公布日：2023.09.05

申請日：2022.12.31

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)N;C02F5/02(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/56(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N

摘要

本發(fā)明公開了一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，該裝置用于工業(yè)廢水近零排放系統(tǒng)的預(yù)處理環(huán)節(jié)。預(yù)處理過程目的在于除鈣鎂硬度的同時(shí)去除有機(jī)物、濁度、色度、重金屬離子等。使處理后的水質(zhì)滿足后續(xù)膜法水處理工藝或電滲析水處理工藝的更嚴(yán)格的進(jìn)水水質(zhì)條件要求。系統(tǒng)裝置，包括磁粉回流混合槽，再循環(huán)回流混合槽，渣漿泵，回流量調(diào)節(jié)閥，再循環(huán)回流管，助凝劑加藥槽，絮凝池，帶斜管的高密度澄清池，排泥泵，磁粉分離組件，a、b、c藥劑添加口，閥門，管道，攪拌裝置，控制系統(tǒng)等共同組成。系統(tǒng)裝置采用非常規(guī)磁絮凝技術(shù)所采用的工藝技術(shù)，采用了小池體、中轉(zhuǎn)速、高效率的新型攪拌混合方式。在不添加聚鐵、聚鋁絮凝劑，只添加適量陰離子PAM助凝劑的條件下，利用磁混凝原理，解決了氫氧化鎂絮體不易通過絮凝沉淀分離的技術(shù)難題。系統(tǒng)裝置占地面積很小，絮凝效果好，加藥量少，處理效率高。

權(quán)利要求書

1.一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于，包括1磁粉回流混合槽，2再循環(huán)回流混合槽，3渣漿泵，4回流量調(diào)節(jié)閥，5再循環(huán)回流管，6助凝劑加藥槽，7絮凝池，8帶斜管的高密度澄清池，9排泥泵，10磁粉分離組件，a、b、c藥劑添加口，閥門，管道，攪拌裝置，控制系統(tǒng)等共同組成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于磁粉最初投加在原水中，在磁粉回流混合槽1內(nèi)與工業(yè)廢水原水預(yù)混合，磁粉混合槽內(nèi)配有槳式攪拌裝置，攪拌裝置轉(zhuǎn)速按照100轉(zhuǎn)/分鐘180轉(zhuǎn)/分鐘設(shè)計(jì)，主要用于將磁粉分離回流時(shí)可能形成的聚團(tuán)的磁粉擾動分散開。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于磁粉、氫氧化鈉、碳酸鈉的混合與攪拌采用渣漿泵再循環(huán)方式進(jìn)行；回流混合槽2中同時(shí)接受來自磁粉回流混合槽1中帶有磁粉的原水與再循環(huán)回流管5中配有氫氧化鈉溶液與碳酸鈉溶液的混合廢水；在再循環(huán)管5中溶液水流攪拌作用下，磁粉與初步形成的氫氧化鎂絮體、碳酸鈣沉淀顆粒等相互粘附結(jié)合；并一起進(jìn)入渣漿泵3中；渣漿泵3為大流量低轉(zhuǎn)速離心泵，回流混合槽2中的磁粉、藥劑等在離心泵內(nèi)再次充分混合，在葉輪快速攪拌下，磁粉、碳酸鈣與被打碎的氫氧化鎂小絮體充分混合粘附；為確保化學(xué)反應(yīng)及混合作用的充分進(jìn)行，在渣漿泵3的出口管道上安裝了再循環(huán)回流管5，其回流水量由回流量調(diào)節(jié)閥4進(jìn)行調(diào)節(jié)，其目的在于充分混合和延長反應(yīng)時(shí)間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于a加藥口、b加藥口安裝在再循環(huán)回流管5上，其作用是使少量藥劑與大量廢水可以先經(jīng)過循環(huán)管5內(nèi)溶液的一次稀釋混合，后經(jīng)過回流混合槽2內(nèi)的二次紊流攪拌混合，再經(jīng)過渣漿泵3葉輪的三次快速攪拌混合，使磁粉與絮體混合更加均勻，化學(xué)反應(yīng)更快速徹底；陰離子型PAM助凝劑通過加藥口c添加在助凝劑加藥槽6中；PAM添加后，混合溶液進(jìn)入絮凝池7中；混合溶液在渣漿泵提供的壓力下，利用套筒內(nèi)固定旋流板7021、7031的旋流作用下可以快速且充分的混合；助凝劑PAM與溶液依次經(jīng)過介質(zhì)上升快速攪拌混合區(qū)S1，介質(zhì)下降快速攪拌混合區(qū)S2，介質(zhì)上升快速攪拌混合區(qū)S3，絮體成型過渡區(qū)S4，絮體低擾動充分成長區(qū)S5后，進(jìn)入高密池8；固定旋流板為傾角為正、負(fù)30度左右的固定葉片，在筒壁上均勻分布，并沿筒壁方向可以多層布置。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于為使助凝劑PAM與廢水快速充分混合，快速混合區(qū)S1、S2、S3面積近似相等，以保證較高流速和旋流混合效果更好；混合后的PAM開始進(jìn)行的網(wǎng)捕凝聚作用起始于絮體成型過渡區(qū)S4中，S4的面積約為快速混合區(qū)S1面積的3倍到5倍；面積增大、流速降低，可使小絮體在PAM高分子鏈的作用下凝聚成較大直徑的絮體；絮體低擾動充分成長區(qū)S5面積等于或大于根據(jù)絮體不被擾動破壞需要的上升流速計(jì)算的最小面積。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，其特征在于絮體從低擾動充分成長區(qū)S5到高密池8溢流處，采用可升降絮體限位板705控制；可以適用由于水質(zhì)改變進(jìn)行磁粉添加量變化或磁粉顆粒度調(diào)整后絮體密度變化導(dǎo)致的成型絮體破碎或絮凝效果不好的問題。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，本發(fā)明系統(tǒng)裝置將氫氧化鎂難沉降絮體與磁混凝技術(shù)緊密結(jié)合，在不添加聚鐵、聚鋁絮凝劑，只加少量陰離子PAM助凝劑時(shí)，就可以使氫氧化鎂絮體沉降分離，并協(xié)同對廢水中的重金屬離子、有機(jī)物、色度、濁度等進(jìn)行有效去除；達(dá)到廢水零排放工藝后續(xù)膜法濃縮減量工藝或電滲析工藝更嚴(yán)格的進(jìn)水水質(zhì)要求；本發(fā)明系統(tǒng)裝置系統(tǒng)簡單，控制方便，無需大容積攪拌混合池，無需高功率快速攪拌器，還可以適應(yīng)磁粉量或顆粒度調(diào)整后的變化調(diào)節(jié)；本發(fā)明系統(tǒng)裝置創(chuàng)新采用了再循環(huán)泵體攪拌混合方式、加藥多級混合方法、磁混凝絮體成長控制裝置及方法、絮凝池到高密池溢流高度可調(diào)方式等新方法；凡利用本發(fā)明工藝原理及結(jié)構(gòu)進(jìn)行的相關(guān)技術(shù)研究及裝置生產(chǎn)，均在本發(fā)明權(quán)利要求書保護(hù)范圍內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有的缺陷，提供了一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，該裝置用于工業(yè)廢水近零排放系統(tǒng)的預(yù)處理環(huán)節(jié)。預(yù)處理過程目的在于除鈣鎂硬度的同時(shí)去除有機(jī)物、濁度、色度、重金屬離子等。使處理后的水質(zhì)滿足后續(xù)膜法水處理工藝或電滲析水處理工藝的更嚴(yán)格的進(jìn)水水質(zhì)條件要求。系統(tǒng)裝置，包括磁粉回流混合槽，再循環(huán)回流混合槽，渣漿泵，回流量調(diào)節(jié)閥，再循環(huán)回流管，助凝劑加藥槽，絮凝池，帶斜管的高密度澄清池，排泥泵，磁粉分離組件，a、b、c藥劑添加口，閥門，管道，攪拌裝置，控制系統(tǒng)等共同組成。系統(tǒng)裝置采用非常規(guī)磁絮凝技術(shù)所采用的工藝技術(shù)，采用了小池體、中轉(zhuǎn)速、高效率的新型攪拌混合方式。在不添加聚鐵、聚鋁絮凝劑，只添加適量陰離子PAM助凝劑的條件下，利用磁混凝原理，解決了氫氧化鎂絮體不易通過絮凝沉淀分離的技術(shù)難題。系統(tǒng)裝置占地面積很小，絮凝效果好，加藥量少，處理效率高。

本發(fā)明的系統(tǒng)裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明磁混凝系統(tǒng)裝置理論基礎(chǔ)：是在相關(guān)磁混凝技術(shù)研究基礎(chǔ)上，經(jīng)過多次的小試、中試的實(shí)驗(yàn)過程中總結(jié)出來的，創(chuàng)造性的采用了回流磁粉添加在原水中，在磁粉與原水?dāng)嚢杌旌虾�，同時(shí)添加氫氧化鈉溶液與碳酸鈉溶液。利用氫氧化鎂絮體會以水中預(yù)先混合的磁粉為晶核直接生長，形成最緊密的結(jié)合的效果。反應(yīng)過程中產(chǎn)生的碳酸鈣顆粒也同時(shí)參與絮體成核過程，相當(dāng)于增加了部分重介質(zhì)絮凝的作用。

進(jìn)一步，由于前期形成的氫氧化鎂絮體與磁粉結(jié)合，而磁粉在堿性條件下具有負(fù)zeta電位，與正電位的氫氧化鎂絮體結(jié)合后會呈電中性，極大的改善了氫氧化鎂絮體高正電位導(dǎo)致的絮體間斥力大、不易凝聚的缺點(diǎn)。因此，在添加PAM前，可以對初期絮體進(jìn)行充分的混合攪拌且并不用擔(dān)心對前期產(chǎn)生的絮體的破壞會造成后期絮體成長效果。實(shí)驗(yàn)過程中，磁粉目數(shù)為200目左右，混合階段的攪拌轉(zhuǎn)速在500轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，磁粉與氫氧化鎂絮體的混合效果很好，添加PAM助凝劑后的絮凝狀況效果好。

進(jìn)一步，添加陰離子型PAM助凝劑后，PAM與溶液的混合需要快速、混合均勻，混合時(shí)間宜控制在2040秒�？焖倩旌虾�，絮體成長階段要在盡量小的水流擾動條件下，避免絮體再次破碎，添加PAM助凝劑后形成的絮體破碎后，由于分子鏈的斷裂，凝聚效果變差，不易被絮團(tuán)再次吸附，容易導(dǎo)致產(chǎn)水的濁度超標(biāo)。

本發(fā)明系統(tǒng)裝置的為解決技術(shù)問題采用的具體的技術(shù)方案，一種高鎂硬度工業(yè)廢水的磁混凝系統(tǒng)裝置，包括以下關(guān)鍵技術(shù)流程：A、磁粉添加與雙堿法藥劑添加及混合：磁粉在磁粉回流混合槽內(nèi)與工業(yè)廢水預(yù)混合：利用攪拌裝置，將從污泥中分離出來的磁粉與溶液混合。由污泥帶走的損失的少量磁粉，也要補(bǔ)充添加在磁粉回流混合槽內(nèi)。

雙堿法除硬度藥劑的添加，由于氫氧化鈉溶液及碳酸鈉溶液添加量需要根據(jù)廢水硬度添加，但一般情況的添加量僅為廢水量的1%左右。幾種量差巨大的溶液的均勻混合需要長時(shí)間的擾動，以往混合過程均采用在反應(yīng)池內(nèi)持續(xù)攪拌的方式，使藥劑分配均勻。

本發(fā)明采用梯級多次混合方式，一次混合的氫氧化鈉溶液及碳酸鈉溶液均添加在再循環(huán)管道溶液中，與回流水進(jìn)行初步稀釋、混合、反應(yīng)。回流水量約為總水量的20%50%。二次混合在回流混合槽中，帶有藥劑的回流水與廢水原水進(jìn)行二次混合、反應(yīng)。三次混合在步驟B的離心式葉輪輸送攪拌過程，較高的離心泵轉(zhuǎn)速攪拌下，促使混合與化學(xué)反應(yīng)更加高效徹底。

B、磁粉顆粒作為絮體晶核的離心式葉輪混合及再循環(huán)混合過程。

磁混凝過程的核心問題在于如何使磁粉顆粒形成絮體的“晶核”，也就是使絮體的成長圍繞磁粉顆粒進(jìn)行，這樣的話后期形成的絮體更加緊實(shí)，不易破碎。同時(shí)增加絮體密度，達(dá)到快速沉降的作用。其次，部分磁粉附著在成型絮體表面上，同樣起到增加絮體密度，促使之快速沉降的效果。以晶核形式存在的磁粉的利用率高，效果更好。附著在絮體上的磁粉容易脫落，且與絮體的結(jié)合不均勻，易造成絮體間的密度差變大。

本發(fā)明利用半開式葉輪離心式的渣漿泵，利用其葉輪輸送流體過程中400700轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速，將初步成型的氫氧化鎂絮體打碎成微小絮體，并使其與預(yù)先混在溶液中的磁粉充分結(jié)合，形成了絮體晶核。

其中，渣漿泵可以根據(jù)磁粉添加量與工業(yè)廢水密度按照半開式葉輪離心泵相關(guān)設(shè)計(jì)說明書進(jìn)行設(shè)計(jì)選型。

泵的半開式葉輪選擇彎曲葉片，控制葉輪轉(zhuǎn)速范圍小于500轉(zhuǎn)/分鐘。葉輪及蝸殼采用耐磨材質(zhì)。渣漿泵出口管路流速不小于磁粉的臨界沉降速度，管道采用不小于0.5%的坡度，渣漿泵揚(yáng)程根據(jù)出口管路沿程阻力及局部阻力計(jì)算。

在渣漿泵出口設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥門，用于根據(jù)加藥后的混合反應(yīng)速度調(diào)節(jié)再循環(huán)溶液流量，有利于磁粉混合與化學(xué)反應(yīng)的徹底進(jìn)行。

C、PAM添加后無反復(fù)攪拌的快速混合過程陰離子型助凝劑PAM，需提前配比成0.1%0.2%濃度的熟化溶液。由于PAM的添加量僅為3ppm5ppm,加藥量更少，快速均勻混合難度更高。

本發(fā)明裝置，PAM溶液在助凝劑加藥槽中添加，利用水流在轉(zhuǎn)向中的紊流效果進(jìn)行一次混合。一次混合PAM后的溶液進(jìn)入絮凝池中。絮凝池采用多級折流套筒的固定式絮凝結(jié)構(gòu)。在水流經(jīng)過的筒體內(nèi)、外設(shè)有多級固定旋流板。旋流板的傾角可為30度左右、相鄰旋流板的旋轉(zhuǎn)方向相反�；旌先芤涸谠鼭{泵提供的壓力下，高流速溶液會在套筒內(nèi)固定旋流板處形成強(qiáng)烈的旋流。旋流使PAM與溶液產(chǎn)生快速均勻的混合效果�？焖倩旌想A段設(shè)計(jì)混合時(shí)間20秒40秒之間。

D、絮體無反復(fù)攪拌的成長過程均勻混合的含有PAM高分子助凝劑的溶液中，溶解的PAM高分子在絮體成型過渡區(qū)主要起網(wǎng)捕凝聚作用，通過增大過渡區(qū)水流面積，降低流速，使大絮體相對速度低于水流速度，更容易與相對水流速度高的小絮體的碰撞從而凝聚成更大的絮體。

隨后，絮體進(jìn)入低擾動充分成長區(qū)。充分成長區(qū)的水流截面積可以根據(jù)絮體不被擾動破壞需要的上升流速計(jì)算出最小面積。絮體在溶液中會形成絮體的聚集層，后續(xù)溶液中的微小絮體被水流帶動經(jīng)過絮體聚集層時(shí)，會被粘附過濾進(jìn)一步去除。

整個(gè)混合過程，無一般磁粉絮凝池的反復(fù)攪拌過程。因此，成型的絮體基本不被破壞，絮凝效果更佳。

E、絮體從絮凝池到高密池的轉(zhuǎn)移絮體從絮凝池到高密池的轉(zhuǎn)移一般采用“溢流”的方式，磁絮凝過程產(chǎn)生的絮體溢流高度通常在液面以下，具體需要根據(jù)絮體密度計(jì)算得出。

在絮體密度一定的情況下，溢流高度過低，絮體會過早轉(zhuǎn)移到高密池中，絮體層變薄，絮體的過濾捕集小絮體的作用降低，絮凝效果變差；溢流高度過高，成型絮體不能順利轉(zhuǎn)移到高密池中，會在絮凝池底部堆積，不能正常轉(zhuǎn)移到高密池總。絮體會在持續(xù)水流反復(fù)流動經(jīng)過的情況下，逐漸破碎成小絮體進(jìn)入高密池。而從高分子PAM鏈上斷裂下來的絮體，凝聚作用會變的很差，導(dǎo)致絮凝沉降效果變差。上述現(xiàn)象在磁粉顆粒度變化或磁粉添加量變化時(shí)問題尤為突出。

本發(fā)明系統(tǒng)裝置采用可升降絮體限位板控制溢流高度。可以解決由于水質(zhì)改變進(jìn)行磁粉添加量變化或磁粉顆粒度調(diào)整后絮體密度變化導(dǎo)致的成型絮體破碎或絮凝效果不好的問題。

F、絮體中磁粉分離及回流過程本發(fā)明系統(tǒng)裝置，根據(jù)磁混凝過程污泥產(chǎn)量，選用高速剪切解絮機(jī)。利用其特殊結(jié)構(gòu)，將高密池沉淀分離出來的夾帶有磁粉的絮體進(jìn)行初步破碎并分離，密度小的污泥隨泥水排放收集，分離出的磁粉經(jīng)過高梯度電磁鐵或永磁磁分離裝置進(jìn)行附磁分離，回收的磁粉回流到磁粉回流混合槽內(nèi)，完成磁粉的循環(huán)利用。目前的磁粉分離回收率可高達(dá)99%以上。被污泥帶走的部分磁粉，需要在磁粉回流混合槽內(nèi)補(bǔ)充添加。

本發(fā)明的有益效果是：（1）磁粉在磁粉回流混合槽內(nèi)與原水直接混合，氫氧化鎂絮凝物產(chǎn)生時(shí)與磁粉顆粒共存，磁粉更容易形成絮體晶核；通過渣漿泵半開式葉輪的劇烈攪拌，磁粉與破碎的小絮體結(jié)合效果更好。由于在高PH值條件下，氫氧化鎂呈正zeta電位，而磁粉呈負(fù)zeta電位，兩者充分混合后形成的磁粉氫氧化鎂絮體zeta電位更容易趨于電中性，更容易產(chǎn)生凝聚作用。

（2）好的凝聚作用，使后續(xù)不再需要添加聚鐵絮凝劑或聚鋁絮凝劑實(shí)現(xiàn)電中和及網(wǎng)捕用。同時(shí)解決了高PH值條件下，聚鐵絮凝劑與聚鋁絮凝劑添加后會直接產(chǎn)生氫氧化物沉淀，不能具有電中和及網(wǎng)捕作用的難題。減少了絮凝劑的添加，減少了運(yùn)行費(fèi)用。

通過磁粉添加混合后呈zeta電位中性的絮體,降低了陰離子PAM助凝劑的電位中和需要量，只需要PAM的架橋網(wǎng)捕絮凝作用，減少了PAM添加量。

（3）多級加藥混合性能：少量的投加藥劑，需要更長的水力停留時(shí)間和攪拌時(shí)間才可以混合均勻。本發(fā)明采用分級混合、半開式離心葉輪快速攪拌、再循環(huán)混合方式，不再需要以往磁絮凝分別設(shè)PH調(diào)節(jié)池、碳酸鈉加藥池、絮凝劑+磁粉混凝池、磁絮凝池的分體設(shè)計(jì)。減少了系統(tǒng)占地面積，減少初投資。

（4）添加PAM后的快速攪拌過程、絮體成長過渡過程、絮體成型過程沒有反復(fù)攪拌的過程，提高了絮凝沉降效果。

（5）可調(diào)絮體溢流高度控制，在水質(zhì)變化需要進(jìn)行磁粉顆粒度調(diào)整、磁粉添加量調(diào)整時(shí)，僅需要進(jìn)行溢流高度的調(diào)整，就可以保持好的絮凝效果。

（發(fā)明人：杜建偉;陳丕顯;馬愛;陶興國;解傳海）