本发明涉及一种针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：
为了达到国家对火电机组so2日趋严格的排放限制，国内大多数火电厂均加装了烟气脱硫设备。其中，石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术由于工艺成熟可靠、煤种适应性强得到了最广泛的应用。该技术在脱除烟气so2的同时，也产生了成分复杂、水质恶劣和危害极大的废水(悬浮物含量高、盐含量超高、重金属含量超标等)。随着国务院《水污染行动计划》的提出，国家对废水排放的限制将更加严格，火电厂脱硫废水零排放成为了业内关注的焦点。因脱硫废水水质非常复杂，目前多种废水零排放技术(如烟道蒸发、蒸发结晶等)均需采用膜过滤技术(如反渗透、纳滤等)对废水进行选择性分离、浓缩和提纯等。由于脱硫废水往往硬度很高，容易对膜孔造成堵塞，因此需先对废水进行软化预处理。
高镁低钙含量的脱硫废水是一种典型的废水水质，其mg2+浓度可达1-2万mg/l，ca2+浓度约为500-1000mg/l。在常规的废水软化预处理过程中，熟石灰-纯碱法被常用来沉淀分离溶液中的ca2+和mg2+。然而对于高镁低钙含量的脱硫废水，该常规方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)。由于在酸性环境下mg2+几乎不会结垢，而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，选择性地分离ca2+不仅可以提高软化效率，更能降低药剂成本，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)对稀土废水处理的实验表明，向溶液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，由于该研究使用的草酸是一种有机酸，为了保持废水一定的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复杂性，同时会给废水添加nh4+，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)，不能直接用于脱硫废水软化。
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的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，包括依次连通的沉降池、软化池、絮凝池和澄清池；
所述沉降池底部接有第一排泥管道；
所述软化池顶部接有晶种投放管道和第一药剂投放管道，所述软化池底部接有第二排泥管道；
所述絮凝池顶部接有第二药剂投放管道，所述絮凝池底部与所述第二排泥管道连通；
所述澄清池底部与所述第二排泥管道连通。
进一步的，所述软化池内部设有第一搅拌装置，所述絮凝池内部设有第二搅拌装置。
进一步的，所述沉降池、软化池、絮凝池和澄清池底部均呈锥形。
进一步的，所述第二排泥管道和软化池顶部之间设有晶种回流管道。
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，脱硫废水进入沉降池，设置水力停留时间为1-2h，脱硫废水中的悬浮物沉降至池底，由第一排泥管道排出，同时沉降池内部得到沉降废水；
步骤2，所述沉降废水进入软化池，经第一药剂投放管道向软化池投加药剂a，通过第一搅拌装置提升软化反应效率，将沉降废水中的ca2+沉淀；同时经晶种投放管道向软化池投加晶种，控制晶种与沉降废水质量比为2‰-5‰，设置水力停留时间为1-2h，沉淀物由第二排泥管道排出，软化池内部得到软化废水；
步骤3，所述软化废水进入絮凝池，经第二药剂投放管道向絮凝池投加组合药剂b，通过第二搅拌装置加快软化废水中悬浮物的絮凝速度，沉淀物由第二排泥管道排出，絮凝池内部得到混凝废水；
步骤4，所述混凝废水进入澄清池，沉淀物进一步被沉降分离，并经第二排泥管道排出，澄清池内部得到出水。
进一步的，所述药剂a为草酸钠，所述组合药剂b为絮凝剂和助凝剂，所述晶种为一水草酸钙。
进一步的，步骤2中投加草酸钠后，控制所述沉降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，软化池产生的部分沉淀物经第二排泥管道和晶种回流管道回到软化池，作为补充晶种。
进一步的，由第一排泥管道排出的沉淀物可作为石膏副产品使用。
本发明的有益效果为：
1.可将脱硫废水中的ca2+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10％-15％；
2.软化过程在原废水酸性条件下即可进行，不需向废水添加中和药剂；
3.减少了沉淀物生成量，降低软化剂的投放量和成本；
4.以草酸钠为软化剂，不会改变废水原ph；
5.缓解了后续膜处理过程中废水所含悬浮物和caso4对膜孔的堵塞问题。
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-沉降池，2-软化池，3-絮凝池，4-澄清池，5-第一搅拌装置，6-第二搅拌装置，7-第一排泥管道，8-晶种回流管道，9-第二排泥管道，10-晶种投放管道，11-第一药剂投放管道，12-第二药剂投放管道。
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，包括依次连通的沉降池1、软化池2、絮凝池3和澄清池4；
所述沉降池1底部接有第一排泥管道7；
所述软化池2顶部接有晶种投放管道10和第一药剂投放管道11，所述软化池2底部接有第二排泥管道9；
所述絮凝池3顶部接有第二药剂投放管道12，所述絮凝池(3)底部与所述第二排泥管道9连通；
所述澄清池4底部与所述第二排泥管道9连通。
所述软化池2内部设有第一搅拌装置5，所述絮凝池3内部设有第二搅拌装置6。
所述沉降池1、软化池2、絮凝池3和澄清池4底部均呈锥形，其底部尖端接第一排泥管道7或第二排泥管道9。
所述第二排泥管道9和软化池2顶部之间设有晶种回流管道8，该晶种回流管道8与第二排泥管道9相通，软化池2产生的部分沉淀物经第二排泥管道9和晶种回流管道8回到软化池2，作为补充晶种。
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，脱硫废水进入沉降池1，设置沉降时间为1-2h，得到沉降废水；脱硫废水中的悬浮物沉降至池底，由第一排泥管道7排出，排出物可作为石膏副产品综合利用；
步骤2，沉降池上部的沉降废水进入软化池2，经第一药剂投放管道11向软化池2投加药剂a，通过第一搅拌装置5加速软化反应速度，将沉降废水中的ca2+沉淀，所述药剂a为草酸钠，步骤2中投加草酸钠后，控制所述沉降废水中草酸钠的摩尔浓度为ca2+摩尔浓度的1-1.5倍。为了提高沉淀分离效果，同时经晶种投放管道10向软化池2投加晶种，控制晶种与沉降废水质量比为2‰-5‰，设置水力停留时间为1-2h，所述晶种为一水草酸钙。沉淀物由第二排泥管道9排出，软化池2内部得到软化废水。软化池2产生的部分沉淀物经第二排泥管道9和晶种回流管道8回到软化池，作为补充晶种。
步骤3，所述软化废水进入絮凝池3，经第二药剂投放管道12向絮凝池3投加组合药剂b，所述组合药剂b为絮凝剂和助凝剂。通过第二搅拌装置6加快软化废水中悬浮物的絮凝速度，沉淀物由第二排泥管道9排出，絮凝池3内部得到混凝废水；
步骤4，所述混凝废水进入澄清池4，沉淀物进一步被沉降分离，并经第二排泥管道9排出，澄清池4内部得到出水。
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15000mg/l和800mg/l。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120kg，仅软化剂成本高达150元/吨，此外还会产生100kg左右的沉淀物需清理，严重影响到了废水处理效率和经济效益。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3kg左右，软化剂成本仅为18元/吨左右，产生沉淀量约为3kg，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，与常规熟石灰-纯碱相比本发明每年可节约软化药剂成本1000-2000万元，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。