公布日：2023.04.07
申請(qǐng)日：2022.12.31
分類號(hào)：C02F9/00(2023.01)I;C02F11/121(2019.01)I;C02F1/66(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C02F1/72(2023.01)I;C02F1/42(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)I
摘要
本發(fā)明涉及水處理系統(tǒng)領(lǐng)域，具體公開一種石墨提純廢水的處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明提供的石墨提純廢水的處理系統(tǒng)包括依次設(shè)置的調(diào)節(jié)單元、鈣離子脫除單元、COD氧化單元和鉀鹽回收單元。廢水處理的主線為：通過(guò)通入CO2和KOH，在堿性條件下將鈣離子回收；然后經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)濾，濾掉廢水中的不溶物，然后經(jīng)過(guò)納濾裝置去除廢水中的硫酸根離子。納濾產(chǎn)水再經(jīng)過(guò)一級(jí)反滲透裝置脫鹽，形成一級(jí)反滲透濃水和一級(jí)反滲透產(chǎn)水，其中一級(jí)反滲透濃水需要繼續(xù)處理，降低其COD含量，再進(jìn)一步濃縮、陽(yáng)離子交換，然后蒸發(fā)結(jié)晶回收氯化鉀和硝酸鉀。本發(fā)明對(duì)石墨提純廢水進(jìn)行處理的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)水廢的資源化利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
權(quán)利要求書
1.一種石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：依次設(shè)置的調(diào)節(jié)單元、鈣離子脫除單元、COD氧化單元和鉀鹽回收單元；其中，所述鈣離子脫除單元包括：依次連接的固碳反應(yīng)池、軟水池、多級(jí)過(guò)濾器和納濾裝置，在所述固碳反應(yīng)池內(nèi)通入CO2和KOH以形成碳酸鈣沉淀，經(jīng)所述多級(jí)過(guò)濾器去除碳酸鈣沉淀，濾液經(jīng)所述納濾裝置截留其中的二價(jià)離子至納濾濃水側(cè)、納濾產(chǎn)水進(jìn)入所述COD氧化單元；所述COD氧化單元包括：與所述納濾產(chǎn)水連通的一級(jí)反滲透裝置、高級(jí)氧化裝置和氧化產(chǎn)水池，其中，所述一級(jí)反滲透裝置用于脫鹽至一級(jí)滲透濃水側(cè)、一級(jí)滲透濃水連接至所述高級(jí)氧化裝置，在所述高級(jí)氧化裝置內(nèi)通入強(qiáng)氧化劑以將一級(jí)反滲透濃水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水、經(jīng)氧化處理的濃水通入氧化產(chǎn)水池；所述鉀鹽回收單元包括濃縮裝置、陽(yáng)離子交換器和蒸發(fā)結(jié)晶器，其中所述氧化產(chǎn)水池的水經(jīng)所述濃縮裝置和陽(yáng)離子交換器進(jìn)入至蒸發(fā)結(jié)晶器，在所述蒸發(fā)結(jié)晶器依次析出回收氯化鉀和硝酸鉀。
2.如權(quán)利要求1所述的石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述COD氧化單元中的一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水以及所述鉀鹽回收單元中的濃縮裝置產(chǎn)水合并連接至二級(jí)反滲透裝置；其中，經(jīng)所述二級(jí)反滲透裝置處理的二級(jí)反滲透濃水與所述納濾產(chǎn)水合并進(jìn)行處理，經(jīng)所述二級(jí)反滲透裝置的產(chǎn)水收集、回用至石墨提純工序；所述納濾裝置的濃水回套至石灰漿液池，與所述石灰漿液池中的氧化鈣反應(yīng)后回套至石灰中和池，再匯入所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行處理。
3.如權(quán)利要求1所述的石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括污泥處理單元，所述污泥處理單元包括依次設(shè)置的污泥儲(chǔ)池、污泥脫水機(jī)和污水收集池；其中，所述污泥儲(chǔ)池與所述固碳反應(yīng)池連接，用于收集和存儲(chǔ)所述碳酸鈣沉淀；所述污泥脫水機(jī)，用于對(duì)所述碳酸鈣沉淀進(jìn)行脫水，得碳酸鈣和脫水混合液；所述脫水混合液經(jīng)所述污水收集池與所述調(diào)節(jié)單元連接。
4.如權(quán)利要求1所述的石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于，在所述多級(jí)過(guò)濾器與所述納濾裝置之間還設(shè)有脫碳器，所述脫碳器用于脫除廢水中殘余CO2，所述脫碳器的氣體出口與所述固碳反應(yīng)池連接。
5.如權(quán)利要求1所述的石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，其特征在于，所述鉀鹽蒸發(fā)結(jié)晶單元包括依次串聯(lián)連接的氯化鉀蒸發(fā)結(jié)晶裝置和硝酸鉀蒸發(fā)結(jié)晶裝置。
6.一種石墨提純廢水處理的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、廢水流入調(diào)節(jié)單元處理后得廢水混合液；S2、所述廢水混合物流經(jīng)固碳反應(yīng)池，在所述固碳反應(yīng)池加入CO2和KOH，得含碳酸鈣沉淀的固碳反應(yīng)混合物，固液分離得上清液，將所述上清液調(diào)節(jié)pH至5.8～6.2，由多級(jí)過(guò)濾器處理，再經(jīng)納濾裝置處理得納濾濃水和納濾產(chǎn)水；S3、所述納濾產(chǎn)水經(jīng)一級(jí)滲透裝置處理，得滲透產(chǎn)水和滲透濃水，其中滲透濃水進(jìn)入高級(jí)氧化裝置，在所述高級(jí)氧化裝置內(nèi)通入強(qiáng)氧化劑，廢水中的COD生成二氧化碳和水，經(jīng)氧化處理的濃水通入氧化產(chǎn)水池；S4、所述氧化產(chǎn)水池內(nèi)的濃水經(jīng)濃縮、陽(yáng)離子交換單元處理，得去除二價(jià)離子的陽(yáng)離子交換軟化水，所述陽(yáng)離子交換軟化水由鉀鹽蒸發(fā)結(jié)晶單元處理，得氯化鉀和硝酸鉀。
7.如權(quán)利要求6所述的石墨提純廢水處理的方法，其特征在于，步驟S2中，所述納濾濃水回套至石灰漿液池，與所述石灰漿液池中的氧化鈣反應(yīng)后回套至石灰中和池進(jìn)行固液分離后，再匯入S1中的所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行閉環(huán)處理。步驟S2中，固液分離所得的碳酸鈣沉淀通過(guò)污泥脫水機(jī)，得碳酸鈣和脫水混合液，其中，所述脫水混合液回流至S1中所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行處理。
8.如權(quán)利要求6所述的石墨提純廢水處理的方法，其特征在于，步驟S3中的所述一級(jí)滲透產(chǎn)水和步驟S4中濃縮產(chǎn)水合并經(jīng)二級(jí)反滲透裝置處理，其中，二級(jí)反滲透濃水與所述納濾產(chǎn)水合并處理，二級(jí)反滲透產(chǎn)水收集、回用至石墨提純工序。
9.如權(quán)利要求6所述的石墨提純廢水處理的方法，其特征在于，步驟S2中，所述上清液經(jīng)所述多級(jí)過(guò)濾器處理后，還進(jìn)行脫碳處理，以脫除廢水中殘余CO2；其中，脫除的CO2回套至所述固碳反應(yīng)池。
10.如權(quán)利要求6所述的石墨提純廢水處理的方法，其特征在于，步驟S4中，所述陽(yáng)離子交換軟化水依次經(jīng)氯化鉀蒸發(fā)結(jié)晶器和硝酸鉀蒸發(fā)結(jié)晶器，分別回收氯化鉀和硝酸鉀。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種石墨提純廢水的處理系統(tǒng)及方法，通過(guò)對(duì)石墨提純廢水分級(jí)處理，實(shí)現(xiàn)水廢的資源化利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：
第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨提純廢水的處理系統(tǒng)，包括：依次設(shè)置的調(diào)節(jié)單元、鈣離子脫除單元、COD(ChemicalOxygenDemand，化學(xué)需氧量)氧化單元和鉀鹽回收單元；其中，
所述鈣離子脫除單元包括：依次連接的固碳反應(yīng)池、軟水池、多級(jí)過(guò)濾器和納濾裝置，在所述固碳反應(yīng)池內(nèi)通入CO2和KOH以形成碳酸鈣沉淀，經(jīng)所述多級(jí)過(guò)濾器去除碳酸鈣沉淀，濾液經(jīng)所述納濾裝置截留其中的二價(jià)離子至納濾濃水側(cè)、納濾產(chǎn)水進(jìn)入所述COD氧化單元；
所述COD氧化單元包括：與所述納濾產(chǎn)水連通的一級(jí)反滲透裝置、高級(jí)氧化裝置和氧化產(chǎn)水池，其中，所述一級(jí)反滲透裝置用于脫鹽至一級(jí)滲透濃水側(cè)、一級(jí)滲透濃水連接至所述高級(jí)氧化裝置，在所述高級(jí)氧化裝置內(nèi)通入強(qiáng)氧化劑以將一級(jí)反滲透濃水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水、經(jīng)氧化處理的濃水通入氧化產(chǎn)水池；
所述鉀鹽回收單元包括濃縮裝置、陽(yáng)離子交換器和蒸發(fā)結(jié)晶器，其中所述氧化產(chǎn)水池的水經(jīng)所述濃縮裝置和陽(yáng)離子交換器進(jìn)入至蒸發(fā)結(jié)晶器，在所述蒸發(fā)結(jié)晶器依次析出回收氯化鉀和硝酸鉀。
上述技術(shù)方案中，通過(guò)向固碳反應(yīng)池投加CO2和KOH，在堿性條件下，去除廢水中的鈣離子。其中投入的CO2一方面實(shí)現(xiàn)碳固定，另一方面回收鈣離子，實(shí)現(xiàn)資源回收，再一方面，相比現(xiàn)有技術(shù)中采用Na2CO3或NaHCO3回收鈣離子，本申請(qǐng)不會(huì)引入多余Na+；投入KOH，一方面確保堿性條件、利于鈣離子的脫除和回收，另一方面，K+可以通過(guò)后續(xù)的KCl和KNO3的回收實(shí)現(xiàn)資源利用。除去鈣離子后的廢水經(jīng)過(guò)納濾單元用于截留廢水中的硫酸根離子，以保證后續(xù)結(jié)晶析出的鉀鹽的純度。一級(jí)反滲透裝置脫鹽至一級(jí)反滲透濃水側(cè)，然后一級(jí)反滲透濃水經(jīng)強(qiáng)氧化單元將COD濃度降低至符合要求，再濃縮、去除二價(jià)陽(yáng)離子，最后經(jīng)結(jié)晶蒸發(fā)回收氯化鉀和硝酸鉀，以實(shí)現(xiàn)氯離子和硝酸根離子的回收利用。其中，氯化鉀的純度達(dá)到97％以上，硝酸鉀的純度達(dá)到99％。綜上，采用上述技術(shù)方案，在實(shí)現(xiàn)石墨提純廢水治理的同時(shí)以及碳酸鈣、氯化鉀和硝酸鉀的回收，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
在一些實(shí)施例中，所述COD氧化單元中的一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水以及所述鉀鹽回收單元中的濃縮裝置產(chǎn)水合并連接至二級(jí)反滲透裝置；其中，經(jīng)所述二級(jí)反滲透裝置處理的二級(jí)反滲透濃水與所述納濾產(chǎn)水合并進(jìn)行處理，經(jīng)所述二級(jí)反滲透裝置的產(chǎn)水收集、回用至石墨提純工序；
所述納濾裝置的濃水回套至石灰漿液池，與所述石灰漿液池中的氧化鈣反應(yīng)后回套至石灰中和池，再匯入所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行處理。
在上述實(shí)施例中，一級(jí)反滲透裝置產(chǎn)水以及鉀鹽回收單元中的濃縮裝置產(chǎn)水經(jīng)過(guò)二級(jí)反滲透裝置處理的產(chǎn)水可以直接排放或者用于石墨提純工序，實(shí)現(xiàn)處理用水的循環(huán)利用。納濾裝置的濃水中含有硫酸根離子，為了防止納濾濃水中硫酸根離子累積，設(shè)置單獨(dú)的石灰漿液池，將硫酸根離子形成硫酸鈣沉淀，然后經(jīng)過(guò)用于中和石墨提純廢水的石灰中和池后，并在石灰中和池進(jìn)行固液分離后，匯入到調(diào)節(jié)單元進(jìn)行閉環(huán)處理。石灰漿液池的設(shè)置使硫酸根離子的濃度可降到1000mg/L以下，延長(zhǎng)后續(xù)納濾單元的使用壽命，避免了硫酸根離子的富集。
在一些實(shí)施例中，還包括污泥處理單元，所述污泥處理單元包括依次設(shè)置的污泥儲(chǔ)池、污泥脫水機(jī)和污水收集池；其中，所述污泥儲(chǔ)池與所述固碳反應(yīng)池連接，用于收集和存儲(chǔ)所述碳酸鈣沉淀；所述污泥脫水機(jī)，用于對(duì)所述碳酸鈣沉淀進(jìn)行脫水，得碳酸鈣和脫水混合液；所述脫水混合液經(jīng)所述污水收集池與所述調(diào)節(jié)單元連接。通過(guò)污泥處理單元可實(shí)現(xiàn)碳酸鈣沉淀的回收利用，同時(shí)產(chǎn)生的廢水重新通過(guò)調(diào)節(jié)單元進(jìn)入廢水閉環(huán)處理系統(tǒng)。
優(yōu)選地，所述固碳反應(yīng)池包括三個(gè)以上不同的投料區(qū)，用于二氧化碳和氫氧化鉀的投放。通過(guò)在固碳反應(yīng)單元設(shè)置三個(gè)以上不同的投料區(qū)，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳和氫氧化鉀的分級(jí)投放，提高二氧化碳的吸收速率，減少設(shè)備體積，降低投資成本。
在一些實(shí)施例中，在所述多級(jí)過(guò)濾器與所述納濾裝置之間還設(shè)有脫碳器，所述脫碳器用于脫除廢水中殘余CO2，所述脫碳器的氣體出口與所述固碳反應(yīng)池連接。通過(guò)將所述脫碳單元的氣體出口與所述固碳反應(yīng)池連接，可將脫碳單元產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)行再利用，實(shí)現(xiàn)二氧化碳的全吸收。設(shè)置脫碳單元還可以防止殘余的CO2與廢水中殘余Ca2+發(fā)生反應(yīng)，堵塞納濾裝置，降低納濾裝置的使用壽命。
本發(fā)明第二方面提供了一種石墨提純廢水回收利用的方法，包括以下步驟：
S1、廢水流入調(diào)節(jié)單元處理后得廢水混合液；
S2、所述廢水混合物流經(jīng)固碳反應(yīng)池，在所述固碳反應(yīng)池加入CO2和KOH，得含碳酸鈣沉淀的固碳反應(yīng)混合物，固液分離得上清液，將所述上清液調(diào)節(jié)pH至5.8～6.2，由多級(jí)過(guò)濾器處理，再經(jīng)納濾裝置處理得納濾濃水和納濾產(chǎn)水；
S3、所述納濾產(chǎn)水經(jīng)一級(jí)滲透裝置處理，得滲透產(chǎn)水和滲透濃水，其中滲透濃水進(jìn)入高級(jí)氧化裝置，在所述高級(jí)氧化裝置內(nèi)通入強(qiáng)氧化劑，廢水中的COD生成二氧化碳和水，經(jīng)氧化處理的濃水通入氧化產(chǎn)水池；
S4、所述氧化產(chǎn)水池內(nèi)的濃水經(jīng)濃縮、陽(yáng)離子交換單元處理，得去除二價(jià)離子的陽(yáng)離子交換軟化水，所述陽(yáng)離子交換軟化水由鉀鹽蒸發(fā)結(jié)晶單元處理，得氯化鉀和硝酸鉀。
相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的石墨提純廢水回收利用處理方法可實(shí)現(xiàn)水廢的資源化利用，對(duì)水廢中的鈣離子、氯離子、硝酸根離子以及二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行回收利用，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。
優(yōu)選的，固碳反應(yīng)池分三級(jí)加入二氧化碳，第一級(jí)加入總量的50％，第二級(jí)加入總量的30％，第三級(jí)加入總量的20％，用于提高二氧化碳的處理效率，減少設(shè)備體積。分三級(jí)加入氫氧化鉀，在第一級(jí)加入氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH至11.2～11.4，第二級(jí)加入氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH至10.2～10.4，第三級(jí)加入氫氧化鉀調(diào)節(jié)pH至9.0～9.2。
可選地，步驟S2中，所述納濾濃水回套至石灰漿液池，與所述石灰漿液池中的氧化鈣反應(yīng)后回套至石灰中和池進(jìn)行固液分離后，再匯入S1中的所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行閉環(huán)處理。
步驟S2中，固液分離所得的碳酸鈣沉淀通過(guò)污泥脫水機(jī)，得碳酸鈣和脫水混合液，其中，所述脫水混合液回流至S1中所述調(diào)節(jié)單元進(jìn)行處理。
優(yōu)選地，步驟S3中的所述一級(jí)滲透產(chǎn)水和步驟S4中濃縮產(chǎn)水合并經(jīng)二級(jí)反滲透裝置處理，其中，二級(jí)反滲透濃水與所述納濾產(chǎn)水合并處理，二級(jí)反滲透產(chǎn)水收集、回用至石墨提純工序。
優(yōu)選地，步驟S2中，所述上清液經(jīng)所述多級(jí)過(guò)濾器處理后，還進(jìn)行脫碳處理，以脫除廢水中殘余CO2；
其中，脫除的CO2回套至所述固碳反應(yīng)池。
優(yōu)選地，步驟S4中，所述陽(yáng)離子交換軟化水依次經(jīng)氯化鉀蒸發(fā)結(jié)晶器和硝酸鉀蒸發(fā)結(jié)晶器，分別回收氯化鉀和硝酸鉀。
（發(fā)明人：王維;李偉;張寶庫(kù);劉東旭;楊永哲）
