基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，包括以下步骤：锅炉排污水经过高效纤维过滤器过滤，使过滤后净化排污水的浊度降低至小于1NTU，SDI值小于3；过滤后的净化排污水输送至离子交换器，经过阴离子交换树脂交换的出水进入锅炉原水水箱，阴离子交换树脂饱和后使用再生剂进行再生以恢复阴离子交换树脂的交换功能；使用混凝剂、絮凝剂对离子交换器的再生废液和反冲洗废液进行混凝、絮凝沉淀处理。与现有技术相比，本发明在利用离子交换实现对锅炉排污水的高品质回收的同时，利用混凝、絮凝沉降作用，投加少量混凝、助凝剂，使高浓度的废液或再生液实现固液分离，完成锅炉排污水中磷酸盐的去除，实现锅炉排污水的零排放。
【专利说明】
基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺
技术领域
[0001]本发明涉及锅炉排污水回收处理工艺，尤其是涉及基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，属于水污染控制技术领域。
【背景技术】
[0002]随着工业、农业大发展以及城市化的迅速扩张，我国水资源短缺现象愈发突出，而解决水资源短缺的问题，仅仅依靠开辟新的水源远远不够，而且这种取水成本在逐步增加，难度也在加大，同时，现阶段内我国水资源的利用却相当粗放。随着新的节水节能政策的出台，客观上要求我们利用循环经济的理念来思考工业水污染的控制以及提高工业用水资源的重复利用率。新的环保政策出台也直接推动了节水减排技术的研究、开发以及应用，是否能够合理利用各种环保新技术甚至关系到一个企业的生存与发展。
[0003]作为各个生产厂区的用水大户锅炉水系统，其用水量仅次于工业循环水系统，占整个工业用水量的5?10%。针对锅炉水系统的运行，如何开发新的技术合理运行锅炉及其使用锅炉水资源，具有重要环保意义。对于锅炉水系统，为了防止在锅炉中产生结垢和腐蚀，一般需要对锅炉系统进行磷酸盐处理，即在锅炉给水中通常加入一定浓度的磷酸盐，以保证锅炉给水进入炉内的可能的残余Ca2+不会直接形成水垢，而是与磷酸盐反应生成水渣，然后通过锅炉排污予以排除，这种向锅炉给水中投加磷酸盐的处理方法称为锅炉给水的磷酸盐处理。磷酸盐处理方法是目前锅炉水系统通用的处理方法，处理工艺方便、经济、高效，并且其它锅炉水处理方法难以取代，因此目前锅炉给水的磷酸盐处理技术仍然是普遍存在和使用。根据锅炉水系统的水质特征，锅炉排污水通常属于“清净”排污水，即磷酸根离子是唯一影响其水质排放的指标，同时在完成对锅炉排污水中磷酸根离子的去除后，其仍然具有高品质的回收价值，可以直接作为锅炉补给水或者原水使用，因此研究能够良好去除锅炉系统各种存在形式的磷酸盐的工艺技术，具有重要经济利益和环保意义。
[0004]针对锅炉排污水的磷酸盐去除方法主要包括生物法、化学沉淀法、吸附法等。其中，在污水处理中生物法和化学沉淀法应用最为广泛，但是由于锅炉排污水中是较低含量的无机磷酸盐，在锅炉水系统中，磷酸盐的主要存在形式是完全电离的磷酸根离子，对排污废水中有机物浓度依赖性较强的生物法基本不适用。针对无机磷酸盐的去除方法，目前应用较为广泛的还是化学沉淀法。
[0005]化学沉淀法对磷酸盐的去除是采用化学药剂(铁盐、铝盐和钙盐等)所产生的金属离子与磷酸盐离子生成难溶性磷酸盐沉淀物后，通过化学沉淀、絮凝和固液分离的方法去除排污水中磷酸盐。化学沉淀除磷最常用的金属盐主要有三氯化铁、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸铝、石灰以及以上金属盐的聚合物等。
[0006]金属铁盐去除磷的技术机理和过程为:铁盐溶于水后，铁离子与磷酸盐离子形成难溶性盐，通过溶解和吸水发生水解和聚合反应，生产Fe2(0H)24+、Fe3(0H)45+、Fe5(0H)96+等多种含铁多核羟基络合物，其可有效消除或降低水中胶体的Zeta电位，并使胶体凝聚，通过化学沉淀分离而将磷酸盐去除。Fe3+化学除磷的最佳pH值为4.5?5.0，Fe2+化学除磷的最佳pH值为7.0?8.0t3Fe2+在碱性条件下不易与磷酸盐离子反应生成沉淀，一定程度上限值了其在化学沉淀法除磷工艺中的应用，通常采用曝气的方式将水中的Fe2+氧化成Fe3+，以提高其沉淀性能。
[0007]铝盐除磷机理及过程为:金属铝盐主要是通过Al3+与磷酸盐离子形成难溶性盐，同时Al3+水解生成Al (0H)2+、A1 (0H)2+、A102—等单核络合物，进一步碰撞缩合形成多核络合物，其具有较高的比表面积和正电荷，除磷效果良好。铝盐化学沉淀法去除磷的较适宜PH值为5.0?8.0，生成的沉淀物主要为A1P04和Al(OH)3,其中Al(OH)3还会对水中磷酸盐离子具有较强的吸附作用。
[0008]钙盐除磷机理及过程为:钙盐是通过向排污废水中投加石灰，使Ca2+与磷酸盐离子反应生成羟基磷酸钙沉淀物，从而去除废水中的磷酸盐。在钙盐化学沉淀去除磷的过程中，废水的PH对磷沉淀去除效果的影响较大，pH值越高，除磷的效果越好，当废水pH值为8.0时，碳酸钙CaCO3的形成会明显抑制羟基磷酸钙沉淀物的生成，除磷效果较差，而当pH值为9.0时，这种抑制作用会减弱。因此，要使出水的磷保持较高的去除率，通常需要投加大量石灰使废水PH值调节至较高值(10.0?11.0)，这导致化学药剂消耗量大，并且费用较高，同时产泥量大增，所以化学沉淀法除磷一般较少采用投加钙盐的方法。
[0009]综合以上各种化学沉淀法，在针对性地去除磷酸盐方面，均表现出有一定程度的处理效果，但是由于化学沉淀法控制条件较多，受PH、温度以及药剂投加种类、比例、浓度等因素的制约明显，因此出水水质也较难以控制，特别是针对锅炉系统较大量的低浓度磷酸盐排污水处理，单独使用化学沉淀法处理不仅很大程度影响处理出水的回用品质，同时还会产生大量的化学污泥，增加后续处理成本。
[0010]为了实现锅炉排污水的高品质回收以及顺应工业、企业的零排放要求，针对锅炉排污水的磷酸盐处理，有必要采用组合水处理工艺，在完成对锅炉排污水的高品质回收的同时，减少甚至停止锅炉排污水的外排，实现工业、企业节能减排的目的。
【发明内容】
[0011]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，在利用离子交换技术实现对锅炉排污水的高品质回收的同时，利用传统化学沉淀法的混凝、絮凝沉降作用，投加少量混凝、助凝剂，使高浓度的废液或再生液实现固液分离，完成锅炉排污水中磷酸盐的去除，实现锅炉排污水的零排放。
[0012]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0013]基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，该工艺包括以下步骤:
[0014](I)高效纤维精密过滤:为了确保离子交换树脂不受污染，因此需要对锅炉排污水进行过滤，以去除可能的氧化铁及其它少量悬浮物，避免因其造成树脂的中毒现象。先将锅炉排污降温池中的锅炉排污水经过高效纤维过滤器过滤，使过滤后净化排污水的浊度降低至小于INTU，SDI值小于3;
[0015](2)离子树脂交换:过滤后的净化排污水通过清水栗输送至离子交换器，阴离子交换树脂与净化排污水中的阴离子发生离子交换反应，使离子交换器出水磷酸盐得到完全去除，经过阴离子交换树脂交换的出水进入锅炉原水水箱，阴离子交换树脂饱和后使用再生剂进行再生和反冲洗以恢复阴离子交换树脂的交换功能；
[0016](3)化学沉淀:使用混凝剂、絮凝剂对离子交换器的再生废液和反冲洗废液进行混凝、絮凝沉淀处理，上清液回用至锅炉除盐水预处理系统或者进入循环水系统。
[0017]进一步地，步骤(I)中，锅炉排污水从下至上通过高效纤维过滤器的滤层。此时，活动孔板调节装置向上运动，纤维被加压后，滤层沿水流动方向的密度逐渐加大，相应滤层空隙直径和空隙逐渐减小，实现对排污水的深层过滤，去除排污水中可能存在的氧化铁、胶体、悬浮物等物质，得到纯化后的锅炉排污水。
[0018]进一步地，步骤(2)所述的离子交换器为强碱氯型离子交换器。
[0019]进一步地，步骤(2)所述的阴离子交换树脂为氯型201X7强碱性阴离子交换树脂。
[0020]进一步地，步骤(2)所述的阴离子交换树脂粒度为0.3?1.2_。
[0021]进一步地，步骤(2)中，由于再生废液水量较小，因此设计污水收集缓冲池对再生或反冲洗废液进行收集，然后在合适的PH范围，使用混凝剂、絮凝剂进行化学沉降去除，处理上清液出水作为锅炉原水或循环水系统补充水使用，底部少量污泥集中处理。其中，优选的pH范围为7.0?9.5。
[0022]进一步地，步骤(2)所述的再生剂为氯化钠溶液，优选质量分数为5?10%的氯化钠溶液。
[0023]进一步地，步骤(3)所述的混凝剂选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)或聚合硫酸铁(PFS)中的一种或几种。
[0024]进一步地，步骤(3)所述的絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺(PAM)，更近一步地，阴离子聚丙烯酰胺(PAM)为固体粉末，分子量为800?1200万。
[0025]进一步地，步骤(3)所述的混凝剂的配置比例为质量分数5?10%的水溶液，使用浓度为每升废水中30?100mg/l。
[0026]进一步地，步骤(3)所述的絮凝剂配置比例为质量分数0.5?1.5%的水溶液，使用浓度为每升废水中I?10mg/l。
[0027]与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果:
[0028](I)离子交换树脂具备良好去除排污水中无机离子的能力，可以完全去除排污水中无机磷酸盐及其它可能的微量无机离子，使离子交换器出水回收高品质的锅炉补给水，直接送至锅炉除盐水箱，极大提高了锅炉排污水的利用率，同时减少了锅炉补给水的预处理费用，降低运行成本。
[0029](2)以强碱氯型阴离子交换树脂为填料的离子交换器，不仅具有较高的交换能力，而且其工艺受排污水的pH、温度影响较小，离子交换器出水水质品质稳定，可以实现对一般锅炉排污水的高效回收利用，节约大量优质水资源。
[0030](3)经过离子交换工艺产生的少量再生废液和反冲洗废液，在经过少量混凝剂、絮凝剂处理后，产生的泥量非常少，在实现了锅炉排污废水的高价值回收利用的同时，极大的节省污泥处置费用，降低处理成本。
[0031](4)本发明处理工艺反应速率快，时间短，整个工艺占地面积非常小，能适应各种压力等级的锅炉排污废水的回收处理，本处理工艺简单，易操作控制，具有良好的经济与社会效益。
【附图说明】
[0032]图1为本发明其中一个实施方式的工艺流程图。
[0033]图中，I为锅炉排污降温池，2为高效纤维过滤器，3为输送栗，4为离子交换器，5为在线磷监测表，6为无磷出水储罐，7为去除盐水系统，8为污水收集缓冲池，10为锅炉排污水，20为无磷出水，30为再生或反冲洗废液，40为上清液出水，50为污泥。
【具体实施方式】
[0034]基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，如图1所示，该工艺包括以下步骤:
[0035](I)高效纤维精密过滤:为了确保离子交换树脂不受污染，因此需要对锅炉排污水进行过滤，以去除可能的氧化铁及其它少量悬浮物，避免因其造成树脂的中毒现象。先将锅炉排污降温池I中的锅炉排污水10经过输送栗3送至高效纤维过滤器2过滤，使过滤后净化排污水的浊度降低至小于INTU，SDI值小于3;
[0036](2)离子树脂交换:过滤后的净化排污水通过清水栗输送至离子交换器4，离子交换器4内的阴离子交换树脂与净化排污水中的阴离子发生离子交换反应，使离子交换器出水磷酸盐得到完全去除，离子交换器4出口设置监测磷含量的在线磷监测表5，经过阴离子交换树脂交换的无磷出水20进入无磷出水储罐6，再通过输送栗送至去除盐水系统7。阴离子交换树脂饱和后使用再生剂进行再生和反冲洗以恢复阴离子交换树脂的交换功能；
[0037](3)化学沉淀:由于再生废液水量较小，因此设计污水收集缓冲池8对再生或反冲洗废液30进行收集，然后在7.0?9.5的pH范围，使用混凝剂、絮凝剂对离子交换器的再生废液和反冲洗废液进行混凝、絮凝沉淀处理，上清液出水40作为锅炉原水或循环水系统补充水使用，底部少量污泥50集中处理。
[0038]上述实施方式中优选方案，步骤(I)中，锅炉排污水从下至上通过高效纤维过滤器的滤层。此时，活动孔板调节装置向上运动，纤维被加压后，滤层沿水流动方向的密度逐渐加大，相应滤层空隙直径和空隙逐渐减小，实现对排污水的深层过滤，去除排污水中可能存在的氧化铁、胶体、悬浮物等物质，得到纯化后的锅炉排污水。
[0039]上述实施方式中优选方案，步骤(2)所述的离子交换器为强碱氯型离子交换器。
[0040]上述实施方式中优选方案，步骤(2)所述的阴离子交换树脂为氯型201X7强碱性阴离子交换树脂。
[0041]上述实施方式中优选方案，步骤(2)所述的阴离子交换树脂粒度为0.3?1.2mm。
[0042]上述实施方式中优选方案，步骤(2)所述的再生剂为氯化钠溶液，优选质量分数为5?10%的氯化钠溶液。
[0043]上述实施方式中优选方案，步骤(3)所述的混凝剂选自聚合氯化铝(PAC)、聚合氯化铝铁(PAFC)或聚合硫酸铁(PFS)中的一种或几种。
[0044]上述实施方式中优选方案，步骤(3)所述的絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺(PAM)，更近一步地，阴离子聚丙烯酰胺(PAM)为固体粉末，分子量为800?1200万。
[0045]上述实施方式中优选方案，步骤(3)所述的混凝剂的配置比例为质量分数5?10%的水溶液，使用浓度为每升废水中30?100mg/l。
[0046]上述实施方式中优选方案，步骤(3)所述的絮凝剂配置比例为质量分数0.5?1.5 %的水溶液，使用浓度为每升废水中I?1mg/1。
[0047]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明ο
[0048]实施例1
[0049]以处理四川某天然气净化厂锅炉排污降温池排污水为例，对实施步骤作进一步的说明。
[0050](I):将总排污水量约为30m3/h的锅炉排污水从排污降温池输送至高效纤维过滤器中过滤，过滤器直径Φ 1200mm，过滤层高300mm。过滤器出力25m3/h，出水水质池度小于1NTU，SDI<3.0。
[0051](2):将步骤(I)中过滤出水通过净水栗送入氯型离子交换器中，其直径为Φ1000!11111，树脂层高8001]1111，单台设计出力301113/11，流速15111/11。通过在线磷表控制出水?043—<0.10mg/l;离子交换器进出水质情况如下:进水:浊度0.20NTU，pH9.11，电导率86us/cm，PO43—8.8lmg/1;出水:浊度0.13NTU，pH7.13，电导率130us/cm，PO43—0.0lmg/1.
[0052](3):将步骤(2)得到的高品质的离子交换器出水送入锅炉原水水箱回收使用。当出水磷酸根离子大于等于0.lmg/1，离子交换树脂达到饱和，使用即使用10%氯化钠溶液再生，然后进行反冲洗，使交换树脂回复再生功能，并使含高浓度磷酸根的再生废液和反冲洗废液进入收集池待处理。
[0053](4):将步骤(3)产生的再生废液和反冲洗废液进行混凝、絮凝沉降处理:在搅拌状态下，往再生废液和反冲洗收集池中依次加入混凝剂聚合氯化铝铁50mg/l，搅拌约3min，然后再加入2.0mg/1阴离子PAM，快速反应约1秒，然后静止约30min，分离出底泥，上清液浊度小于3NTU，然后达标送至锅炉给水预处理系统。
[0054]实施例2
[0055]处理海南某大型造纸厂RB锅炉混合排污水为例，具体实施步骤如下:
[0056](I):将约140m3/h排污降温池混合排污废水输送精密过滤器过滤，单台过滤器流速设计出力为60m3/h，过滤器出水浊度小于1.0NTU，SDI小于5.0。
[0057](2):将步骤(I)过滤出水，通过净水栗送入氯型阴离子交换树脂，其直径为Φ2500mm，树脂层高2200mm，单台设计出力75m3/h，流速25m/h。通过在线磷表控制出水P043—<0.10mg/l;离子交换器进出水质情况如下:进水:浊度0.15NTU，pH8.84，电导率89us/cm，PO43—12.72mg/l;出水:浊度0.03NTU，pH6.96，电导率 121us/cm，P043—0.02mg/l.
[0058](3):将步骤(2)得到的高品质出水送入锅炉原水水箱供除盐水系统使用。当出水磷酸根离子大于等于0.lmg/1，使用二级除盐水加10%氯化钠溶液进行再生，含高浓度磷酸根的再生废液进入浓缩收集池，同时反冲洗废水也直接进入收集池收集待处理。
[0059](4):将步骤(3)产生的再生废液及反冲洗废液，进行混凝、絮凝沉降处理。在搅拌状态下，往浓缩收集池中依次加入混凝剂聚合氯化铝铁80mg/l，搅拌约5min，然后再加入3mg/l阴离子聚丙烯酰胺PAM，快速反应约10秒，然后静止约30min，分离出底泥，上清液浊度小于3NTU，达标后送至锅炉预处理系统或循环水系统。
[0060]实施例3
[0061 ]处理浙江某石化企业动力锅炉排污水为例，实施步骤如下:
[0062](I):将约66m3/h锅炉排污水送入高效纤维过滤器过滤，单台过滤器流速设计出力为45m3/h，过滤器出水浊度小于1.0NTU，SDI小于3.0。
[0063](2):将步骤(I)过滤出水，通过水栗送入氯型阴离子交换器，其直径为Φ 1500mm，树脂层高1000!111]1，单台设计出力651]13/11，流速设计201]1/11。通过在线磷表控制出水？043—<0.1 Omg/1 ；离子交换器进出水质情况如下，进水:浊度0.3NTU，pH9.18，电导率92us/cm，PO43 一1.5mg/l;出水:浊度0.02NTU，pH7.81，电导率119us/cm，PO43—0.07mg/l。
[0064](3):将步骤(2)得到的离子交换器出水送入锅炉原水水箱进入除盐水系统。当出水磷酸根离子大于0.lmg/1，即停止运行离子交换器，进入离子再生系统。使用除盐水配置10%氯化钠再生液进行再生处理，使离子交换器恢复再生功能，含高浓度磷酸根的再生废液及反冲洗废液进入收集池。
[0065](4):将步骤(3)产生的再生废液及反冲液，在搅拌状态下，逐渐加入混凝剂聚合硫酸铁50mg/1，搅拌约1min，然后再加入3mg/1阴离子聚丙稀酰胺PAM，快速反应约10秒，然后静止约20min，分离出底泥，上清液浊度小于3NTU，然后达标送至锅炉预处理系统或循环水补充水管网。
[0066]上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤: (1)高效纤维精密过滤:锅炉排污水经过高效纤维过滤器过滤，使过滤后净化排污水的浊度降低至小于INTU，SDI值小于3 ； (2)离子树脂交换:过滤后的净化排污水输送至离子交换器，经过阴离子交换树脂交换的出水进入锅炉原水水箱，阴离子交换树脂饱和后使用再生剂进行再生以恢复阴离子交换树脂的交换功能； (3)化学沉淀:使用混凝剂、絮凝剂对离子交换器的再生废液和反冲洗废液进行混凝、絮凝沉淀处理，上清液回用至锅炉除盐水预处理系统或者进入循环水系统。2.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述的离子交换器为强碱氯型离子交换器。3.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述的阴离子交换树脂为氯型201X7强碱性阴离子交换树脂。4.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述的阴离子交换树脂粒度为0.3?1.2mm。5.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(2)所述的再生剂为氯化钠溶液。6.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(3)所述的混凝剂选自聚合氯化铝、聚合氯化铝铁或聚合硫酸铁中的一种或几种。7.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(3)所述的絮凝剂为阴离子聚丙烯酰胺。8.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(3)所述的混凝剂的配置比例为质量分数5?10%的水溶液，使用浓度为每升废水中30?100mg/l。9.根据权利要求1所述的基于离子交换与化学沉淀的锅炉排污水回收处理工艺，其特征在于，步骤(3)所述的絮凝剂配置比例为质量分数0.5?1.5%的水溶液，使用浓度为每升废水中I?10mg/l。
【文档编号】C02F101/10GK106082501SQ201610654150
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月11日 公开号201610654150.3, CN 106082501 A, CN 106082501A, CN 201610654150, CN-A-106082501, CN106082501 A, CN106082501A, CN201610654150, CN201610654150.3
【发明人】王炜
【申请人】上海洗霸科技股份有限公司