申请日2019.11.22
公开(公告)日2020.02.21
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了一种高效除硬除硅的污水处理系统及污水处理方法，属于污水处理技术领域。本发明的高效除硬除硅的污水处理系统包括沿水流方向依次设置的管道混合单元及沉淀处理单元，所述管道混合单元包括依次相连的第一管道混合器、第二管道混合器、第三管道混合器及第四管道混合器;所述沉淀处理单元为高效沉淀池、加砂沉淀池、循环澄清池中的任意一种;所述沉淀处理单元包括絮凝池和沉淀池，絮凝池的进水口与管道混合单元的出水口相连，絮凝池的出水口与沉淀池的进水口相连。本发明的污水处理方法采用上述系统进行污水处理。本发明的污水处理系统具有沉降速度快、处理效率高的优点，而且能够实现一次性除硬除硅，为后续处理提供良好的基础。
权利要求书
1.一种高效除硬除硅的污水处理系统，其特征在于：包括沿水流方向依次设置的管道混合单元及沉淀处理单元，所述管道混合单元包括依次相连的第一管道混合器(2)、第二管道混合器(3)、用于调节pH值的第三管道混合器(4)、第四管道混合器(5);第一管道混合器(2)上连接有第一药剂投加管线(22)，所述第一药剂为氧化镁、氯化镁、硫酸镁中的至少一种;第二管道混合器(3)上连接有第二药剂投加管线(32)，所述第二药剂为聚合氯化铝、硫酸铝、偏铝酸钠、氯化铝中的至少一种;第三管道混合器(4)上连接有第三药剂投加管线(42)，所述第三药剂为酸或碱，酸为盐酸或硫酸，碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种;第四管道混合器(5)上连接有第四药剂投加管线(52);所述第四药剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种;
所述沉淀处理单元为高效沉淀池、加砂沉淀池、循环澄清池中的任意一种;所述沉淀处理单元包括絮凝池(6)和沉淀池(7)，絮凝池(6)的进水口与管道混合单元的出水口相连，絮凝池(6)的出水口与沉淀池(7)的进水口相连。
2.根据权利要求1所述的高效除硬除硅的污水处理系统，其特征在于：所述管道混合单元上游连接有增压泵(1)。
3.根据权利要求1所述的高效除硬除硅的污水处理系统，其特征在于：所述沉淀池(7)包括集泥槽(72)，集泥槽(72)上连接有污泥回流泵(8)，污泥回流泵(8)的污泥出口与絮凝池(6)的进水口相连。
4.根据权利要求1所述的高效除硬除硅的污水处理系统，其特征在于：所述管道混合单元还包括用来检测第三管道混合器(4)出水pH值的pH检测装置(43)。
5.一种采用权利要求1-4任意一项所述的高效除硬除硅的污水处理系统的污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
将污水通入第一管道混合器(2)，与通过第一药剂投加管线(22)投加的第一药剂混合，出水进入第二管道混合器(3)，与通过第二药剂投加管线(32)投加的第二药剂混合，出水进入第三管道混合器(4)，与通过第三药剂投加管线(42)投加的第三药剂混合以调节pH值为9-11;调节pH值后的出水进入第四管道混合器(5)，与通过第四药剂投加管线(52)投加的第四药剂混合;处理后的出水进入絮凝池(6)进行絮凝处理，絮凝处理后的出水进入沉淀池(7)进行沉淀分离。
6.根据权利要求5所述的污水处理方法，其特征在于：第一管道混合器(2)中加入的第一药剂与污水中的Ca2+的摩尔比为(0.1-0.5):1;第二管道混合器(3)中的污水中镁和钙的总摩尔数与加入的第二药剂中铝的摩尔数之比为(2-5)：1;第四管道混合器(5)中加入的第四药剂与第二管道混合器(3)中加入的第二药剂的摩尔比为(0.3-1):1。
7.根据权利要求5所述的污水处理方法，其特征在于：所述絮凝处理为向絮凝池(6)中加入絮凝剂并混合均匀，絮凝剂的加入量确保絮凝池(6)中絮凝剂的浓度为1-2mg/L。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于：所述絮凝处理时搅拌6-10min。
说明书
一种高效除硬除硅的污水处理系统及污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体地说，涉及一种高效除硬除硅的污水处理系统及污水处理方法。
背景技术
在污水处理时，如果水体中总硬度过高，不宜直接采用离子交换法对水体进行软化，在水体进入离子交换软化系统之前，需要对水体进行预处理。一般采用化学法进行预处理，如石灰软化法、石灰-纯碱软化法、石灰-石膏处理法及片碱法等。对硬度高、碱度高的水，通常采用石灰软化法;对硬度高、碱度低的水通常采用石灰-纯碱软化法;而对硬度低、碱度高的负硬水一般采用石灰-石膏法处理。但是，这些预处理方法也存在一些缺点。对于石灰软化法，为了避免投加生石灰产生粉尘，通常先将生石灰制成石灰乳使用，石灰乳与水中的离子反应生成的碳酸钙和氢氧化镁都是难溶化合物，容易除去，但是水中的永硬(非碳酸盐硬度)和负硬(碳酸钠、碳酸钾)无法采用石灰软化法除去。石灰-纯碱软化法适用于永硬高的水，但是需要加入大量的碳酸钠来沉淀水中的钙，最终形成的泥量比较大，运行成本较高。而石灰-石膏处理法适用于负硬较高的污水的预处理。并且，上述几种方法对水中的硅无法进行有效的去除。
硅酸是水中的主要杂质之一，主要来源于硅酸盐矿物质的水解。一般情况下，水体中的硅会以分子状态、离子状态、胶体状态或者固体状态存在，而硅酸在水中的存在形态与水的pH值有关，有溶解态的偏硅酸、正硅酸，还有聚合态的多硅酸(xSiO2·yH2O)，当pH值不高时，溶于水的SiO2主要呈分子态的简单硅酸形态。以离子或者分子状态存在的硅化合物称为活性硅，活性硅的尺寸比胶体硅小得多，大部分的常规处理工艺如混凝澄清、过滤和气浮等均无法除去活性硅。
水处理时传统的预处理系统通常包括凝聚单元、澄清单元、过滤单元，对于硅含量较高的水还需增加除硅处理手段，一般通过在加入混凝剂的同时向水中加入镁剂进行除硅。
申请公布号为CN105800820A的中国发明专利申请公开了一种含硅废水处理的方法与装置，其含硅废水处理装置包括一级沉淀池、一级混凝池、二级混凝池、二级沉淀池，一级沉淀池中先对废水进行初步沉淀，回收部分二氧化硅，然后在一级混凝池中投加混凝剂进行混凝，去除废水中的胶体硅和溶剂硅，然后在二级混凝池中投加助凝剂和成核剂，利用析出的沉淀物作为接触介质加快沉淀物的长大，提高混凝效果，最后在二级沉淀池中进行沉淀，固液分离。这种方法先向水中投加石灰和混凝剂，然后再投加镁成核剂和混凝剂，对水中的硅有较好的去除效果。但是，这种方法无法实现钙离子、镁离子与硅的同时有效去除。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的第一个目的在于提供一种高效除硬除硅的污水处理系统，能够同时对水中的钙离子、镁离子和硅进行有效去除。
本发明的第二个目的在于提供一种采用上述高效除硬除硅的污水处理系统的污水处理方法，该方法同时除硬除硅的效果良好。
为实现上述第一个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种高效除硬除硅的污水处理系统，包括沿水流方向依次设置的管道混合单元及沉淀处理单元，所述管道混合单元包括依次相连的第一管道混合器、第二管道混合器、用于调节pH值的第三管道混合器、第四管道混合器;第一管道混合器上连接有第一药剂投加管线，所述第一药剂为氧化镁、氯化镁、硫酸镁中的至少一种;第二管道混合器上连接有第二药剂投加管线，所述第二药剂为聚合氯化铝、硫酸铝、偏铝酸钠、氯化铝中的至少一种;第三管道混合器上连接有第三药剂投加管线，所述第三药剂为酸或碱，酸为盐酸或硫酸，碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种;第四管道混合器上连接有第四药剂投加管线;所述第四药剂为碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾中的至少一种;
所述沉淀处理单元为高效沉淀池、加砂沉淀池、循环澄清池中的任意一种;所述沉淀处理单元包括絮凝池和沉淀池，絮凝池的进水口与管道混合单元的出水口相连，絮凝池的出水口与沉淀池的进水口相连。
通过采用上述技术方案，污水处理系统的管道混合单元包括四个依次相连的管道混合器，可以在污水进入絮凝区前分别向各管道混合器中加入不同种类的药剂，进行混合除硅除硬，以高效去除污水中广泛的阳离子、阴离子及其他杂质，如钙离子、镁离子、二氧化硅等，使这些离子和杂质变为沉淀。在沉淀处理单元再将生成的沉淀进行泥水分离，实现彻底去除。该系统可以在不同的管道混合器中加入不同的药剂，多个管道混合器可以同时工作，进行连续处理，提高污水处理效率。
本发明进一步设置为：所述管道混合单元上游连接有增压泵。
通过采用上述技术方案，可以将待处理污水在增压后再与药剂进行管道混合，提高了进入管道混合器的污水的水压，使污水在管道混合器中的紊流更加剧烈，与药剂混合得更加充分。
本发明进一步设置为：所述沉淀池包括集泥槽，集泥槽上连接有污泥回流泵，污泥回流泵的污泥出口与絮凝池的进水口相连。
通过采用上述技术方案，污泥回流泵能够将沉淀池中分离出的污泥回流至絮凝池，有利于在絮凝区形成大矾花，也能够节省絮凝剂，降低污水处理成本。
本发明进一步设置为：所述管道混合单元还包括用来检测第三管道混合器出水pH值的pH检测装置。
通过采用上述技术方案，设置pH检测装置，可以根据检测到的第二管道混合器的出水的pH值，调整向第三管道混合器中加入的第三药剂的量，调节污水的pH值为合适的值，避免药剂浪费。
为实现上述第二个目的，本发明提供了如下技术方案：
一种采用上述高效除硬除硅的污水处理系统的污水处理方法，包括如下步骤：
将污水通入第一管道混合器，与通过第一药剂投加管线投加的第一药剂混合，出水进入第二管道混合器，与通过第二药剂投加管线投加的第二药剂混合，出水进入第三管道混合器，与通过第三药剂投加管线投加的第三药剂混合以调节pH值为9-11;调节pH值后的出水进入第四管道混合器，与通过第四药剂投加管线投加的第四药剂混合;处理后的出水进入絮凝池进行絮凝处理，絮凝处理后的出水进入沉淀池进行沉淀分离。
通过采用上述技术方案，将污水依次在第一管道混合器和第二管道混合器中处理后，在第三管道混合器中调节pH值，进一步在第四管道混合器进行处理，可以将污水中的钙离子、镁离子及硅充分去除。除硅除硬后在絮凝池中絮凝处理，形成大的矾花，在沉淀池中沉淀分离后将水中形成的矾花充分去除。
本发明进一步设置为：第一管道混合器中加入的第一药剂与污水中的Ca2+的摩尔比为(0.1-0.5):1;第二管道混合器中的污水中镁和钙的总摩尔数与加入的第二药剂中铝的摩尔数之比为(2-5)：1;第四管道混合器中加入的第四药剂与第二管道混合器中加入的第二药剂的摩尔比为(0.3-1):1。
通过采用上述技术方案，限定了第一药剂、第二药剂、第四药剂的加入量及其与待处理污水中的镁和钙的量之间的比例，有利于充分除硅除硬并混凝，也节省了药剂。
本发明进一步设置为：所述絮凝处理为向絮凝池中加入絮凝剂并混合均匀，絮凝剂的加入量确保絮凝池中絮凝剂的浓度为1-2mg/L。
通过采用上述技术方案，加入较少量的絮凝剂，即可使污水中的难溶物快速形成较大矾花，便于快速沉降，提高分离效果。
本发明进一步设置为：所述絮凝处理时搅拌6-10min。
通过采用上述技术方案，由于在管道混合单元中已经对污水进行了充分的处理，在絮凝池中仅需要将难溶物进一步凝聚，因此，在絮凝处理时短时间搅拌即可保证絮凝效果，同时提高了整体处理效率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
第一、本发明的污水处理系统能够使沉淀迅速形成，沉降速度快，处理效率高，而且能够实现一次性除硬除硅，为后续处理提供良好的基础，特别适合于作为后续膜处理工艺的前置处理技术，可以大幅提高膜系统的效率和使用寿命，降低运行成本。在三级膜浓缩处理工艺中，能够解决高倍膜浓缩的结垢问题。
第二、本发明的污水处理系统适用范围广，能有效去除传统石灰法无法处理的硅、镁结垢离子，出水水质更清澈。能够有效应对水质变化范围大、波动频繁的问题，能够迅速调节，为系统运行过程的稳定性提供保障。污水处理系统主要由管道混合单元、沉淀处理单元组成，设备占地面积小，大大降低了基建投资成本。
第三、本发明的管道混合单元中采用管道混合器，具有快速高效混合、结构简单、节约能耗、体积小巧等特点。在不需外动力情况下，水流通过管道混合器会产生分流、交叉混合和反向旋流的作用，使加入的药剂迅速、均匀地扩散到整个水体中，达到瞬间混合的目的，混合效率高达90～95%，可节省药剂用量约20～30%。
第四、本发明的污水处理方法相较于传统的石灰处理工艺，出水水质远优于石灰处理工艺出水，处理后的出水中硅和钙离子、镁离子含量均大大降低，同时避免了由于石灰纯度不足而引入其他杂质的问题，减少了下一步的生产和水处理的压力，减少了后续处理阶段的成本投入。另外，本发明的污水处理方法运行时的污泥沉淀量小，仅为传统处理方法的50%-80%，且泥水分离容易、易脱水，能够减少相应的设备投入，降低处理成本。（发明人王晓阳;汪德罡;谢晓朋）