本发明涉及一种对高镁低钙含量的脱硫废水进行软化预处理的装置及方法，该装置可减少软化过程中沉淀物的生成量、降低软化剂的投加量和成本，属于环境保护技术领域。
背景技术：
so2作为一种对环境有严重污染的火电废气，其排放受到了国家日趋严重的限制。为了实现烟气的清洁排放，国内大多数火电厂均增设了烟气脱硫系统。据统计，在诸多烟气脱硫技术中，石灰石-石膏湿法脱硫工艺占比高达90％，该技术在高效脱硫的同时，也将烟气中的污染物转移到了水中，产生了成分复杂、水质恶劣的脱硫废水。随着国家对水体污染的日渐重视，该废水作为重要的水体污染源，排放受到了严格的限制，如何实现火电厂脱硫废水的零排放成为了业内关注的热点。目前，多数废水零排放技术都需采用膜过滤的技术对废水进行固液分离、浓缩提纯等。由于废水中mg2+和ca2+含量往往较高，极易结垢对滤膜造成污染，因此在使用滤膜工艺之前需要对其进行软化预处理。
在常规的脱硫废水软化预处理工艺中，烧碱/熟石灰-纯碱法常被用于沉淀分离溶液中的ca2+和mg2+，其软化效率因水质不同而异。高镁低钙是一种比较典型的水质特征，废水中mg2+浓度可达1-2万mg/l，ca2+浓度约为500-1000mg/l。对于这种脱硫废水，常规的烧碱/熟石灰-纯碱法存在沉淀生成量大、软化剂的消耗量和成本过大的问题(需投加的软化剂和生成的沉淀量可达废水重量的10％以上，软化剂成本可达100-200元/吨)。由于脱硫废水多呈弱酸性，在酸性环境下mg2+几乎不会结垢，但ca2+会与废水中的so42-形成caso4堵塞后续处理工艺中的滤膜，因此对于该类型的脱硫废水，在不影响mg2+浓度的前提下选择性地分离ca2+是实现高效低成本软化预处理的关键。
黎新等(分步沉淀法去除稀土废水中钙镁的研究.水处理技术，2016，42(7)：88-92)对稀土废水处理的研究表明，向废水中添加草酸可在不影响mg2+浓度的同时将大部分ca2+沉淀分离。然而，该研究使用的草酸是一种有机酸，为了维持废水一定的ph需额外向其中添加氨水中和，如果直接应用于脱硫废水，会增加软化成本和工艺流程，同时会增加废水nh4+浓度，产生新的污染物需进一步处理。此外，该研究针对的稀土废水水质与脱硫废水存在很大差异，如其悬浮物含量仅为4mg/l以下，而脱硫废水的悬浮物含量可达数千至数万mg/l；其镁钙离子浓度比仅为5:1，而高镁低钙含量的脱硫废水mg2+浓度可达ca2+的15-20倍；其溶液为中性，而脱硫废水为弱酸性，因此难以直接应用于脱硫废水软化。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明提供一种针对高镁低钙含量脱硫废水的软化预处理装置及方法，可以选择性地将ca2+从废水中沉淀分离，有效降低沉淀生成量、软化剂的消耗量和成本。
为了达到上述目的，本发明采用的具体技术方案是：
一种高镁低钙脱硫废水软化预处理装置，包括依次连通的絮凝箱、沉淀箱、软化反应箱和过滤箱；
所述絮凝箱顶部接有第一加药管道，所述絮凝箱内部设有第一曝气装置，所述絮凝箱底部接有第一排渣管道；
所述沉淀箱底部与第一排渣管道接通；
所述软化反应箱顶部接有第二加药管道；
所述过滤箱内部设有微滤膜组件和第二曝气装置，所述过滤箱底部接有第二排渣管道；所述微滤膜组件接出水管道，所述出水管道上设有出水泵。
进一步的，所述软化反应箱内部设有搅拌装置。
进一步的，所述第二排渣管道与软化反应箱的顶部之间设有晶种回用管道。
进一步的，所述絮凝箱、沉淀箱和过滤箱的底部均为锥形。
基于上述高镁低钙脱硫废水软化预处理装置进行高镁低钙脱硫废水软化预处理的方法，包括以下步骤：
步骤1，脱硫废水进入絮凝箱，设置水力停留时间为1-3h，经第一加药管道向其中投加药剂i，通过第一曝气装置提升脱硫废水悬浮物的絮凝效果，絮凝得到的沉淀物由第一排渣管道排出，同时得到混凝废水；
步骤2，混凝废水进入沉淀箱，其中的沉淀物被进一步分离，经过第一排渣管道排出，得到澄清废水；
步骤3，澄清废水进入软化反应箱，设置水力停留时间为1-3h，经第二加药管道向其中投加药剂ii，并通过搅拌装置提升软化反应效率，去除澄清废水中ca2+，得到软化废水；
步骤4，软化废水进入过滤箱，软化产生的沉淀物或悬浮物被微滤膜组件截留，沉降于过滤箱底部经第二排渣管道排出；软化废水中的水分和盐类通过微滤膜组件进入出水侧管道，管道设出水泵，得到出水。
进一步的，过滤箱内部设置有第二曝气装置，用于防止滤膜堵塞。
进一步的，所述药剂i为絮凝剂和助凝剂，所述药剂ii为草酸钠。
进一步的，由第一排渣管道排出的沉淀物可作为石膏副产品回收利用。
进一步的，步骤3中投加草酸钠后，控制所述澄清废水中草酸钠的摩尔浓度为ca2+摩尔浓度的1-1.5倍。
进一步的，由过滤箱排出的部分沉淀物经第二排渣管道和晶种回用管道送回软化反应箱，作为晶种提升软化反应效率。
进一步的，所述过滤箱中微滤膜组件的滤孔直径约为2-5μm。
本发明的有益效果为：
1.在软化前将废水中的悬浮物先絮凝分离，可避免caso4在后续软化过程中释放出ca2+，同时减少悬浮物对过滤箱微滤膜组件的堵塞。
2.可实现对废水ca2+的选择性分离，在不影响mg2+浓度的前提下对废水进行软化，残留ca2+浓度约为原水中ca2+浓度的5％-15％；与常规的烧碱/熟石灰-纯碱法相比，减少了沉淀物生成量，降低软化剂的投放量和成本。
3.解决了软化预处理之后，进一步膜处理过程中废水所含悬浮物和caso4对膜孔的堵塞问题。
4.以草酸钠为软化剂，软化过程不会改变废水原ph，不需持续投加中和药剂。
5.软化过程在原废水酸性条件下即可进行，絮凝和软化前不需向废水添加额外的药剂中和。
附图说明
图1为本发明所述高镁低钙脱硫废水软化预处理装置的结构示意图；
其中，1-絮凝箱，2-沉淀箱，3-软化反应箱，4-过滤箱，5-第一曝气装置，6-搅拌装置，7-微滤膜组件，8-第二曝气装置，9-出水泵，10-第一排渣管道，11-第二排渣管道，12-晶种回用管道，13-第一加药管道，14-第二加药管道，15-出水管道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，提供一种高镁低钙脱硫废水软化预处理装置，包括依次连通的絮凝箱1、沉淀箱2、软化反应箱3和过滤箱4；
所述絮凝箱1顶部接有第一加药管道13，所述絮凝箱1内部设有第一曝气装置5，所述絮凝箱1底部接有第一排渣管道10；
所述沉淀箱2底部与第一排渣管道10接通。
所述软化反应箱3顶部接有第二加药管道14，所述软化反应箱3内部设有搅拌装置6。
所述过滤箱4内部设有微滤膜组件7和第二曝气装置8，所述过滤箱4底部接有第二排渣管道11；所述微滤膜组件7接出水管道15，所述出水管道15上设有出水泵9。
所述絮凝箱1、沉淀箱2和过滤箱4的底部均为锥形，其底部尖端通过管道连接第一排渣管道10或第二排渣管道11。
所述第二排渣管道11与软化反应箱3的顶部之间设有晶种回用管道12，所述晶种回用管道12一端与第二排渣管道11相通，过滤箱4产生的部分沉淀物经第二排渣管道11和晶种回用管道12回到软化反应箱3作为晶种提高软化反应效率。
基于上述高镁低钙脱硫废水软化预处理装置进行高镁低钙脱硫废水软化预处理的方法，包括以下步骤：
步骤1，脱硫废水进入絮凝箱，设置水力停留时间为1-3h，经第一加药管道13向其中投加药剂i，通过第一曝气装置提升脱硫废水悬浮物的絮凝效果，所述药剂i为絮凝剂和助凝剂，絮凝得到的沉淀物由第一排渣管道排出，可作为石膏副产品回收利用，同时得到混凝废水；
步骤2，混凝废水进入沉淀箱，其中的沉淀物被进一步分离，经过第一排渣管道排出，可作为石膏副产品回收利用，同时得到澄清废水；
步骤3，澄清废水进入软化反应箱，设置水力停留时间为1-3h，经第二加药管道14向其中投加药剂ii，所述药剂ii为草酸钠，控制所述澄清废水中草酸钠的摩尔浓度为ca2+摩尔浓度的1-1.5倍。通过搅拌装置提升软化反应效率，去除澄清废水中ca2+，得到软化废水；
步骤4，软化废水进入过滤箱，软化废水中的水分和盐类通过微滤膜组件进入出水侧管道，管道设出水泵，得到出水，所述过滤箱中微滤膜组件的滤孔直径约为2-5μm；软化产生的沉淀物或悬浮物被微滤膜组件截留，沉降于过滤箱底部经第二排渣管道排出，由过滤箱排出的部分沉淀物经第二排渣管道和晶种回用管道送回软化反应箱，作为晶种可提升软化反应效率；过滤箱内部设置有第二曝气装置，用于防止滤膜堵塞。
以某典型高镁低钙含量脱硫废水软化为例，其mg2+和ca2+的浓度分别为12000mg/l和700mg/l。若采用常规烧碱-纯碱的软化方法，每吨废水理论上需加入烧碱和纯碱共约40kg，仅软化剂成本高达130元/吨，此外还会产生30kg左右的沉淀物需清理；若采用常规熟石灰-纯碱的软化方法，每吨废水理论上需加入熟石灰和纯碱共约90kg，仅软化剂成本高达115元/吨，此外还会产生80kg左右的沉淀物需清理；若采用本发明所述的装置及方法，每吨废水理论上只需投加草酸钠2.5kg左右，软化剂成本仅为15元/吨左右，产生沉淀量约为2.5kg，可极大地提高废水处理效率和经济效益。若以10-20t/h的脱硫废水量来计算，与常规烧碱-纯碱法和熟石灰-纯碱法相比，本发明每年可分别节约软化药剂成本1000-2000万元和800-1600万元，经济效益显著。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。