公布日：2022.04.01
申請(qǐng)日：2021.12.16
分類(lèi)號(hào)：C02F9/06(2006.01)I;C02F101/12(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)及方法，包括鈣化反應(yīng)器、石灰乳加藥單元、排泥單元、污泥回流單元、鋁電解反應(yīng)器、鋁電極板、氫氧化鈉加藥單元、反應(yīng)澄清器、晶核循環(huán)單元及配套設(shè)施。本發(fā)明基于Ca-Al-OH-Cl-LDH層狀雙金屬氫氧化物沉淀的原位合成反應(yīng)，通過(guò)對(duì)廢水使用石灰乳溶液進(jìn)行初步鈣化堿化，以及電解鋁電極板生成鋁離子并堿化生成偏鋁酸根，在反應(yīng)澄清器內(nèi)高效混合反應(yīng)生成Ca-Al-OH-Cl-LDH沉淀以達(dá)到除氯澄清目的。解決了傳統(tǒng)廢水除氯工藝的低效率、高成本、適用范圍窄、工業(yè)應(yīng)用局限性強(qiáng)等問(wèn)題，解決了常規(guī)弗氏鹽沉淀法存在的藥品添加過(guò)量、偏鋁酸鈉價(jià)格高昂、藥品使用率不高等弊端，適用于多類(lèi)行業(yè)的廢水除氯處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求書(shū)
1.一種電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，包括：反應(yīng)澄清器(14)，所述反應(yīng)澄清器(14)內(nèi)設(shè)置依次連通的反應(yīng)區(qū)、澄清區(qū)(17)以及斜板區(qū)(19)，水流通過(guò)斜板區(qū)(19)后，經(jīng)反應(yīng)澄清器(14)上部的溢流出水口輸送至后續(xù)系統(tǒng)；所述反應(yīng)澄清器(14)底部的污泥出口連接排泥單元(5)；鈣化反應(yīng)器(1)，所述鈣化反應(yīng)器(1)的進(jìn)水口輸入待處理廢水，上部的溢流出水口與反應(yīng)澄清器(14)的反應(yīng)區(qū)進(jìn)水口相連通；所述鈣化反應(yīng)器(1)下部的污泥出口連接排泥單元(5)；鋁電解反應(yīng)器(7)，所述鋁電解反應(yīng)器(7)的進(jìn)水口連接進(jìn)水單元(10)，進(jìn)水單元(10)向鋁電解反應(yīng)器(7)中輸入清水；所述鋁電解反應(yīng)器(7)內(nèi)設(shè)置鋁電極板(8)，所述鋁電解反應(yīng)器(7)通過(guò)上部的溢流出水口與反應(yīng)澄清器(14)的反應(yīng)區(qū)進(jìn)水口相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述鈣化反應(yīng)器(1)內(nèi)設(shè)置有第一攪拌器(2)和第一pH計(jì)(3)，鈣化反應(yīng)器(1)的藥劑進(jìn)口連接石灰乳加藥單元(4)，用于向鈣化反應(yīng)器(1)添加石灰乳溶液，以調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值至11.0以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述鈣化反應(yīng)器(1)底部的污泥出口還連接有污泥回流單元(6)，所述污泥回流單元(6)的出口與待處理廢水管道相連通，廢水與回流污泥混合后輸送至鈣化反應(yīng)器(1)的進(jìn)水口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁電解反應(yīng)器(7)內(nèi)設(shè)置有第二攪拌器(9)，進(jìn)水單元(10)與鋁電解反應(yīng)器(7)之間的進(jìn)水母管上連接有氫氧化鈉加藥單元(11)，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值至10.0-13.0；所述鋁電解反應(yīng)器(7)的溢流出水口至反應(yīng)澄清器(14)的反應(yīng)區(qū)之間的管道上設(shè)置有第二pH計(jì)(12)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述鋁電極板(8)上外接有外部電源(13)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)澄清器(14)包括反應(yīng)筒體，所述反應(yīng)筒體上部的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)溢流出水口，內(nèi)部設(shè)置第一反應(yīng)筒和第二反應(yīng)筒；所述第一反應(yīng)筒上部開(kāi)口，底部設(shè)置進(jìn)水口，所述進(jìn)水分別與鈣化反應(yīng)器(1)和鋁電解反應(yīng)器(7)的溢流出水口相連通；第一反應(yīng)筒的內(nèi)壁內(nèi)區(qū)域?yàn)橐患?jí)反應(yīng)區(qū)(15)；所述第二反應(yīng)筒下部開(kāi)口，且套設(shè)于第一反應(yīng)筒上，第二反應(yīng)筒的內(nèi)壁與第一反應(yīng)筒的外壁之間的區(qū)域?yàn)槎?jí)反應(yīng)區(qū)(16)；所述反應(yīng)筒體的內(nèi)壁與第二反應(yīng)筒的外壁之間的區(qū)域?yàn)槌吻鍏^(qū)(17)，澄清區(qū)(17)的上部設(shè)置斜板區(qū)(19)，所述斜板區(qū)(19)由若干斜板構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述一級(jí)反應(yīng)區(qū)(15)內(nèi)設(shè)置有第三攪拌器(18)，所述反應(yīng)澄清器(14)溢流出水口處設(shè)置有氯離子濃度在線監(jiān)測(cè)儀(21)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，其特征在于，所述反應(yīng)澄清器(14)的污泥出口還連接有晶核循環(huán)單元(20)，所述晶核循環(huán)單元(20)的出口連接至第一反應(yīng)筒的進(jìn)口。
9.一種采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述系統(tǒng)的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯方法，其特征在于，包括以下步驟：將待處理廢水輸送至鈣化反應(yīng)器(1)內(nèi)，進(jìn)水同時(shí)向鈣化反應(yīng)器(1)內(nèi)加入石灰乳溶液；啟動(dòng)第一攪拌器(2)，充分?jǐn)嚢瑁ㄟ^(guò)第一pH計(jì)(3)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈣化反應(yīng)器(1)內(nèi)的pH值，控制石灰乳加藥量以保證鈣化反應(yīng)器(1)內(nèi)的pH值維持在11.0以上；將經(jīng)過(guò)鈣化反應(yīng)器(1)反應(yīng)的廢水輸送至反應(yīng)澄清器(14)的一級(jí)反應(yīng)區(qū)(15)；將鈣化反應(yīng)器(1)底部的污泥經(jīng)污泥回流單元與待處理廢水混合后再次輸入至鈣化反應(yīng)器(1)中進(jìn)行反應(yīng)；啟動(dòng)第二攪拌器(9)，向鋁電解反應(yīng)器(7)的底部通入清水，同時(shí)向鋁電解反應(yīng)器(7)加入氫氧化鈉，啟動(dòng)外部電源(13)，對(duì)鋁電極板(8)進(jìn)行電解生成鋁離子；通過(guò)第二pH計(jì)(12)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH值，控制氫氧化鈉加藥量，以保證鋁電解反應(yīng)器(7)內(nèi)的pH值維持在10.0-13.0之間，反應(yīng)形成偏鋁酸根離子；將經(jīng)過(guò)鋁電解反應(yīng)器(7)反應(yīng)的清水輸送至反應(yīng)澄清器(14)的一級(jí)反應(yīng)區(qū)(15)；啟動(dòng)第三攪拌器(18)，使鈣化反應(yīng)后的待處理廢水與鋁電解反應(yīng)后的清水在一級(jí)反應(yīng)區(qū)(15)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成層狀雙金屬氫氧化物晶核絮體；將層狀雙金屬氫氧化物晶核絮體翻流至二級(jí)反應(yīng)區(qū)(16)，使晶核絮體狀的層狀雙金屬氫氧化物沉淀繼續(xù)碰撞吸附長(zhǎng)大，使層狀雙金屬氫氧化物沉淀在反應(yīng)澄清器(14)的底部沉積，清水向上經(jīng)過(guò)澄清區(qū)(17)和斜板區(qū)(19)后，由上部的溢流出水口至后續(xù)系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯方法，其特征在于，還包括：將反應(yīng)澄清器(14)底部沉積的污泥通過(guò)晶核循環(huán)單元(20)進(jìn)行循環(huán)回流至一級(jí)反應(yīng)區(qū)(15)，提供反應(yīng)晶核。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)及方法，本發(fā)明解決了傳統(tǒng)廢水除氯工藝的低效率、高成本、適用范圍窄、工業(yè)應(yīng)用局限性強(qiáng)等問(wèn)題，解決了常規(guī)弗氏鹽沉淀法存在的藥品添加過(guò)量、偏鋁酸鈉價(jià)格高昂、藥品使用率不高等弊端，適用于多類(lèi)行業(yè)的廢水除氯處理系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
一種電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯系統(tǒng)，包括：
反應(yīng)澄清器，所述反應(yīng)澄清器內(nèi)設(shè)置依次連通的反應(yīng)區(qū)、澄清區(qū)以及斜板區(qū)，水流通過(guò)斜板區(qū)后，經(jīng)反應(yīng)澄清器上部的溢流出水口輸送至后續(xù)系統(tǒng)；所述反應(yīng)澄清器底部的污泥出口連接排泥單元；
鈣化反應(yīng)器，所述鈣化反應(yīng)器的進(jìn)水口輸入待處理廢水，上部的溢流出水口與反應(yīng)澄清器的反應(yīng)區(qū)進(jìn)水口相連通；所述鈣化反應(yīng)器下部的污泥出口連接排泥單元；
鋁電解反應(yīng)器，所述鋁電解反應(yīng)器的進(jìn)水口連接進(jìn)水單元，進(jìn)水單元向鋁電解反應(yīng)器中輸入清水；所述鋁電解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置鋁電極板，所述鋁電解反應(yīng)器通過(guò)上部的溢流出水口與反應(yīng)澄清器的反應(yīng)區(qū)進(jìn)水口相連通；
本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于：
所述鈣化反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有第一攪拌器和第一pH計(jì)，鈣化反應(yīng)器的藥劑進(jìn)口連接石灰乳加藥單元，用于向鈣化反應(yīng)器添加石灰乳溶液，以調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值至11.0以上。
所述鈣化反應(yīng)器底部的污泥出口還連接有污泥回流單元，所述污泥回流單元的出口與待處理廢水管道相連通，廢水與回流污泥混合后輸送至鈣化反應(yīng)器的進(jìn)水口。
所述鋁電解反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有第二攪拌器，進(jìn)水單元與鋁電解反應(yīng)器之間的進(jìn)水母管上連接有氫氧化鈉加藥單元，用于調(diào)節(jié)反應(yīng)pH值至10.0-13.0；所述鋁電解反應(yīng)器的溢流出水口至反應(yīng)澄清器的反應(yīng)區(qū)之間的管道上設(shè)置有第二pH計(jì)。
所述鋁電極板上外接有外部電源。
所述反應(yīng)澄清器包括反應(yīng)筒體，所述反應(yīng)筒體上部的側(cè)壁上開(kāi)設(shè)溢流出水口，內(nèi)部設(shè)置第一反應(yīng)筒和第二反應(yīng)筒；所述第一反應(yīng)筒上部開(kāi)口，底部設(shè)置進(jìn)水口，所述進(jìn)水分別與鈣化反應(yīng)器和鋁電解反應(yīng)器的溢流出水口相連通；第一反應(yīng)筒的內(nèi)壁內(nèi)區(qū)域?yàn)橐患?jí)反應(yīng)區(qū)；所述第二反應(yīng)筒下部開(kāi)口，且套設(shè)于第一反應(yīng)筒上，第二反應(yīng)筒的內(nèi)壁與第一反應(yīng)筒的外壁之間的區(qū)域?yàn)槎?jí)反應(yīng)區(qū)；所述反應(yīng)筒體的內(nèi)壁與第二反應(yīng)筒的外壁之間的區(qū)域?yàn)槌吻鍏^(qū)，澄清區(qū)的上部設(shè)置斜板區(qū)，所述斜板區(qū)由若干斜板構(gòu)成。
所述一級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)設(shè)置有第三攪拌器，所述反應(yīng)澄清器溢流出水口處設(shè)置有氯離子濃度在線監(jiān)測(cè)儀。
所述反應(yīng)澄清器的污泥出口還連接有晶核循環(huán)單元，所述晶核循環(huán)單元的出口連接至第一反應(yīng)筒的進(jìn)口。
一種電解鋁耦合化學(xué)沉淀的廢水除氯方法，包括以下步驟：
將待處理廢水輸送至鈣化反應(yīng)器內(nèi)，進(jìn)水同時(shí)向鈣化反應(yīng)器內(nèi)加入石灰乳溶液；
啟動(dòng)第一攪拌器，充分?jǐn)嚢瑁ㄟ^(guò)第一pH計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鈣化反應(yīng)器內(nèi)的pH值，控制石灰乳加藥量以保證鈣化反應(yīng)器內(nèi)的pH值維持在11.0以上；
將經(jīng)過(guò)鈣化反應(yīng)器反應(yīng)的廢水輸送至反應(yīng)澄清器的一級(jí)反應(yīng)區(qū)；將鈣化反應(yīng)器底部的污泥經(jīng)污泥回流單元與待處理廢水混合后再次輸入至鈣化反應(yīng)器中進(jìn)行反應(yīng)；
啟動(dòng)第二攪拌器，向鋁電解反應(yīng)器的底部通入清水，同時(shí)向鋁電解反應(yīng)器加入氫氧化鈉，啟動(dòng)外部電源，對(duì)鋁電極板進(jìn)行電解生成鋁離子；
通過(guò)第二pH計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)pH值，控制氫氧化鈉加藥量，以保證鋁電解反應(yīng)器內(nèi)的pH值維持在10.0-13.0之間，反應(yīng)形成偏鋁酸根離子；將經(jīng)過(guò)鋁電解反應(yīng)器反應(yīng)的清水輸送至反應(yīng)澄清器的一級(jí)反應(yīng)區(qū)；
啟動(dòng)第三攪拌器，使鈣化反應(yīng)后的待處理廢水與鋁電解反應(yīng)后的清水在一級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成層狀雙金屬氫氧化物晶核絮體；將層狀雙金屬氫氧化物晶核絮體翻流至二級(jí)反應(yīng)區(qū)，使晶核絮體狀的層狀雙金屬氫氧化物沉淀繼續(xù)碰撞吸附長(zhǎng)大，使層狀雙金屬氫氧化物沉淀在反應(yīng)澄清器的底部沉積，清水向上經(jīng)過(guò)澄清區(qū)和斜板區(qū)后，由上部的溢流出水口至后續(xù)系統(tǒng)。
上述方法還包括：將反應(yīng)澄清器底部沉積的污泥通過(guò)晶核循環(huán)單元進(jìn)行循環(huán)回流至一級(jí)反應(yīng)區(qū)，提供反應(yīng)晶核。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
1.本發(fā)明并聯(lián)分體設(shè)置，單元可控在控：分體并聯(lián)設(shè)置鈣化反應(yīng)器和鋁電解反應(yīng)器，有效實(shí)現(xiàn)鈣化、堿化及偏鋁酸根活化，獨(dú)立調(diào)控，反應(yīng)程度可控，避免以往同時(shí)加入氫氧化鈣和偏鋁酸鈉粉末出現(xiàn)的攪拌難度大、藥品利用率低、反應(yīng)程度不顯著等弊端。
2.本發(fā)明采用經(jīng)濟(jì)高效的偏鋁酸根制備方式：鋁電極板通電電解產(chǎn)生鋁離子，并與氫氧化鈉堿化反應(yīng)形成活性態(tài)偏鋁酸鈉作為鋁源，電解壓力、堿化程度均可控高效，離子活性良好，較傳統(tǒng)固體偏鋁酸鈉粉末更容易反應(yīng)，經(jīng)濟(jì)性更佳。
3.本發(fā)明除氯效果優(yōu)秀，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)：反應(yīng)澄清器集一級(jí)反應(yīng)區(qū)、二級(jí)反應(yīng)區(qū)、澄清區(qū)于一體，在一級(jí)反應(yīng)區(qū)內(nèi)可根據(jù)來(lái)水情況調(diào)節(jié)攪拌力度以滿(mǎn)足晶核碰撞反應(yīng)所需能量，形成的結(jié)晶絮體在兩次翻流過(guò)程中消能，延長(zhǎng)水力停留及反應(yīng)沉淀時(shí)間，保證了氯離子的充分反應(yīng)及澄清機(jī)制的良好進(jìn)行，提高出水水質(zhì)。
4.本發(fā)明固體污泥回用充分，藥品利用率高：鈣化反應(yīng)器和反應(yīng)澄清器分別設(shè)置污泥/晶核大流量循環(huán)回流系統(tǒng)，少量剩余污泥外排，從而充分提高氫氧化鈣和偏鋁酸鈉利用率，提供反應(yīng)晶核以增強(qiáng)Ca-Al-OH-Cl-LDH層狀雙金屬氫氧化物的原位合成反應(yīng)效率，促進(jìn)提高除氯效果，同時(shí)避免了大量固體污泥處置難題。
5.本發(fā)明裝置模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)流量、占地面積等靈活調(diào)整平面布局、空間結(jié)構(gòu)，本發(fā)明適用于多類(lèi)行業(yè)的廢水除氯處理系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
（發(fā)明人：陳玉強(qiáng);李小軍;姜國(guó)策;劉小勇;任坤;陳陽(yáng);張凱;董娟;賀凱;劉周立;侯智昊）
