公布日：2023.09.05
申请日：2022.12.31
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)N;C02F5/02(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/56(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N
摘要
本发明公开了一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，该装置用于工业废水近零排放系统的预处理环节。预处理过程目的在于除钙镁硬度的同时去除有机物、浊度、色度、重金属离子等。使处理后的水质满足后续膜法水处理工艺或电渗析水处理工艺的更严格的进水水质条件要求。系统装置，包括磁粉回流混合槽，再循环回流混合槽，渣浆泵，回流量调节阀，再循环回流管，助凝剂加药槽，絮凝池，带斜管的高密度澄清池，排泥泵，磁粉分离组件，a、b、c药剂添加口，阀门，管道，搅拌装置，控制系统等共同组成。系统装置采用非常规磁絮凝技术所采用的工艺技术，采用了小池体、中转速、高效率的新型搅拌混合方式。在不添加聚铁、聚铝絮凝剂，只添加适量阴离子PAM助凝剂的条件下，利用磁混凝原理，解决了氢氧化镁絮体不易通过絮凝沉淀分离的技术难题。系统装置占地面积很小，絮凝效果好，加药量少，处理效率高。
权利要求书
1.一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于，包括1 磁粉回流混合槽，2 再循环回流混合槽，3 渣浆泵，4 回流量调节阀，5 再循环回流管，6 助凝剂加药槽，7 絮凝池，8 带斜管的高密度澄清池，9 排泥泵，10 磁粉分离组件，a、b、c药剂添加口，阀门，管道，搅拌装置，控制系统等共同组成。
2.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于磁粉最初投加在原水中，在磁粉回流混合槽1内与工业废水原水预混合，磁粉混合槽内配有桨式搅拌装置，搅拌装置转速按照100转/分钟 180转/分钟设计，主要用于将磁粉分离回流时可能形成的聚团的磁粉扰动分散开。
3.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于磁粉、氢氧化钠、碳酸钠的混合与搅拌采用渣浆泵再循环方式进行；回流混合槽2中同时接受来自磁粉回流混合槽1中带有磁粉的原水与再循环回流管5中配有氢氧化钠溶液与碳酸钠溶液的混合废水；在再循环管5中溶液水流搅拌作用下，磁粉与初步形成的氢氧化镁絮体、碳酸钙沉淀颗粒等相互粘附结合；并一起进入渣浆泵3中；渣浆泵3为大流量低转速离心泵，回流混合槽2中的磁粉、药剂等在离心泵内再次充分混合，在叶轮快速搅拌下，磁粉、碳酸钙与被打碎的氢氧化镁小絮体充分混合粘附；为确保化学反应及混合作用的充分进行，在渣浆泵3的出口管道上安装了再循环回流管5，其回流水量由回流量调节阀4进行调节，其目的在于充分混合和延长反应时间。
4.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于a加药口、b加药口安装在再循环回流管5上，其作用是使少量药剂与大量废水可以先经过循环管5内溶液的一次稀释混合，后经过回流混合槽2内的二次紊流搅拌混合，再经过渣浆泵3叶轮的三次快速搅拌混合，使磁粉与絮体混合更加均匀，化学反应更快速彻底；阴离子型PAM助凝剂通过加药口c添加在助凝剂加药槽6中；PAM添加后，混合溶液进入絮凝池7中；混合溶液在渣浆泵提供的压力下，利用套筒内固定旋流板7021、7031的旋流作用下可以快速且充分的混合；助凝剂PAM与溶液依次经过介质上升快速搅拌混合区S1，介质下降快速搅拌混合区S2，介质上升快速搅拌混合区S3，絮体成型过渡区S4，絮体低扰动充分成长区S5后，进入高密池8；固定旋流板为倾角为正、负30度左右的固定叶片，在筒壁上均匀分布，并沿筒壁方向可以多层布置。
5.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于为使助凝剂PAM与废水快速充分混合，快速混合区S1、S2、S3面积近似相等，以保证较高流速和旋流混合效果更好；混合后的PAM开始进行的网捕凝聚作用起始于絮体成型过渡区S4中，S4的面积约为快速混合区S1面积的3倍到5倍；面积增大、流速降低，可使小絮体在PAM高分子链的作用下凝聚成较大直径的絮体；絮体低扰动充分成长区S5面积等于或大于根据絮体不被扰动破坏需要的上升流速计算的最小面积。
6.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，其特征在于絮体从低扰动充分成长区S5到高密池8溢流处，采用可升降絮体限位板705控制；可以适用由于水质改变进行磁粉添加量变化或磁粉颗粒度调整后絮体密度变化导致的成型絮体破碎或絮凝效果不好的问题。
7.根据权利要求1所述的一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，本发明系统装置将氢氧化镁难沉降絮体与磁混凝技术紧密结合，在不添加聚铁、聚铝絮凝剂，只加少量阴离子PAM助凝剂时，就可以使氢氧化镁絮体沉降分离，并协同对废水中的重金属离子、有机物、色度、浊度等进行有效去除；达到废水零排放工艺后续膜法浓缩减量工艺或电渗析工艺更严格的进水水质要求；本发明系统装置系统简单，控制方便，无需大容积搅拌混合池，无需高功率快速搅拌器，还可以适应磁粉量或颗粒度调整后的变化调节；本发明系统装置创新采用了再循环泵体搅拌混合方式、加药多级混合方法、磁混凝絮体成长控制装置及方法、絮凝池到高密池溢流高度可调方式等新方法；凡利用本发明工艺原理及结构进行的相关技术研究及装置生产，均在本发明权利要求书保护范围内。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供了一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，该装置用于工业废水近零排放系统的预处理环节。预处理过程目的在于除钙镁硬度的同时去除有机物、浊度、色度、重金属离子等。使处理后的水质满足后续膜法水处理工艺或电渗析水处理工艺的更严格的进水水质条件要求。系统装置，包括磁粉回流混合槽，再循环回流混合槽，渣浆泵，回流量调节阀，再循环回流管，助凝剂加药槽，絮凝池，带斜管的高密度澄清池，排泥泵，磁粉分离组件，a、b、c药剂添加口，阀门，管道，搅拌装置，控制系统等共同组成。系统装置采用非常规磁絮凝技术所采用的工艺技术，采用了小池体、中转速、高效率的新型搅拌混合方式。在不添加聚铁、聚铝絮凝剂，只添加适量阴离子PAM助凝剂的条件下，利用磁混凝原理，解决了氢氧化镁絮体不易通过絮凝沉淀分离的技术难题。系统装置占地面积很小，絮凝效果好，加药量少，处理效率高。
本发明的系统装置是这样实现的：本发明磁混凝系统装置理论基础：是在相关磁混凝技术研究基础上，经过多次的小试、中试的实验过程中总结出来的，创造性的采用了回流磁粉添加在原水中，在磁粉与原水搅拌混合后，同时添加氢氧化钠溶液与碳酸钠溶液。利用氢氧化镁絮体会以水中预先混合的磁粉为晶核直接生长，形成最紧密的结合的效果。反应过程中产生的碳酸钙颗粒也同时参与絮体成核过程，相当于增加了部分重介质絮凝的作用。
进一步，由于前期形成的氢氧化镁絮体与磁粉结合，而磁粉在碱性条件下具有负zeta电位，与正电位的氢氧化镁絮体结合后会呈电中性，极大的改善了氢氧化镁絮体高正电位导致的絮体间斥力大、不易凝聚的缺点。因此，在添加PAM前，可以对初期絮体进行充分的混合搅拌且并不用担心对前期产生的絮体的破坏会造成后期絮体成长效果。实验过程中，磁粉目数为200目左右，混合阶段的搅拌转速在500转/分钟时，磁粉与氢氧化镁絮体的混合效果很好，添加PAM助凝剂后的絮凝状况效果好。
进一步，添加阴离子型PAM助凝剂后，PAM与溶液的混合需要快速、混合均匀，混合时间宜控制在20 40秒。快速混合后，絮体成长阶段要在尽量小的水流扰动条件下，避免絮体再次破碎，添加PAM助凝剂后形成的絮体破碎后，由于分子链的断裂，凝聚效果变差，不易被絮团再次吸附，容易导致产水的浊度超标。
本发明系统装置的为解决技术问题采用的具体的技术方案，一种高镁硬度工业废水的磁混凝系统装置，包括以下关键技术流程：A、磁粉添加与双碱法药剂添加及混合：磁粉在磁粉回流混合槽内与工业废水预混合：利用搅拌装置，将从污泥中分离出来的磁粉与溶液混合。由污泥带走的损失的少量磁粉，也要补充添加在磁粉回流混合槽内。
双碱法除硬度药剂的添加，由于氢氧化钠溶液及碳酸钠溶液添加量需要根据废水硬度添加，但一般情况的添加量仅为废水量的1%左右。几种量差巨大的溶液的均匀混合需要长时间的扰动，以往混合过程均采用在反应池内持续搅拌的方式，使药剂分配均匀。
本发明采用梯级多次混合方式，一次混合的氢氧化钠溶液及碳酸钠溶液均添加在再循环管道溶液中，与回流水进行初步稀释、混合、反应。回流水量约为总水量的20% 50%。二次混合在回流混合槽中，带有药剂的回流水与废水原水进行二次混合、反应。三次混合在步骤B的离心式叶轮输送搅拌过程，较高的离心泵转速搅拌下，促使混合与化学反应更加高效彻底。
B、磁粉颗粒作为絮体晶核的离心式叶轮混合及再循环混合过程。
磁混凝过程的核心问题在于如何使磁粉颗粒形成絮体的“晶核”，也就是使絮体的成长围绕磁粉颗粒进行，这样的话后期形成的絮体更加紧实，不易破碎。同时增加絮体密度，达到快速沉降的作用。其次，部分磁粉附着在成型絮体表面上，同样起到增加絮体密度，促使之快速沉降的效果。以晶核形式存在的磁粉的利用率高，效果更好。附着在絮体上的磁粉容易脱落，且与絮体的结合不均匀，易造成絮体间的密度差变大。
本发明利用半开式叶轮离心式的渣浆泵，利用其叶轮输送流体过程中400 700转/分钟的转速，将初步成型的氢氧化镁絮体打碎成微小絮体，并使其与预先混在溶液中的磁粉充分结合，形成了絮体晶核。
其中，渣浆泵可以根据磁粉添加量与工业废水密度按照半开式叶轮离心泵相关设计说明书进行设计选型。
泵的半开式叶轮选择弯曲叶片，控制叶轮转速范围小于500转/分钟。叶轮及蜗壳采用耐磨材质。渣浆泵出口管路流速不小于磁粉的临界沉降速度，管道采用不小于0.5%的坡度，渣浆泵扬程根据出口管路沿程阻力及局部阻力计算。
在渣浆泵出口设有流量调节阀门，用于根据加药后的混合反应速度调节再循环溶液流量，有利于磁粉混合与化学反应的彻底进行。
C、PAM添加后无反复搅拌的快速混合过程阴离子型助凝剂PAM，需提前配比成0.1% 0.2%浓度的熟化溶液。由于PAM的添加量仅为3ppm 5ppm,加药量更少，快速均匀混合难度更高。
本发明装置，PAM溶液在助凝剂加药槽中添加，利用水流在转向中的紊流效果进行一次混合。一次混合PAM后的溶液进入絮凝池中。絮凝池采用多级折流套筒的固定式絮凝结构。在水流经过的筒体内、外设有多级固定旋流板。旋流板的倾角可为30度左右、相邻旋流板的旋转方向相反。混合溶液在渣浆泵提供的压力下，高流速溶液会在套筒内固定旋流板处形成强烈的旋流。旋流使PAM与溶液产生快速均匀的混合效果。快速混合阶段设计混合时间20秒 40秒之间。
D、絮体无反复搅拌的成长过程均匀混合的含有PAM高分子助凝剂的溶液中，溶解的PAM高分子在絮体成型过渡区主要起网捕凝聚作用，通过增大过渡区水流面积，降低流速，使大絮体相对速度低于水流速度，更容易与相对水流速度高的小絮体的碰撞从而凝聚成更大的絮体。
随后，絮体进入低扰动充分成长区。充分成长区的水流截面积可以根据絮体不被扰动破坏需要的上升流速计算出最小面积。絮体在溶液中会形成絮体的聚集层，后续溶液中的微小絮体被水流带动经过絮体聚集层时，会被粘附过滤进一步去除。
整个混合过程，无一般磁粉絮凝池的反复搅拌过程。因此，成型的絮体基本不被破坏，絮凝效果更佳。
E、絮体从絮凝池到高密池的转移絮体从絮凝池到高密池的转移一般采用“溢流”的方式，磁絮凝过程产生的絮体溢流高度通常在液面以下，具体需要根据絮体密度计算得出。
在絮体密度一定的情况下，溢流高度过低，絮体会过早转移到高密池中，絮体层变薄，絮体的过滤捕集小絮体的作用降低，絮凝效果变差；溢流高度过高，成型絮体不能顺利转移到高密池中，会在絮凝池底部堆积，不能正常转移到高密池总。絮体会在持续水流反复流动经过的情况下，逐渐破碎成小絮体进入高密池。而从高分子PAM链上断裂下来的絮体，凝聚作用会变的很差，导致絮凝沉降效果变差。上述现象在磁粉颗粒度变化或磁粉添加量变化时问题尤为突出。
本发明系统装置采用可升降絮体限位板控制溢流高度。可以解决由于水质改变进行磁粉添加量变化或磁粉颗粒度调整后絮体密度变化导致的成型絮体破碎或絮凝效果不好的问题。
F、絮体中磁粉分离及回流过程本发明系统装置，根据磁混凝过程污泥产量，选用高速剪切解絮机。利用其特殊结构，将高密池沉淀分离出来的夹带有磁粉的絮体进行初步破碎并分离，密度小的污泥随泥水排放收集，分离出的磁粉经过高梯度电磁铁或永磁磁分离装置进行附磁分离，回收的磁粉回流到磁粉回流混合槽内，完成磁粉的循环利用。目前的磁粉分离回收率可高达99%以上。被污泥带走的部分磁粉，需要在磁粉回流混合槽内补充添加。
本发明的有益效果是：（1）磁粉在磁粉回流混合槽内与原水直接混合，氢氧化镁絮凝物产生时与磁粉颗粒共存，磁粉更容易形成絮体晶核；通过渣浆泵半开式叶轮的剧烈搅拌，磁粉与破碎的小絮体结合效果更好。由于在高PH值条件下，氢氧化镁呈正zeta电位，而磁粉呈负zeta电位，两者充分混合后形成的磁粉 氢氧化镁絮体zeta电位更容易趋于电中性，更容易产生凝聚作用。
（2）好的凝聚作用，使后续不再需要添加聚铁絮凝剂或聚铝絮凝剂实现电中和及网捕用。同时解决了高PH值条件下，聚铁絮凝剂与聚铝絮凝剂添加后会直接产生氢氧化物沉淀，不能具有电中和及网捕作用的难题。减少了絮凝剂的添加，减少了运行费用。
通过磁粉添加混合后呈zeta电位中性的絮体,降低了阴离子PAM助凝剂的电位中和需要量，只需要PAM的架桥网捕絮凝作用，减少了PAM添加量。
（3）多级加药混合性能：少量的投加药剂，需要更长的水力停留时间和搅拌时间才可以混合均匀。本发明采用分级混合、半开式离心叶轮快速搅拌、再循环混合方式，不再需要以往磁絮凝分别设PH调节池、碳酸钠加药池、絮凝剂+磁粉混凝池、磁絮凝池的分体设计。减少了系统占地面积，减少初投资。
（4）添加PAM后的快速搅拌过程、絮体成长过渡过程、絮体成型过程没有反复搅拌的过程，提高了絮凝沉降效果。
（5）可调絮体溢流高度控制，在水质变化需要进行磁粉颗粒度调整、磁粉添加量调整时，仅需要进行溢流高度的调整，就可以保持好的絮凝效果。
（发明人：杜建伟;陈丕显;马爱;陶兴国;解传海）
