公布日：2023.04.04
申请日：2023.02.13
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C01B25/45(2006.01)I;B09B3/00(2022.01)I;B09B101/55(2022.01)N;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置及方法，属于化工环境保护技术领域，酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置包括酸性矿山废水预处理系统、铝灰水洗预处理系统以及预处理反应系统，酸性矿山废水和铝灰协同预处理的方法是通过酸性矿山废水作为作为铝灰水洗的补充水，并通过酸性矿产废水与市政污泥脱水废水混合反应形成磷酸铵镁并对其进行回收，利用市政污泥脱水的废水的磷将铝灰水洗后的排水中的氨、镁提取出来，形成磷酸铵镁，目前磷酸铵镁结晶法的低成本，是有效且能回收磷资源的一种方法，本发明能有效降低工业污染，且酸性矿山废水与铝灰协同处理可降低工业能耗。
权利要求书
1.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，包括酸性矿山废水预处理系统(1)、铝灰水洗预处理系统(2)以及预处理反应系统(3)；所述酸性矿山废水预处理系统(1)包括进水管一(11)、预处理过滤沉淀池(12)，所述进水管一(11)的出水口与所述预处理过滤沉淀池(12)相连通，所述预处理过滤沉淀池(12)内部设有用于过滤废水的过滤床(13)；所述铝灰水洗预处理系统(2)包括进水管二(21)、水洗罐(22)、废水缓冲箱(23)，所述进水管二(21)的进水口与所述预处理过滤沉淀池(12)的出口相连通，所述进水管二(21)的出水口与所述水洗罐(22)相连通，所述水洗罐(22)的顶部固定连通有用于向水洗罐(22)内部输送铝灰的铝灰输送管(24)，水洗罐(22)的一侧上方设有氨气收集管(25)，所述氨气收集管(25)的末端与所述废水缓冲箱(23)相连通，所述水洗罐(22)中部一侧设有废水管道(26)，所述废水管道(26)与废水缓冲箱(23)相通，水洗罐(22)的底部设有灰水排出管(27)，所述废水缓冲箱(23)的出水口与预处理反应系统(3)相连通；所述预处理反应系统(3)包括进水管三(31)、反应池(32)、市政污泥脱水进水管(33)、市政污泥脱水废水缓存池(34)、市政污泥脱水废水电动阀(35)、市政污泥脱水废水进水泵(36)、预处理系统出水管(37)，所述废水缓冲箱(23)与所述反应池(32)之间通过所述进水管三(31)相连通，所述市政污泥脱水进水管(33)用于将市政污泥脱水废水通入所述市政污泥脱水废水缓存池(34)，所述市政污泥脱水废水缓存池(34)与所述反应池(32)之间通过所述市政污泥脱水废水电动阀(35)和所述市政污泥脱水废水进水泵(36)相连通，所述反应池(32)的的出水口与所述预处理系统出水管(37)相连通。
2.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述所述铝灰输送管(24)的中部设有铝灰输送阀(241)和铝灰增压输送风机(242)，所述铝灰输送阀(241)下端与所述铝灰增压输送风机(242)相连通。
3.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述进水管一(11)的中部设有电动阀门一(111)和进水泵一(112)，所述电动阀门一(111)与所述进水泵一(112)的进水口相连通。
4.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述进水管二(21)的中部设有电动阀门二(211)和进水泵二(212)，电动阀门二(211)的出水口与所述进水泵二(212)的进水口相连通。
5.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述灰水排出管(27)中部设有灰水排出阀(271)和灰水排出泵(272)，所述灰水排出阀(271)的出口与灰水排出泵(272)的进口相连通。
6.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述氨气收集管(25)中部设有氨气收集阀(251)和氨气收集增压风机(252)，所述氨气收集阀(251)的出口与所述氨气收集增压风机(252)的进口相连通。
7.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述进水管三(31)的中部设有电动阀门三(311)和进水泵三(312)，所述电动阀门三(311)的出水口与所述进水泵三(312)的进水口相连通，所述预处理系统出水管(37)的中部设有预处理系统出水阀(371)和预处理出水泵(372)，所述预预处理系统出水阀(371)的出口与所述预处理出水泵(372)的进口相连通。
8.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，其特征在于，所述进水管三(31)的中部设有电动阀门三(311)和进水泵三(312)，所述电动阀门三(311)的出水口与所述进水泵三(312)的进水口相连通，所述预处理系统出水管(37)的中部设有预处理系统出水阀(371)和预处理出水泵(372)。
9.利用权利要求1-8任意一项所述的一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置对酸性矿山废水和铝灰协同预处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过启动电动阀门一(111)和进水泵一(112)将酸性矿山废水通过进水管一(11)导入预处理过滤沉淀池(12)内，先进行沉淀去除沉淀物，再经过过滤床(13)过滤悬浮物，过滤床(13)内过滤填料由改性转炉钢渣组成，再通过NaOH溶液将经过过滤床(13)处理的废水pH调节至6.5-7.5，然后通过进水管二(21)排入铝灰水洗预处理系统(2)；S2、进水管二(21)的废水以喷淋的形式进入水洗罐(22)内，铝灰通过铝灰输送管进入水洗罐(22)，并与废水均匀混合，由灰水排出阀(271)和灰水排出泵(272)控制铝灰进入水洗罐(22)的流速，废水与铝灰的质量比为1:5，水洗时长为1h，水洗后废水进入废水缓冲箱(23)，沉淀2-3h后，废水通过进水管三(31)排入预处理反应系统(3)，铝灰与废水形成的泥水由灰水排出管(27)、灰水排出阀(271)、灰水排出泵(272)送至后端进一步处置用于提铝，由灰水排出阀(271)和灰水排出泵(272)控制排出的流速，水洗过程中水洗罐(22)里气态氨由氨气收集增压风机(252)抽出，经氨气收集管(25)、氨气收集阀(251)送至废水缓冲箱(23)并溶于水中；S3、废水缓冲箱(23)内的废水通过进水管三(31)进入反应池(32)中，由电动阀门三(311)控制流速，由进水泵三(312)提供水流动力，同时市政污泥脱水产生的废水进入市政污泥脱水废水缓存池(34)，通过氨含量检测器(232)和镁含量检测器(231)检测废水缓冲箱(23)内废水中的氨含量和镁含量，通过磷含量检测器(341)检测市政污泥脱水废水缓存池(34)中的磷含量，进而确定市政污泥脱水废水缓存池(34)中的废水与废水缓冲箱(23)中的废水流速，使废水缓冲箱(23)中镁离子浓度和氨离子浓度中最小者的摩尔浓度在进入反应池(32)中与进入反应池(32)中市政污泥脱水废水中的磷离子摩尔浓度比比值为1:1，以达到最佳反应状态，两种废水在反应池(32)中搅拌混合，搅拌速度为80-120r/min，搅拌完成后生产磷酸铵镁沉淀由反应池(32)底部排出，反应池底部坡度为5-10°。
10.一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置的处理方法，其特征在于，步骤S1中的改性转炉钢渣由转炉钢渣与膨润土以6:4的质量比均匀混合，在500℃温度下煅烧2h形成。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置及方法。
本发明的技术方案是：一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置，包括酸性矿山废水预处理系统、铝灰水洗预处理系统以及预处理反应系统；
所述酸性矿山废水预处理系统包括进水管一、预处理过滤沉淀池，所述进水管一的出水口与所述预处理过滤沉淀池相连通，所述预处理过滤沉淀池内部设有用于过滤废水的过滤床；
所述铝灰水洗预处理系统包括进水管二、水洗罐、废水缓冲箱，所述进水管二的进水口与所述预处理过滤沉淀池的出口相连通，所述进水管二的出水口与所述水洗罐相连通，所述水洗罐的顶部固定连通有用于向水洗罐内部输送铝灰的铝灰输送管，水洗罐的一侧上方设有氨气收集管，所述氨气收集管的末端与所述废水缓冲箱相连通，所述水洗罐中部一侧设有废水管道，所述废水管道与废水缓冲箱相通，水洗罐的底部设有灰水排出管，所述废水缓冲箱的出水口与预处理反应系统相连通；
所述预处理反应系统包括进水管三、反应池、市政污泥脱水进水管、市政污泥脱水废水缓存池、市政污泥脱水废水电动阀、市政污泥脱水废水进水泵、预处理系统出水管，所述废水缓冲箱与所述反应池之间通过所述进水管三相连通，所述市政污泥脱水进水管用于将市政污泥脱水废水通入所述市政污泥脱水废水缓存池，所述市政污泥脱水废水缓存池与所述反应池之间通过所述市政污泥脱水废水电动阀和所述市政污泥脱水废水进水泵相连通，所述反应池的的出水口与所述预处理系统出水管相连通。
进一步地，所述所述铝灰输送管的中部设有铝灰输送阀和铝灰增压输送风机，所述铝灰输送阀下端与所述铝灰增压输送风机相连通。
说明：通过铝灰增压输送风机提供铝灰输送的动力，通过铝灰输送阀控制铝灰进入水洗罐的流速。
进一步地，所述进水管一的中部设有电动阀门一和进水泵一，所述电动阀门一与所述进水泵一的进水口相连通。
说明：通过电动阀门一和进水泵一调节进入与处理过滤沉淀池的废水流速。
进一步地，所述进水管二的中部设有电动阀门二和进水泵二，电动阀门二的出水口与所述进水泵二的进水口相连通。
说明：通过电动阀门二和进水泵二控制废水进入水洗罐的流速。
进一步地，所述灰水排出管中部设有灰水排出阀和灰水排出泵，所述灰水排出阀的出口与灰水排出泵的进口相连通。
说明：通过灰水排出阀和灰水排出泵控制泥水的排出流速。
进一步地，所述氨气收集管中部设有氨气收集阀和氨气收集增压风机，所述氨气收集阀的出口与所述氨气收集增压风机的进口相连通。
说明：通过氨气收拾增压风机抽取水洗罐中的氨气进入废水缓冲箱，氨气收集阀控制氨气进入废水缓冲箱的流速，最终使氨气进入废水缓冲箱并溶于废水中。
进一步地，所述进水管三的中部设有电动阀门三和进水泵三，所述电动阀门三的出水口与所述进水泵三的进水口相连通，所述预处理系统出水管的中部设有预处理系统出水阀和预处理出水泵，所述预预处理系统出水阀的出口与所述预处理出水泵的进口相连通。
说明：通过电动阀门三和进水泵三控制废水进入反应池的流速，通过预处理系统出水阀和预处理出水泵控制反应池排水的流速。
进一步地，所述废水缓冲箱中安装有用于检测水中镁含量的镁含量检测器和用于检测水中氨含量的氨含量检测器，市政污泥脱水废水缓存池内安装有用于监测水中磷含量的磷含量检测器。
说明：通过氨含量检测器和镁含量检测器检测废水缓冲箱中的氨含量和镁含量，通过磷含量检测器检测市政污泥脱水废水缓存池中废水的磷含量，根据泥脱水废水缓存池中废水的磷含量以及废水缓冲箱中的氨含量和镁含量决定两种废水进入反应池中的流速，以达到最佳反应配比。
进一步地，利用上述一种酸性矿山废水和铝灰协同预处理的装置对酸性矿山废水和铝灰协同预处理的方法，包括以下步骤：
S1、通过启动电动阀门一和进水泵一将酸性矿山废水通过进水管一导入预处理过滤沉淀池内，先进行沉淀去除沉淀物，再经过过滤床过滤悬浮物，过滤床内过滤填料由改性转炉钢渣组成，再通过NaOH溶液将经过过滤床处理的废水pH调节至6.5-7.5，然后通过进水管二排入铝灰水洗预处理系统；
S2、进水管二的废水以喷淋的形式进入水洗罐内，铝灰通过铝灰输送管进入水洗罐，并与废水均匀混合，由灰水排出阀和灰水排出泵控制铝灰进入水洗罐的流速，废水与铝灰的质量比为1:5，水洗时长为1h，水洗后废水进入废水缓冲箱，沉淀2-3h后，废水通过进水管三排入预处理反应系统，铝灰与废水形成的泥水由灰水排出管、灰水排出阀、灰水排出泵送至后端进一步处置用于提铝，由灰水排出阀和灰水排出泵控制排出的流速，水洗过程中水洗罐里气态氨由氨气收集增压风机抽出，经氨气收集管、氨气收集阀送至废水缓冲箱并溶于水中；
S3、废水缓冲箱内的废水通过进水管三进入反应池中，由电动阀门三控制流速，由进水泵三提供水流动力，同时市政污泥脱水产生的废水进入市政污泥脱水废水缓存池，通过氨含量检测器和镁含量检测器检测废水缓冲箱内废水中的氨含量和镁含量，通过磷含量检测器检测市政污泥脱水废水缓存池中的磷含量，进而确定市政污泥脱水废水缓存池中的废水与废水缓冲箱中的废水流速，使废水缓冲箱中镁离子浓度和氨离子浓度中最小者的摩尔浓度在进入反应池中与进入反应池中市政污泥脱水废水中的磷离子摩尔浓度比比值为1:1，以达到最佳反应状态，两种废水在反应池中搅拌混合，搅拌速度为80-120r/min，搅拌完成后生产磷酸铵镁沉淀由反应池底部排出，反应池底部坡度为5-10°。
进一步地，步骤S1中的改性转炉钢渣由转炉钢渣与膨润土以6:4的质量比均匀混合，在500℃温度下煅烧2h形成。
说明：这种改性转炉钢渣具有良好的过滤效果，且能使转炉钢渣进行而行废物利用，进而降低过滤废水的成本。
本发明的有益效果是：
(1)本发明根据酸性矿山废水的pH较低、重金属含量高的特点，采用钢渣作为吸附材料，中和酸性矿山废水pH值的去除Cu2+、Cd2+、Pb2+、As3+、PO43-等污染因子浓度，同时钢渣中的Mg2+进入废水中。经钢渣预处理后的酸性矿山废水作为铝灰水洗的补充水，实现对工业水的替代，节约用水。铝灰水洗后的排水中含有大量的氨、镁，为了提升资源化利用率，本发明提出该废水与市政污泥脱水的废水进行反应，利用市政污泥脱水的废水的磷将铝灰水洗后的排水中的氨、镁提取出来，形成磷酸铵镁，目前磷酸铵镁结晶法的低成本，是有效且能回收磷资源的一种方法，其生成过程主要为：
(2)本次本发明利用钢渣与市政污泥脱水的废水作为反应介质，对酸性矿山废水与铝灰进行预处理，降低二者处置的难度同时，将废水与铝灰中的有益元素提取，形成磷酸铵镁，为我国走出磷元素缺少的困局提供了新思路。
（发明人：张后虎;刘景龙;许元顺;严小飞;孙孜菲;马兵）