本發(fā)明涉及一種針對高鎂低鈣含量的脫硫廢水進(jìn)行軟化預(yù)處理的裝置及方法，該裝置可減少軟化過程中沉淀物的生成量、降低軟化劑的投加量和成本，屬于環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

為了達(dá)到國家對火電機組so2日趨嚴(yán)格的排放限制，國內(nèi)大多數(shù)火電廠均加裝了煙氣脫硫設(shè)備。其中，石灰石-石膏濕法煙氣脫硫技術(shù)由于工藝成熟可靠、煤種適應(yīng)性強得到了最廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)在脫除煙氣so2的同時，也產(chǎn)生了成分復(fù)雜、水質(zhì)惡劣和危害極大的廢水(懸浮物含量高、鹽含量超高、重金屬含量超標(biāo)等)。隨著國務(wù)院《水污染行動計劃》的提出，國家對廢水排放的限制將更加嚴(yán)格，火電廠脫硫廢水零排放成為了業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點。因脫硫廢水水質(zhì)非常復(fù)雜，目前多種廢水零排放技術(shù)(如煙道蒸發(fā)、蒸發(fā)結(jié)晶等)均需采用膜過濾技術(shù)(如反滲透、納濾等)對廢水進(jìn)行選擇性分離、濃縮和提純等。由于脫硫廢水往往硬度很高，容易對膜孔造成堵塞，因此需先對廢水進(jìn)行軟化預(yù)處理。

高鎂低鈣含量的脫硫廢水是一種典型的廢水水質(zhì)，其mg²⁺濃度可達(dá)1-2萬mg/l，ca²⁺濃度約為500-1000mg/l。在常規(guī)的廢水軟化預(yù)處理過程中，熟石灰-純堿法被常用來沉淀分離溶液中的ca²⁺和mg²⁺。然而對于高鎂低鈣含量的脫硫廢水，該常規(guī)方法存在沉淀生成量大、軟化劑的消耗量和成本過大的問題(需投加的軟化劑和生成的沉淀量可達(dá)廢水重量的10％以上，軟化劑成本可達(dá)100-200元/噸)。由于在酸性環(huán)境下mg²⁺幾乎不會結(jié)垢，而ca²⁺會與廢水中的so4^2-形成caso4堵塞后續(xù)處理工藝中的濾膜，因此對于該類型的脫硫廢水，選擇性地分離ca²⁺不僅可以提高軟化效率，更能降低藥劑成本，是實現(xiàn)高效低成本軟化預(yù)處理的關(guān)鍵。

黎新等(分步沉淀法去除稀土廢水中鈣鎂的研究.水處理技術(shù)，2016，42(7)：88-92)對稀土廢水處理的實驗表明，向溶液中添加草酸可在不影響mg²⁺濃度的同時將大部分ca²⁺沉淀分離。然而，由于該研究使用的草酸是一種有機酸，為了保持廢水一定的ph需額外向其中添加氨水中和，如果直接應(yīng)用于脫硫廢水，會增加軟化成本和工藝復(fù)雜性，同時會給廢水添加nh4⁺，產(chǎn)生新的污染物需進(jìn)一步處理；此外，該研究針對的稀土廢水水質(zhì)與脫硫廢水存在很大差異(如其懸浮物含量僅為4mg/l以下，而脫硫廢水的懸浮物含量可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬mg/l；其鎂鈣離子濃度比僅為5:1，而高鎂低鈣含量的脫硫廢水mg²⁺濃度可達(dá)ca²⁺的15-20倍；其溶液為中性，而脫硫廢水為弱酸性)，不能直接用于脫硫廢水軟化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提供一種針對高鎂低鈣含量的脫硫廢水的軟化預(yù)處理裝置及方法，可以選擇性地將ca²⁺從廢水中分離，有效降低沉淀生成量、軟化劑的消耗量和成本。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案是：

一種高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理裝置，包括依次連通的沉降池、軟化池、絮凝池和澄清池；

所述沉降池底部接有第一排泥管道；

所述軟化池頂部接有晶種投放管道和第一藥劑投放管道，所述軟化池底部接有第二排泥管道；

所述絮凝池頂部接有第二藥劑投放管道，所述絮凝池底部與所述第二排泥管道連通；

所述澄清池底部與所述第二排泥管道連通。

進(jìn)一步的，所述軟化池內(nèi)部設(shè)有第一攪拌裝置，所述絮凝池內(nèi)部設(shè)有第二攪拌裝置。

進(jìn)一步的，所述沉降池、軟化池、絮凝池和澄清池底部均呈錐形。

進(jìn)一步的，所述第二排泥管道和軟化池頂部之間設(shè)有晶種回流管道。

基于上述高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理裝置進(jìn)行高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理的方法，包括以下步驟：

步驟1，脫硫廢水進(jìn)入沉降池，設(shè)置水力停留時間為1-2h，脫硫廢水中的懸浮物沉降至池底，由第一排泥管道排出，同時沉降池內(nèi)部得到沉降廢水；

步驟2，所述沉降廢水進(jìn)入軟化池，經(jīng)第一藥劑投放管道向軟化池投加藥劑a，通過第一攪拌裝置提升軟化反應(yīng)效率，將沉降廢水中的ca²⁺沉淀；同時經(jīng)晶種投放管道向軟化池投加晶種，控制晶種與沉降廢水質(zhì)量比為2‰-5‰，設(shè)置水力停留時間為1-2h，沉淀物由第二排泥管道排出，軟化池內(nèi)部得到軟化廢水；

步驟3，所述軟化廢水進(jìn)入絮凝池，經(jīng)第二藥劑投放管道向絮凝池投加組合藥劑b，通過第二攪拌裝置加快軟化廢水中懸浮物的絮凝速度，沉淀物由第二排泥管道排出，絮凝池內(nèi)部得到混凝廢水；

步驟4，所述混凝廢水進(jìn)入澄清池，沉淀物進(jìn)一步被沉降分離，并經(jīng)第二排泥管道排出，澄清池內(nèi)部得到出水。

進(jìn)一步的，所述藥劑a為草酸鈉，所述組合藥劑b為絮凝劑和助凝劑，所述晶種為一水草酸鈣。

進(jìn)一步的，步驟2中投加草酸鈉后，控制所述沉降廢水中草酸鈉的摩爾濃度為ca²⁺摩爾濃度的1-1.5倍。

進(jìn)一步的，軟化池產(chǎn)生的部分沉淀物經(jīng)第二排泥管道和晶種回流管道回到軟化池，作為補充晶種。

進(jìn)一步的，由第一排泥管道排出的沉淀物可作為石膏副產(chǎn)品使用。

本發(fā)明的有益效果為：

1.可將脫硫廢水中的ca²⁺選擇性分離，在不影響mg²⁺濃度的前提下對廢水進(jìn)行軟化，殘留ca²⁺濃度約為原水中ca²濃度的10％-15％；

2.軟化過程在原廢水酸性條件下即可進(jìn)行，不需向廢水添加中和藥劑；

3.減少了沉淀物生成量，降低軟化劑的投放量和成本；

4.以草酸鈉為軟化劑，不會改變廢水原ph；

5.緩解了后續(xù)膜處理過程中廢水所含懸浮物和caso4對膜孔的堵塞問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-沉降池，2-軟化池，3-絮凝池，4-澄清池，5-第一攪拌裝置，6-第二攪拌裝置，7-第一排泥管道，8-晶種回流管道，9-第二排泥管道，10-晶種投放管道，11-第一藥劑投放管道，12-第二藥劑投放管道。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

如圖1所示，提供一種高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理裝置，包括依次連通的沉降池1、軟化池2、絮凝池3和澄清池4；

所述沉降池1底部接有第一排泥管道7；

所述軟化池2頂部接有晶種投放管道10和第一藥劑投放管道11，所述軟化池2底部接有第二排泥管道9；

所述絮凝池3頂部接有第二藥劑投放管道12，所述絮凝池(3)底部與所述第二排泥管道9連通；

所述澄清池4底部與所述第二排泥管道9連通。

所述軟化池2內(nèi)部設(shè)有第一攪拌裝置5，所述絮凝池3內(nèi)部設(shè)有第二攪拌裝置6。

所述沉降池1、軟化池2、絮凝池3和澄清池4底部均呈錐形，其底部尖端接第一排泥管道7或第二排泥管道9。

所述第二排泥管道9和軟化池2頂部之間設(shè)有晶種回流管道8，該晶種回流管道8與第二排泥管道9相通，軟化池2產(chǎn)生的部分沉淀物經(jīng)第二排泥管道9和晶種回流管道8回到軟化池2，作為補充晶種。

基于上述高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理裝置進(jìn)行高鎂低鈣脫硫廢水軟化預(yù)處理的方法，包括以下步驟：

步驟1，脫硫廢水進(jìn)入沉降池1，設(shè)置沉降時間為1-2h，得到沉降廢水；脫硫廢水中的懸浮物沉降至池底，由第一排泥管道7排出，排出物可作為石膏副產(chǎn)品綜合利用；

步驟2，沉降池上部的沉降廢水進(jìn)入軟化池2，經(jīng)第一藥劑投放管道11向軟化池2投加藥劑a，通過第一攪拌裝置5加速軟化反應(yīng)速度，將沉降廢水中的ca²⁺沉淀，所述藥劑a為草酸鈉，步驟2中投加草酸鈉后，控制所述沉降廢水中草酸鈉的摩爾濃度為ca²⁺摩爾濃度的1-1.5倍。為了提高沉淀分離效果，同時經(jīng)晶種投放管道10向軟化池2投加晶種，控制晶種與沉降廢水質(zhì)量比為2‰-5‰，設(shè)置水力停留時間為1-2h，所述晶種為一水草酸鈣。沉淀物由第二排泥管道9排出，軟化池2內(nèi)部得到軟化廢水。軟化池2產(chǎn)生的部分沉淀物經(jīng)第二排泥管道9和晶種回流管道8回到軟化池，作為補充晶種。

步驟3，所述軟化廢水進(jìn)入絮凝池3，經(jīng)第二藥劑投放管道12向絮凝池3投加組合藥劑b，所述組合藥劑b為絮凝劑和助凝劑。通過第二攪拌裝置6加快軟化廢水中懸浮物的絮凝速度，沉淀物由第二排泥管道9排出，絮凝池3內(nèi)部得到混凝廢水；

步驟4，所述混凝廢水進(jìn)入澄清池4，沉淀物進(jìn)一步被沉降分離，并經(jīng)第二排泥管道9排出，澄清池4內(nèi)部得到出水。

以某典型高鎂低鈣含量脫硫廢水軟化為例，其mg²⁺和ca²⁺的濃度分別為15000mg/l和800mg/l。若采用常規(guī)熟石灰-純堿的軟化方法，每噸廢水理論上需加入熟石灰和純堿共約120kg，僅軟化劑成本高達(dá)150元/噸，此外還會產(chǎn)生100kg左右的沉淀物需清理，嚴(yán)重影響到了廢水處理效率和經(jīng)濟(jì)效益。若采用本發(fā)明所述的裝置及方法，每噸廢水理論上只需投加草酸鈉3kg左右，軟化劑成本僅為18元/噸左右，產(chǎn)生沉淀量約為3kg，可極大地提高廢水處理效率和經(jīng)濟(jì)效益。若以10-20t/h的脫硫廢水量來計算，與常規(guī)熟石灰-純堿相比本發(fā)明每年可節(jié)約軟化藥劑成本1000-2000萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。