一种针对钙离子的废水软化设备系统的制作方法

1.本实用新型属于环保治理领域，特别是工业废水除硬领域。具体涉及一种针对钙离子的废水软化设备系统。


背景技术：

2.为了满足环保法规，契合可持续发展理念，并承担更多社会责任义务，目前在工业生产中，鼓励对外排的工业废水进行资源化回用与近零排放处理。这也能从侧面上助力国家双碳战略的实施。很多生产外排废水中含有大量硬度离子，如循环冷却水排水、脱硫废水、酸碱再生废水、高盐矿井水等，并且水质波动较大。较高水质硬度，使得相关水处理技术设备存在结垢风险，增加了运行维护成本，且严重影响了从工业废水中提取淡水如反渗透等方法的进一步处理。因此需对待回收的废水进行软化处理。
3.经调研，现有环保方法中应用的硬度废水软化技术主要有化学加药类方法、纳滤分盐技术、离子树脂吸附技术等。其中，纳滤分盐技术的设备投资成本较高，且目前纳滤膜的一二价离子分盐效果仍有待进一步提高。离子树脂法不适宜处理硬度高盐度高的废水。而化学加药方法有较多实施方案，如二级加药方法氢氧化钙加碳酸钠的方案，氢氧化钠加碳酸钠方案，以及三级加药方法硫酸钠、氢氧化钙加碳酸钠等。当使用化学加药方法来处理高硬度工业废水时，会存在如下一系列问题，一是二级或三级加药装置需进行联动，增加了运行的繁琐，以及加药配药系统的配置较多；二是废水硬度含量较高时，药剂投加量相应大幅增加，运行成本也急剧增多，反应的沉淀与外排污泥量也随之增加；三是进水水质存在波动，加药量控制难度增加，多级反应尤其存在加药量不准确、药剂利用率降低、出水水质硬度含量经常不达标的问题。考虑到废水的进一步的回收处理，为满足后续浓缩方法的稳定运行，在处理高硬度工业废水恶劣水质时，软化处理的经济成本和运行管理压力非常大。
4.申请号202110467369.3的专利公开了一种电厂脱硫废水单因素深度软化与污泥资源化的处理系统和方法，该方法系统仅需设置单级加药装置和单级反应槽，仅需去除废水中的硫酸根离子即可实现电厂脱硫废水的深度软化，进而减少药剂投放，简化方法流程，降低处理成本，并可大幅度减少污泥产量，产生的污泥可资源化回收利用。但是该方法及系统针对的是电厂脱硫废水或含钙量不高的废水，因为当硫酸根离子含量由50mg/l降低至20mg/l时，在保证废水中无结晶盐析出的前提下，钙离子的含量可以从5000mg/l增至12500mg/l，而电厂脱硫废水中的钙离子含量一般在1000～6000mg/l范围内，因此将硫酸根离子单独沉淀后去除，完全可以保证软化水质的达标，然而当水质不再是电厂脱硫废水时，或废水的含钙离子浓度高时，针对硫酸根离子的废水软化处理将不再合适。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种针对钙离子的废水软化设备系统，以从技术角度和经济角度出发去解决高硬度废水处理中加药量大繁琐、不易控制、出水硬度不达标或后续处理压力大的问题。
6.本技术的目的是提供一种针对钙离子的废水软化设备系统，包括依次连接的进水装置、反应装置、澄清装置和阳离子交换树脂流化床，所述进水装置的数量为两个，分别是第一进水装置和第二进水装置，通过所述的第一进水装置和第二进水装置交替进水至所述反应装置中，所述反应装置用于单一去除钙离子。
7.采用上述技术方案，将系统最前端进水装置设置为均化装置或原水箱，并设计为两套，使得进水和出水在两个进水装置内交替运行，既保障水质水量的充分缓冲，也保障工艺的连续进水与处理，在这里进行水质检测便于后面的反应装置根据水质指标控制化学加药，使得加药量稳定、准确。该系统对硬度废水进行软化处理，是为了在后期进一步的膜浓缩或热浓缩处理过程中，抑制废水中的硬度离子达到难溶化合物溶度积上限，为了避免晶体析出，从而污堵膜空隙或设备流道。废水中影响较大的难溶化合物主要为硫酸钙、氢氧化镁沉淀，后者可通过调水质弱酸性进行控制。而硫酸钙析出物，比较难以有效控制。硫酸钙在水中的溶度积常数ksp为3.16
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，废水中由于盐效应和同离子效应的影响，该难溶化合物的溶解度会有所提升，具体受水质成分含量与温度等条件影响。当钙离子含量由50mg/l降低至5mg/l时，在保证废水中无结晶盐析出的前提下，硫酸根的含量可以扩大1个数量级，如从5000mg/l波动至50000mg/l，此时，钙离子指标的有效控制，依然可以保证软化水质的达标，保障后续膜浓缩液避免结晶。而相应地，化学药剂只是去除了45mg/l的钙，钙离子加药量非常小，同时也完全可以避免大量硫酸钙含量所需要的软化加药量。以上举例分析说明，在废水化学软化过程中，根据影响关键因素，只是单方面地严格控制钙离子的含量，可以满足软化要求。
8.进一步地，所述反应装置连接配药装置。所述配药装置内装有可使得钙离子生成沉淀的药剂。所述药剂为氯化铝、硫酸铝、氟化钠、碳酸钠、氟化钠中的一种或两种组合药剂。为了优化反应条件，利于钙离子等沉淀结晶析出，可选择性地初步投加少量石灰乳，将废水ph控制在8.0以上。
9.进一步地，所述设备系统还包括脱水机。
10.更进一步地，所述脱水机设置在所述澄清装置前。脱水后的滤液进入到澄清装置中，脱水后的底泥收集堆积，间断地委外输送处理。
11.进一步地，所述澄清装置为澄清池。澄清池根据具体工况条件，可选择性地使用竖流式澄清池、高密度澄清池、机械加速澄清池、一体化澄清池等。
12.进一步地，所述澄清装置后设有过滤器。用于对澄清装置上清液进行悬浮固体再过滤。
13.更进一步地，所述过滤器为多介质过滤器、中空纤维微滤膜、管式微滤膜、管式超滤膜、安保过滤器、碟片式过滤器中的一种或多种。
14.更进一步地，所述过滤器与所述澄清装置之间连接有第一回流管。用于将过滤器过滤出的滤渣返回至澄清装置中。
15.更进一步地，所述澄清装置与所述脱水机之间还通过第二回流管连接。便于将澄清装置的沉降底泥进行脱水处理得到污泥，污泥作为固废拉送出厂，委外进行处理。
16.更进一步地，所述脱水机为板框压滤机、离心脱水机、真空皮带式脱水机、或叠螺式脱水机中的一种，并根据废水含固率等工况进行具体选用。
17.进一步地，所述阳离子交换树脂流化床软化处理后还进行周期性地阳离子交换树
脂转型处理。
18.进一步地，所述阳离子交换树脂流化床为可通过含镁溶液转型的转型阳床。
19.进一步地，所述阳离子交换树脂流化床为可通过氯化镁溶液转型的转型阳床。
20.采用上述技术方案，转型阳床中的含镁溶液将强酸性离子树脂的磺酸基官能团上氢离子转化为磺酸镁离子，从而使得阳床具有优先选择性地吸附钙离子的效果。这是因为离子交换树脂中，其已经含有镁离子，导致了钙离子吸附速率快于镁离子和钠离子吸附速率，进而达到钙离子优先吸附的效果，这不同于一般的阳床，对所有阳离子都能够进行吸附。转型离子树脂的再生水主要为氯化钙氯化镁盐水。
21.本实用新型具有以下有益效果：
22.1、本实用新型设备系统，相对于现有常用软化系统，流程得到了优化简化，出水水质可满足后反渗透、电渗析、纳滤等高浓缩倍率膜设备的耐结垢稳定运行。
23.2、本实用新型设备系统，其化学加药量相比于现有化学加药工艺大大减少，可有效降低软化运行成本，大幅度减少污泥量，减少配药溶液引入用水。
24.3、本实用新型设备系统，深度软化处理只使用阳床，目标为选择性地去除钙离子单一指标，无需阳床、阴床和阴阳混床、除碳器等搭配使用，避免常规水处理工艺的繁琐流程，减少相应投资和运行维护成本。
25.4、本实用新型设备系统，尤其适合高硬度含量的工业废水的软化处理，在处理钙含量低、硫酸根碳酸氢根含量高的工业废水时成本优势可进一步扩大。
附图说明
26.图1为本实用新型一种针对钙离子的废水软化设备系统示意图；
27.附图说明：1、第一进水装置；2、第二进水装置；3、反应装置；4、脱水机；5、澄清装置；6、过滤器；7、ph调节装置；8、阳离子交换树脂流化床；9、配药装置。
具体实施方式
28.下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的说明。
29.实施例1
30.一种针对钙离子的废水软化设备系统，如图1所示，包括依次连接的进水装置、反应装置3、澄清装置5和阳离子交换树脂流化床8，进水装置的数量为两个，分别是第一进水装置1和第二进水装置2，通过所述的第一进水装置1和第二进水装置2交替进水至所述反应装置3中，所述反应装置3用于单一去除钙离子。
31.具体地如图1所示，第一进水装置1和第二进水装置2均为原水箱，或均为均化池，反应装置3为常规的反应池，反应装置3连接配药装置9，配药装置9可以为配药箱也可为其他的常规的加药系统等。配药装置9内装有可使得钙离子生成沉淀的药剂。药剂为氯化铝、硫酸铝、氟化钠、碳酸钠、氟化钠中的一种或两种组合药剂。为了优化反应条件，利于钙离子等沉淀结晶析出，可选择性地初步投加少量石灰乳，将废水ph控制在8.0以上。
32.具体地如图1所示，澄清装置5为澄清池，澄清池根据具体工况条件，可选择性地使用竖流式澄清池、高密度澄清池、机械加速澄清池、一体化澄清池等。
33.具体地如图1所示，设备系统还包括脱水机4，脱水机4设置在澄清装置5前。
34.具体地如图1所示，脱水机4为板框压滤机、离心脱水机、真空皮带式脱水机和叠螺式脱水机中的一种，并根据废水含固率等工况进行具体设计选用。
35.具体地如图1所示，澄清装置5后设有过滤器6。用于对澄清装置4上清液进行悬浮固体再过滤。过滤器6为多介质过滤器、中空纤维微滤膜、管式微滤膜、管式超滤膜、安保过滤器和碟片式过滤器中的一种或多种。
36.具体地如图1所示，过滤器6与澄清装置5之间连接有第一回流管。
37.具体地如图1所示，澄清装置5与脱水机4之间还通过第二回流管连接。
38.具体地如图1所示，阳离子交换树脂流化床8前设置ph调节装置7，ph调节装置7为ph调节箱或管道静态混合器。
39.下面就具体的不同种类的废水处理进行举例说明，其中出水水质只控制钙离子和ss。该工艺只除硬，但是可作为一个工艺单元与其他水质指标控制设备进行组合耦合使用。
40.试验例1火电脱硫废水的处理
41.本试验例采用本实用新型设备系统对火电脱硫废水进行处理，火电脱硫废水水质如下表1所示：
42.表1火电脱硫废水水质特征表
[0043][0044]
表1是火电脱硫废水水质特征表，其中某些组分含量括号内为该含量的某一时间段内的范围值，具体数值为某一时间点下某一次的检测数值，该次火电脱硫废水处理具体情况如下：
[0045]
火电脱硫废水先交替经过两个原水箱进行存储、缓冲，两个原水箱内均含电动搅拌装置。然后经缓冲的废水连续进入到一级反应槽中，由配药箱和加药系统投加石灰乳，控制ph≥8，再加入磷酸铝，控制ph≥9.5。具体的加药药剂量根据原水箱出水水质进行调整，并且在110％-125％过量药剂摩尔比率内。经加药反应后的废水进入至板框压滤机中进行固液分离。经过板框压滤机脱出的水经澄清池和多介质过滤器处理后，澄清水进入到下一级管道静态混合器，进行ph中和处理，控制出水ph在6.0-7.5之间。沉淀底泥由板框压滤机进行脱水处理。中和出水经过安保过滤器后进入到转型阳床进行处理，最后得到软化产水。软化产水中的钙离子含量可控制在5mg/l以下，ss指标控制在20mg/l以下。
[0046]
试验例2高矿化度矿井水的处理
[0047]
本试验例采用本实用新型设备系统对高矿化度矿井水进行处理，高矿化度矿井水水质如下表2所示：
[0048]
表2高矿化度矿井水水质特征表
[0049]
序号项目单位指标序号项目单位指标1ph 6～914总锌(zn)mg/l22色度 4015氯根mg/l5000～180003化学需氧量mg/l～15016硫酸根mg/l4000-120004悬浮物(ss)mg/l7017tds％2％～5％5硫化物mg/l0.5818钙(ca
2
)mg/l2000-100006氟化物mg/l3019镁(mg
2
)mg/l600-100007氨氮mg/l5020na

k

mg/l大于20008总汞(hg)mg/l0.0521hco
3-mg/l2009总镉(cd)mg/l0.122so
32-mg/l50-10010总铬(cr)mg/l1.523simg/l70-10011总砷(as)mg/l0.524no
3-mg/l100-50012总铅(pb)mg/l125b(硼)mg/l10-40013总镍(ni)mg/l1
ꢀꢀꢀꢀ
[0050]
高矿化度矿井水的水质特点如下：一是盐度高，tds约在1000-10000mg/l，其中钙离子含量在2000-10000mg/l，二是多数情况下比较浑浊，色度高，污染物主要为悬浮物(ss)，水质变化较大，悬浮物浓度变化大，其悬浮物含量远高于地表水，感官较差；三是悬浮物颗粒直径小、比重较小、沉降速度较慢，矿井水中悬浮物颗粒直径一般只有2～8μm，超过85％的悬浮物粒径在50μm以下。
[0051]
高矿化度矿井水处理具体如下：
[0052]
高矿化度矿井水交替经过两座均化池的水量缓冲、水质均化作用后，进入到反应池中，由配药箱和加药系统根据水质钙离子含量指标投加定量药剂，生成碳酸钙和钙矾石沉淀，以及少量硫酸钙沉淀。经加药反应后的废水进入至离心脱水机中进行固液分离。经过离心脱水机分离出的水经澄清池和管式膜处理后，沉淀底泥由离心脱水机脱水处理，澄清水进入到下一级ph调节箱，水力停留时间20min以上，加入盐酸药剂搅拌，进行废水酸碱中和。控制出水ph在6.5-7.0之间。中和出水经过常规的碟片式过滤器进入到转型阳床进行处理。软化产水钙离子含量可控制在5mg/l以下，ss指标控制在10mg/l。
[0053]
综上所述，本实用新型水质软化设备系统，尤其适用于高硬度的含盐工业废水的深度软化处理。设备系统为双交替进水、单级化学软化加药与转型树脂阳床的联合特殊设计，针对钙离子单一处理，使得加药种类和加药量减少，能有效降低软化处理成本，充分应对水质波动，大幅减少污泥产生量，可满足后反渗透、电渗析、纳滤等高浓缩倍率膜设备的耐结垢稳定运行。
[0054]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解依然可以对本实用新型实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本实用新型实施例技术方案的范围。