公布日:2023.04.04
申請日:2022.11.18
分類號:C02F9/00(2023.01)I;C01B25/37(2006.01)I;C01C1/24(2006.01)I;C02F1/72(2006.01)N;C02F1/66(2006.01)N;C02F1/52(2006.01)N;C02F1/58(2006.01)N;C02F1/44
(2006.01)N;C02F1/04(2006.01)N
摘要
本申請涉及廢水處理技術領域,具體公開了一種磷酸鐵廢水處理工藝和處理系統(tǒng),處理工藝包括如下步驟:S1、加入硫酸亞鐵、雙氧水;加入堿,調(diào)節(jié)pH值為3-5;加入絮凝劑,沉淀分離,獲得一級出水;S2、加入堿,調(diào)節(jié)pH值為6-9;加入絮凝劑,沉淀分離,獲得二級出水;S3、加入鋁系除氟藥劑;加入絮凝劑、微砂,沉淀分離,獲得三級出水;S4、反滲透濃縮;S5、加入鋁系除氟藥劑;加入絮凝劑、微砂,沉淀分離,獲得四級出水;S6、蒸發(fā)結(jié)晶。該處理工藝,不僅對廢水中的鎂、鐵、錳、氟、磷具有較高的去除效果,而且還實現(xiàn)了磷酸鐵、硫酸銨的回收,具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點,滿足市場需求。
權利要求書
1.一種磷酸鐵廢水處理工藝,其特征在于:包括如下步驟:S1、一級除磷:向廢水中加入硫酸亞鐵、過氧化氫混合,曝氣處理;然后加入堿,調(diào)節(jié)pH值為3-5;之后加入絮凝劑混合,沉淀、分離,獲得一級出水和污泥a;其中,廢水為磷酸鐵廢水;S2、二級除鐵錳鎂:向一級出水中加入堿,調(diào)節(jié)pH值為6-9;之后加入絮凝劑混合,沉淀、分離,獲得二級出水和污泥b;S3、三級除氟:向二級出水中加入鋁系除氟藥劑混合;之后加入絮凝劑、微砂混合,沉淀、分離,獲得三級出水和污泥c;S4、反滲透濃縮:將三級出水進行反滲透濃縮,獲得反滲透濃縮液和清水;S5、四級除氟:向反滲透濃縮液中加入鋁系除氟藥劑混合;之后加入絮凝劑、微砂混合,沉淀、分離,獲得四級出水和污泥d;S6、蒸發(fā)結(jié)晶:將四級出水進行蒸發(fā)結(jié)晶。
2.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:所述廢水的pH值為1-3,所述廢水的溫度為50-80℃,所述廢水中銨根離子濃度≤15000ppm、鎂離子濃度≤250ppm、三價鐵離子濃度≤300ppm、錳離子濃度≤300ppm、硫酸根離子濃度≤80000ppm、氟離子濃度≤450ppm、磷酸根離子≤15000ppm。
3.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:步驟S1中,過氧化氫的使用量為90-110mg/L,和/或,步驟S1中,硫酸亞鐵的使用量為廢水中磷酸根離子摩爾濃度的1.2-1.5倍,和/或,步驟S1、步驟S2中,堿為氨水,氨水的質(zhì)量濃度為15-25%。
4.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:步驟S1、步驟S2、步驟S3、步驟S5中使用的絮凝劑為絮凝劑PAM,且絮凝劑的使用量為1-2mg/L,和/或,步驟S3、步驟S5中,微砂平均粒度為80-130μm,且微砂于廢水中的濃度為5-10g/L,和/或,步驟S3、步驟S5中,鋁系除氟藥劑的使用量為,使鋁系除氟藥劑中鋁的摩爾濃度為廢水中氟離子摩爾濃度的3-5倍。
5.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:所述反滲透濃縮液中氟離子濃度≤30ppm,和/或,所述四級出水中氟離子濃度≤5ppm。
6.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:步驟S1、步驟S2中,沉淀負荷為3-6m3/(m2·h),和/或,步驟S3、步驟S5中,沉淀負荷為6-10m3/(m2·h)。
7.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:步驟S2中,部分污泥b回流到一級出水中,且與絮凝劑一起使用,污泥b總量的10-40wt%進行回流。
8.根據(jù)權利要求1所述的主題名稱,其特征在于:步驟S3中,污泥c經(jīng)過分離獲得回收微砂、污泥c2,回收微砂回流到二級出水中,且與絮凝劑一起使用,新微砂的使用量為3-5mg/L;步驟S5中,污泥d經(jīng)過分離獲得回收微砂、污泥d2,回收微砂回流到四級出水中,且與絮凝劑一起使用,新微砂的使用量為3-5mg/L。
9.根據(jù)權利要求8所述的主題名稱,其特征在于:所述污泥a經(jīng)過壓濾濃縮、烘干,獲得磷酸鐵,并回收利用,和/或,所述污泥b、污泥c2、污泥d2經(jīng)過壓濾濃縮、烘干,獲得固體物,并回收處理。
10.一種如權利要求1-9中任一項所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng),其特征在于:包括一級除磷單元、二級除鐵錳鎂單元、三級除氟單元、反滲透裝置、四級除氟單元、蒸發(fā)結(jié)晶器;所述一級除磷單元包括依次連通的一級反應池a、二級反應池b、一級絮凝池、一級沉淀池、污泥池a;所述二級除鐵錳鎂單元包括依次連通的二級反應池、二級絮凝池、二級沉淀池、污泥池b,所述二級反應池和一級沉淀池連通;所述三級除氟單元包括依次連通的三級反應池、三級絮凝池、三級沉淀池、微砂分離器a,所述三級反應池和二級沉淀池連通,所述微砂分離器a分別和三級絮凝池、污泥池b連通,所述三級沉淀池和反滲透裝置連通;所述四級除氟單元包括依次連通的四級反應池、四級絮凝池、四級沉淀池、微砂分離器b,所述四級反應池和反滲透裝置連通,所述微砂分離器b分別和四級絮凝池、污泥池b連通,所述四級沉淀池和蒸發(fā)結(jié)晶器連通。
發(fā)明內(nèi)容
為了降低磷酸鐵廢水處理工藝和成本,本申請?zhí)峁┮环N磷酸鐵廢水處理工藝和處理系統(tǒng)。
第一方面,本申請?zhí)峁┮环N磷酸鐵廢水處理工藝,采用如下的技術方案:一種磷酸鐵廢水處理工藝,包括如下步驟:S1、一級除磷:向廢水中加入硫酸亞鐵、雙氧水混合,曝氣處理;然后加入堿,調(diào)節(jié)pH值為3-5;之后加入絮凝劑混合,沉淀、分離,獲得一級出水和污泥a;其中,廢水為磷酸鐵廢水;S2、二級除鐵錳鎂:向一級出水中加入堿,調(diào)節(jié)pH值為6-9;之后加入絮凝劑混合,沉淀、分離,獲得二級出水和污泥b;S3、三級除氟:向二級出水中加入鋁系除氟藥劑混合;之后加入絮凝劑、微砂混合,沉淀、分離,獲得三級出水和污泥c;S4、反滲透濃縮:將三級出水進行反滲透濃縮,獲得反滲透濃縮液和清水;S5、四級除氟:向反滲透濃縮液中加入鋁系除氟藥劑混合;之后加入絮凝劑、微砂混合,沉淀、分離,獲得四級出水和污泥d;S6、蒸發(fā)結(jié)晶:將四級出水進行蒸發(fā)結(jié)晶。
通過采用上述技術方案,向廢水中加入硫酸亞鐵、過氧化氫,引入三價鐵離子,然后調(diào)節(jié)pH值為3-5,此時,主要形成磷酸鐵沉淀,并對磷酸鐵進行回收利用。而且,磷酸鐵沉淀能夠?qū)Ψ镞M行吸附,降低三級除氟負荷。同時,不需要使用混凝劑,降低成本。然后進一步調(diào)節(jié)pH值為6-9,使廢水中的三價鐵離子、錳離子、鎂離子,以及殘留磷酸根離子形成沉淀。不僅除去廢水中的三價鐵離子、錳離子、鎂離子,進一步除去磷酸根離子。而且,也能夠吸附氟化物,降低三級除氟負荷。同時,也不需要使用混凝劑,降低成本。之后利用鋁系除氟藥劑,進一步形成磷酸鋁、氫氧化鋁沉淀,其可以進一步吸附廢水中的氟化物,提高廢水氟化物去除效果。本申請中,經(jīng)過一級除磷、二級除鐵錳鎂、三級除氟之間的相互配合,鎂離子去除率>97%、三價鐵離子去除率>99%、錳離子去除率>98%、氟離子去除率>98%、磷酸根離子去除率>94%。
申請人在實際研究中發(fā)現(xiàn),如果對三級出水直接進行蒸發(fā)結(jié)晶,基于三級出水的處理量較大,大大增加蒸發(fā)結(jié)晶成本。在此基礎上,本申請中,對三級出水進行反滲透濃縮,形成反滲透濃縮液,大大降低了蒸發(fā)結(jié)晶處理量。進一步的,申請人還發(fā)現(xiàn),三級出水經(jīng)過濃縮形成的反滲透濃縮液,其中含有較多的氟離子,如果對反滲透濃縮液直接進行蒸發(fā)結(jié)晶,氟離子對使用的蒸發(fā)結(jié)晶器具有嚴重的腐蝕。在此基礎上,本申請中,對反滲透濃縮液進行除氟處理,降低反滲透濃縮液中氟離子濃度,即降低四級出水對蒸發(fā)結(jié)晶器腐蝕性的影響。同時,申請人在實際研究中還發(fā)現(xiàn),四級出水中含有較多的銨根離子、硫酸根離子,如果將反滲透濃縮液回流到三級除氟中,雖然也能夠達到除氟的目的,但是無法回收銨根離子、硫酸根離子。在此基礎上,本申請中,對四級出水蒸發(fā)結(jié)晶處理后,能夠獲得硫酸銨,并對硫酸銨回收利用,例如應用于硫氨肥料。
本申請的磷酸鐵廢水處理工藝,通過一級除磷、二級除鐵錳鎂、三級除氟、反滲透濃縮、四級除氟、蒸發(fā)結(jié)晶之間的相互配合,不僅實現(xiàn)了對廢水中的鎂、鐵、錳、氟、磷的去除,而且還實現(xiàn)了磷酸鐵、硫酸銨的回收利用,具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點,滿足市場需求。
步驟S1,在一個實施例中,調(diào)節(jié)pH值為4.1,其也可以根據(jù)需要將pH值調(diào)節(jié)為3、3.5、4、4.5、5等。
步驟S2中,在一個實施例中,調(diào)節(jié)pH值為7.4,其也可以根據(jù)需要將pH值調(diào)節(jié)為6、6.5、7、7.5、8、8.5、9等。
可選的,所述廢水的pH值為1-3,所述廢水的溫度為50-80℃,所述廢水中銨根離子濃度≤15000ppm、鎂離子濃度≤250ppm、三價鐵離子濃度≤300ppm、錳離子濃度≤300ppm、硫酸根離子濃度≤80000ppm、氟離子濃度≤450ppm、磷酸根離子≤15000ppm。
通過采用上述技術方案,對廢水中銨根離子濃度、鎂離子濃度、三價鐵離子濃度、錳離子濃度、硫酸根離子濃度、氟離子濃度、磷酸根離子進行優(yōu)化,保持磷酸鐵廢水處理工藝的穩(wěn)定性。
可選的,過氧化氫的使用量為90-110mg/L,和/或,步驟S1中,硫酸亞鐵的使用量為廢水中磷酸根離子摩爾濃度的1.2-1.5倍,和/或,步驟S1、步驟S2中,堿為氨水,氨水的質(zhì)量濃度為15-25%。
通過采用上述技術方案,對過氧化氫、硫酸亞鐵的使用量進行優(yōu)化,以及對堿進行優(yōu)化,保持磷酸鐵廢水處理工藝的穩(wěn)定性。
進一步的,過氧化氫采用雙氧水溶液,且雙氧水溶液中的過氧化氫質(zhì)量濃度為20-50%。在一個實施例中,雙氧水溶液中的過氧化氫質(zhì)量濃度為27.5%,其也可以根據(jù)需要將質(zhì)量濃度調(diào)整為20%、25%、30%、35%、40%、50%等。
硫酸亞鐵采用硫酸亞鐵溶液,硫酸亞鐵溶液的質(zhì)量濃度為20-40%。在一個實施例中,硫酸亞鐵溶液的質(zhì)量濃度為30%,其也可以根據(jù)需要將質(zhì)量濃度調(diào)整為20%、25%、35%、40%等。在磷酸鐵制備中,常常采用亞鐵鹽和磷酸鹽在氧化劑作用下反應而得,且亞鐵鹽一般采用硫酸亞鐵。此時,硫酸亞鐵溶液可以采用磷酸鐵制備過程中產(chǎn)生的磷酸亞鐵溶液,不需要額外試劑,降低成本。
可選的,步驟S1、步驟S2、步驟S3、步驟S5中使用的絮凝劑為絮凝劑PAM,且絮凝劑的使用量為1-2mg/L,和/或,步驟S3、步驟S5中,微砂平均粒度為80-130μm,且微砂于廢水中的濃度為5-10g/L,和/或,步驟S3、步驟S5中,鋁系除氟藥劑的使用量為,使鋁系除氟藥劑中鋁的摩爾濃度為廢水中氟離子摩爾濃度的3-5倍。
通過采用上述技術方案,對絮凝劑、微砂、鋁系除氟藥劑的使用量進行優(yōu)化,保持磷酸鐵廢水處理工藝的穩(wěn)定性。
可選的,所述反滲透濃縮液中氟離子濃度≤30ppm,和/或,所述四級出水中氟離子濃度≤5ppm。
對于反滲透濃縮液而言,隨著三級出水濃縮倍數(shù)的增加,反滲透濃縮液中氟離子濃度、銨根離子濃度、硫酸根離子濃度不斷增加,即反滲透濃縮液中無機鹽含量增加,降低反滲透裝置的使用壽命。對反滲透濃縮液中氟離子濃度進行優(yōu)化,進而實現(xiàn)對三級出水濃縮倍數(shù)的優(yōu)化,降低濃縮倍數(shù)過大而對反滲透裝置使用壽命的影響,也降低濃縮倍數(shù)過大而增加四級除氟負荷。
在一個實施例中,反滲透濃縮液中氟離子濃度為14ppm,其也可以根據(jù)濃縮倍數(shù)使反滲透濃縮液中氟離子濃度為30ppm、20ppm、10ppm等。
對于四級出水而言,對四級出水中的氟離子濃度進行優(yōu)化,避免四級出水中氟離子濃度過高而影響蒸發(fā)結(jié)晶器的使用壽命,從而保證蒸發(fā)結(jié)晶器的正常運行以及使用壽命。
在一個實施例中,四級出水中氟離子濃度為2.9ppm,其也可以根據(jù)需要將四級出水中氟離子濃度設置為5ppm、4ppm、3ppm、2ppm、1ppm、0.5ppm等。
可選的,步驟S1、步驟S2中,沉淀負荷為3-6m3/(m2·h),和/或,步驟S3、步驟S5中,沉淀負荷為6-10m3/(m2·h)。
優(yōu)選的,步驟S1中,沉淀負荷為4m3/(m2·h)。步驟S2中,沉淀負荷為4m3/(m2·h)。步驟S3中,沉淀負荷為10m3/(m2·h)。步驟S5中,沉淀負荷為7.5m3/(m2·h)。
可選的,步驟S2中,部分污泥b回流到一級出水中,且與絮凝劑一起使用,污泥b總量的10-40wt%進行回流。
步驟S2中,待加入絮凝劑后,由于絮體較少,此時將部分污泥b回流處理,能夠有效的增加污泥濃度,不僅便于絮體長大且沉淀,而且減少絮凝劑使用量,降低成本。
在一個實施例中,污泥b總量的27wt%進行回流,其也可以根據(jù)需要調(diào)整為污泥b總量的10wt%、15wt%、20wt%、25wt%、30wt%、35wt%、40wt%等中的一種進行回流。
可選的,步驟S3中,污泥c經(jīng)過分離獲得回收微砂、污泥c2,回收微砂回流到二級出水中,且與絮凝劑一起使用,新微砂的使用量為3-5mg/L;步驟S5中,污泥d經(jīng)過分離獲得回收微砂、污泥d2,回收微砂回流到四級出水中,且與絮凝劑一起使用,新微砂的使用量為3-5mg/L。
步驟S3、步驟S5中,將回收微砂回流處理,絮體以微砂為晶核,增加絮體的沉淀性,基于大部分微砂進行了回流,新微砂使用量為3-5mg/L,大大降低了新微砂的使用量,降低成本。
可選的,所述污泥a經(jīng)過壓濾濃縮、烘干,獲得磷酸鐵,并回收利用,和/或,所述污泥b、污泥c2、污泥d2經(jīng)過壓濾濃縮、烘干,獲得固體物,并回收處理。
第二方面,本申請?zhí)峁┮环N如上述所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng),采用如下的技術方案:一種如上述所述的磷酸鐵廢水處理系統(tǒng),包括一級除磷單元、二級除鐵錳鎂單元、三級除氟單元、反滲透裝置、四級除氟單元、蒸發(fā)結(jié)晶器;所述一級除磷單元包括依次連通的一級反應池a、二級反應池b、一級絮凝池、一級沉淀池、污泥池a;所述二級除鐵錳鎂單元包括依次連通的二級反應池、二級絮凝池、二級沉淀池、污泥池b,所述二級反應池和一級沉淀池連通;所述三級除氟單元包括依次連通的三級反應池、三級絮凝池、三級沉淀池、微砂分離器a,所述三級反應池和二級沉淀池連通,所述微砂分離器a分別和三級絮凝池、污泥池b連通,所述三級沉淀池和反滲透裝置連通;所述四級除氟單元包括依次連通的四級反應池、四級絮凝池、四級沉淀池、微砂分離器b,所述四級反應池和反滲透裝置連通,所述微砂分離器b分別和四級絮凝池、污泥池b連通,所述四級沉淀池和蒸發(fā)結(jié)晶器連通。
綜上所述,本申請至少具有以下有益效果:1、本申請的磷酸鐵廢水處理工藝,通過一級除磷、二級除鐵錳鎂、三級除氟、反滲透濃縮、四級除氟、蒸發(fā)結(jié)晶之間的相互配合,不僅實現(xiàn)了對廢水中的鎂、鐵、錳、氟、磷的去除,而且還實現(xiàn)了磷酸鐵、硫酸銨的回收利用,具有工藝簡單、成本低的優(yōu)點,滿足市場需求。
2、本申請中還對四級出水中氟離子濃度進行限定,避免四級出水中氟離子濃度過高而影響蒸發(fā)結(jié)晶器的使用壽命,從而保證蒸發(fā)結(jié)晶器的正常運行以及使用壽命。
3、步驟S2中,對污泥b進行回流,不僅增加沉淀效果,而且減少絮凝劑使用量,降低成本。步驟S3、步驟S5中,對回收微砂進行回流,減少微砂的使用量,降低成本,而且提升了污泥沉降速度,大大減少沉淀占地面積。
(發(fā)明人:王曉陽;謝曉朋)