盐的多级结晶沉淀处理系统，利用钙铝结晶体的结晶沉淀作用，将废水中的溶解性离子利用表面原位离子交换、分子内包埋等机制转移到钙铝结晶体中去，从而得以从水中除去。该系统可以节约能耗和处理成本。另外利用本系统脱盐不受水中有机物含量的影响，可以用于废水生化处理如反渗透脱盐或蒸馏脱盐的预处理中。
发明人 （朱核光;赵宁华;陈辉洋;贾志宇;曾敏福;魏宏斌;）
