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高含盐高硬度废水化学软化预处理工艺

中国污水处理工程网 时间:2022-4-25 10:46:51

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  目前,大部分化工企业都进行了生产废水资源化综合利用,采用物化法处理工艺,工艺流程主要采用高密度沉淀去除硬度+V型滤池过滤,其工艺的技术核心是采用了石灰软化法,降低了回用水的水质硬度,同时投加酸调节pH值至中性。针对高含盐高硬度废水一般采用石灰软化法进行软化处理,即在高硬度废水中依次加入一定量的消石灰和碳酸钠,使得水中的镁离子和钙离子反应分别生成氢氧化镁和碳酸钙沉淀,可使废水中的硬度降低到65~205mg/L。

  本工程采用液碱-纯碱为核心的化学软化法预处理工业高含盐高硬度浓水,浓盐水进入废水调节池进行水质水量调节,调节池出水由泵提升至高密度沉淀池,在高密度沉淀池前端分别加入氢氧化钠、碳酸钠等药剂后,通过高效絮凝沉淀去除水中的固体悬浮物、硬度、部分COD等污染物,高密度沉淀池出水进入V型滤池过滤后出水进入澄清水池,工程上取得了良好的除硬效果,为工业废水零排放的开发应用提供了工程实践依据。

  1、工程概况及方法

  1.1 工程概况及原水水质

  本项目为高含盐废水“零”排放处理工程的预处理段,原水为某工业园区30000m3/d工业废水,其处理工艺采用超滤+反渗透工艺处理系统排放的高含盐高硬度浓水,该处理系统水回收率66.7%,其余将排放的高含盐废水10000m3/d,该浓水总硬度为1900~3200mg/L,总溶解固体TDS≤9000mg/L,NaCl≤3000mg/L,Na2SO4≤6000mg/L。本工程针对10000m3/d高含盐高硬度浓水进行化学软化预处理,采用高密度沉淀+V型滤池工艺的工艺流程,液碱-纯碱为核心的化学软化法,软化预处理设计目标为硬度≤100mg/L,浊度≤1NTU。

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  1.2 药剂及仪器

  软化药剂:液碱(NaOH溶液),质量分数30%;碳酸钠溶液,配制质量分数10%;硫酸:质量分数30%;聚丙烯酰胺(PAM)溶液;聚合硫酸铁(PFS)溶液;2100Q型便携式浊度仪。

  1.3 软化工艺流程

  本工程预处理浓水10000m3/d,该浓水经提升泵提升进入高密池,在进水处投加液碱调节原水pH至11.2,在一级搅拌区再投加碳酸钠溶液调节pH为11.5,然后在一级和二级搅拌区出口分别加入聚合硫酸铁(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)溶液,进入中心筒搅拌反应,出水进入沉淀区,经过斜板沉淀区后,出水经收集槽进入后混池,在后混池加入硫酸调节pH至8左右。出水依高程进入V型滤池,滤池滤料为石英砂,可以去除高密池中没有沉淀下来的悬浮颗粒,经过滤后出水进入澄清水池。

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  1.4 软化原理

  当前,水的软化处理方法分为以下几种:第一种方法是根据溶度积原理,在硬水中加入药剂,与水中的镁、钙离子反应生成难溶沉淀,将这种方法称之为沉淀软化法或者药剂软化法;第二种方法是离子交换软化法,主要是根据离子交换原理,离子交换剂中的阳离子Na+或H+和废水中的钙、镁离子进行反应,起到软化的效果;第三种方法主要基于电渗析理论,考虑离子交换膜针对不同离子的选择透过性,通过外加直流电场作用,利用离子迁移作用,在对废水进行局部除盐的同时,起到软化废水的目的。

  在本工程中,主要基于上述第一种方法中用到的溶度积原理,通过将废水中的钙离子和镁离子生成难溶沉淀而达到软化的目的。有关沉淀化合物的溶度积及溶解度见表1。

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  高盐水中硬度主要是钙、镁离子,依次投加液碱和碳酸钠溶液,根据表1中的溶度积及溶解度,产生如下的主要化学反应:

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  1.5 分析方法

  硬度(总硬度和钙硬度):EDTA滴定法;pH值:玻璃电极法;浊度:浊度仪。

  2、系统运行结果与分析

  2.1 主要建构筑物设计参数

  2.1.1 高密池

  1座,分为2格,半地下钢筋混凝土结构,内防腐。结构尺寸:19.9m×19.1m×6.5m;有效水深:5.5m;有效容积1350m3;停留时间2.7h。

  2.1.2 V型滤池

  1座,分为2格,半地下钢筋混凝土结构,内防腐。结构尺寸:9.5m×18.4m×4.2m;过滤速度:7.5m/h;气洗强度:15L/(m2·s);水洗强度:4L/(m2·s)。

  2.1.3 澄清水池

  1座,地下式钢筋混凝土结构,内防腐。结构尺寸:27.3m×14.0m×4.5m;有效水深4.0m;有效容积1500m3。

  2.1.4 污泥池

  1座,半地下钢筋混凝土结构,内防腐。结构尺寸:18.7m×10.2m×4.5m;有效水深4.0m;有效容积750m3。

  2.1.5 软化加药间及污泥脱水间

  1座,框架结构,软化加药间含酸间、液碱间和其它加药系统间(含碳酸钠加药系统,絮凝剂和助凝剂加药系统),碳酸钠加药系统采用150m3的料仓一个,通过变频调节给料阀转速进行定量,然后经螺旋输送机输送至配药罐进行配药,助凝剂采用具有加热功能的全自动加药装置。污泥脱水间有板框污泥脱水机4台,3用1备。

  2.2 工程运行调试

  本工程2015年3月25日建成开始试运行,调试分单元调试和全系统联合调试,首先进行单元调试,分别为化学软化系统、加药系统、过滤系统及污泥脱水系统设备凋试,确保各单元设备能稳定正常运行;然后进行全系统调试及确定液碱、碳酸钠、PFS、PAM和硫酸等药剂的最佳投加量。

  最佳投加量的确定方法:首先取样测定原水的水质,根据原水水质计算投加液碱和碳酸钠软化药剂的理论量,试运行时根据理论量进行药剂投加;通过检测出水水质,调整理论加药量相应的倍数,最终找出合适的理论加药量的倍数,即为软化药剂的最佳投加量。

  2.3 运行结果

  运行初期按照理论计算量投加液碱和碳酸钠,投加PAC为500L/h,投加PAM为250L/h,运行过程中发现高密度沉淀池产生白色沉淀物沉淀效果差,很多白色絮状物经集水槽排出。我们及时分析原因,取水样进行絮凝剂和助凝剂的小试实验,发现投加PAM偏小,而投加PAC降低至150L/h,加大PAM的投加量至600L/h,絮凝沉淀的效果很好。然后及时调整PAC和PAM加药量,高密度沉淀池的沉淀效果明显转好,然后对出水进行取样根据检测结果调整液碱和碳酸钠的加药量。

  经过1周的连续试运行,软化系统基本稳定运行,并确定了软化药剂的最佳投加量。浓水处理量10000m3/d,投加液碱调节原水pH值至11.2,投加量约为理论投加量的1.8倍,投加碳酸钠为理论投加量的1.2倍,投加PAC为150L/h,投加PAM为850L/h。取原水化验水质,原水每4小时取样一次,根据原水水质调整加药量,其原水水质见表2。确定加药量开始运行,高密池和V型滤池的出水每4小时取水样化验一次,其结果见表2。

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  从运行的结果中可以看出,出水水质稳定,总硬度稳定的降低至100mg/L以下,浊度降到1NTU以内。  

  3、结论

  针对某工业园区产生的高含盐高硬度浓水,本工程采用液碱-纯碱的化学软化工艺对该废水进行预处理。

  通过高密池投加液碱调节废水pH值至11.2,投加量约为理论投加量的1.8倍,之后投加纯碱,投加纯碱为理论计算量的1.2倍,然后投加絮凝剂和助凝剂在斜板沉淀区沉淀后,出水用硫酸调节pH值至8左右,出水总硬度<100mg/L。高密池出水通过V型滤池过滤后出水浊度小于1NTU。达到了设计前的技术要求,完全满足进入后续处理单元的水质要求。(来源:中联西北工程设计研究院有限公司,西北工业大学,陕西航天机电环境工程设计院有限责任公司)

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