一种非膜法去除废水中硫酸根的方法与流程

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种非膜法去除废水中硫酸根的方法。


背景技术：

2.我国水资源与煤炭资源呈逆向分布，矿区多位于西北五省缺水地区，煤矿开采对矿区地层、地下水流场和地表造成损害，导致自然水源断流或地下水资源因流入采空区形成矿井水而失去地下水赋存量，生态环境破坏严重，矿井水的有效利用，便成为影响矿区乃至整个缺水地区用水的一个头等大事。因此，煤矿所在地区对矿井水处理后水质提出了更高标准，甚至要求达到地表iii类水标准的要求，这使得原本可达标排放的矿井水因污染物少量超标而无法满足环保要求，令煤炭企业在矿井水的处理方面承受了巨大的环保压力。
3.以内蒙古自治区为例，2018年，该地区原排水口封闭，废水不再排入地表水源，或排水水质达到地表iii类水标准。伴随煤矿开采产生的大量含盐矿井排水的达标处理面临困难，传统的物化方法难以针对大水量低污染物浓度的矿井水进行达标处理，继而不得不选择更加先进但昂贵的处理手段。
4.目前，随着膜过滤技术的发展，膜处理技术广泛应用于废水零排放及海水淡化领域，可较为彻底的去除水中的盐离子，但目前的工艺在矿井排水处理中的应用存在以下不足：投资和运行成本高，平均产水率低，膜组件价格较高、易污染；同时，除盐过程也去除了部分对人体有益的矿物质，不宜长期作为生活饮水。
5.矿井水中含有大量的盐，so
42
‑
普遍存在于矿井排水中。高矿化度或酸性矿井水的物理和化学性质有较大差异,但共同的特征是存在由硫化物，主要由黄铁矿(fes2)氧化产生，所以水中的so
42
‑
的浓度很高，有些矿井水的so
42
‑
的含量在几百至上万mg/l，大大超过饮用水250mg/l的上限标准。含so
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‑
的矿井水在演化过程中,对围岩的溶蚀作用导致水中ca
2+
、mg
2+
离子的含量增加，从而使水的总硬度偏大。我国含大量so
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‑
的酸性矿井水基本上是采用中和化学法处理，投加碱性药剂或以石灰石、白云石为虑料进行过滤中和。但中和法的设备比较庞杂，噪声大，环境条件较差，二次污染严重。反应产物caso4与过剩的石灰石混杂在一起，处理困难且难以通过沉淀caso4将so
42
‑
的浓度降低至250mg/l以下，只能通过膜法分盐浓缩后通过中和法进一步沉淀so
42
‑
，但膜法软化药剂使用量大，投资和运行成本高，平均产水率低，膜组件易污堵。
6.为此，亟需开发操作条件较为简单、处理成本较低且能够承受大水量进水的去除硫酸盐的方法。


技术实现要素：

7.本发明是为了解决废水去除硫酸根的问题，采用一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，电氧化络合去除硫酸根，优选常见活性金属，使其在电场作用下与空气发生氧化作用，形成多价活性金属氧化物，与独特的絮凝剂共同作用络合水中的硫酸根，形成一种质重且稳定的络合物并快速沉降成泥，打破非膜处理方法的去除极限，实现处理后出水中硫酸
根的超低浓度排放的要求。
8.本发明提供一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，包括如下步骤：
9.s1、初步去除硫酸根：含硫酸根的废水a流入煤泥预处理装置进行预处理澄清后经第一缓冲池进入混凝加药池，废水a中的硫酸根、重金属离子与混凝剂形成沉淀得到混凝废水，混凝废水进入沉淀池沉降后的上清液即为初步去除硫酸根的废水b；
10.s2、电氧化络合：废水b进入第二缓冲池与增稠剂形成混合溶液后进入电化学氧化络合装置，混合溶液在电场的作用下初步生成含硫酸根复合络合盐沉淀的废水c；
11.s3、老化沉淀：废水c进入搅拌池老化并在助凝剂的作用下进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，含硫酸根复合络合盐沉淀沉降后从排泥口排出，上清液即为去除硫酸根的废水d从产水口排出，非膜法去除废水中硫酸根完成。
12.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，电化学氧化络合装置包括板式电极。
13.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，步骤s1中混凝剂为石灰，废水a中的硫酸根、重金属离子与混凝剂形成的沉淀为硫酸钙沉淀和重金属氢氧化物沉淀。
14.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，步骤s2中增稠剂为水滑石或类水滑石；
15.增稠剂在电化学氧化络合装置电场作用下分解为二价金属氧化物和三价金属氧化物，并在电场继续作用下以混合溶液中的高浓度硫酸盐和过量的石灰为介质，形成含硫酸根复合络合盐沉淀。
16.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，步骤s2、s3中，含硫酸根复合络合盐沉淀为钙矾石。
17.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，水滑石为钙铝水滑石或镁铝水滑石；
18.板式电极间距为10～50cm，板式电极为铝电极或不锈钢电极或铜电极。
19.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，步骤s1中，含硫酸根的废水为含硫酸根的矿井水；
20.步骤s2中，混合溶液在电化学氧化络合装置中通电反应时间为10min～5h；
21.步骤s3中，老化时间为10min～48h。
22.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，步骤s3中，助凝剂为铝盐、铁盐或聚丙烯酰胺中的一种或几种。
23.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，煤泥预处理装置、第一缓冲池、混凝加药池、沉淀池、第二缓冲池、电化学氧化络合装置和搅拌池依次相连；
24.煤泥预处理装置用于对含硫酸根的废水a进行预处理澄清，第一缓冲池用于减缓废水a的流速，混凝加药池用于向废水a中投加混凝剂使硫酸根、重金属氧化物形成沉淀得到混凝废水，沉淀池用于将混凝废水澄清得到初步去除硫酸根的废水b，第二缓冲池用于减缓废水b的流速并添加增稠剂形成混合溶液，电化学氧化络合装置用于将混合溶液在电场的作用下初步生成含硫酸根复合络合盐沉淀的废水c，搅拌池用于添加助凝剂并使废水c老
化后进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，搅拌池用于将含硫酸根复合络合盐沉淀排出，搅拌池用于将废水d排出。
25.本发明所述的一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，作为优选方式，搅拌池包括本体，设置在本体上的进水口、加药口、排泥口和产水口，进水口与电化学氧化络合装置相连，加药口用于投加助凝剂，排泥口用于排出含硫酸根复合络合盐沉淀，产水口用于排出废水d。
26.实施方式为：含硫酸根的矿井水经过预处理澄清后进入第一缓冲池，加入石灰作为混凝剂形成硫酸钙沉淀和重金属氢氧化物沉淀初步去除硫酸根和大部分的金属离子及其他杂质。经过沉淀处理后，上清液进入带有搅拌器的第二缓冲池，加入多价金属增稠剂(为水滑石或类水滑石，例入钙铝水滑石或镁铝水滑石)，混合后将溶液送入电氧化络合装置中，装置为板式电极，电极间距为10～50cm，为铝电极、不锈钢电极、铜电极的一种，优选铝电极，通电反应10min～5h后进去搅拌池中进行老化，老化时间为10min～48h，加入助凝剂(铝盐、铁盐或聚丙烯酰胺中的一种或几种，沉淀后获得出水，该工艺产生的污泥为含硫酸根的复合盐沉淀可作为原料用于商业化行业，例如使用gypsum材料的道路填充料和其他建筑材料。
27.化学原理为：水滑石在电场作用下分解为m
2+
o和m
3+
o金属氧化物，之后在电场作用下，以高浓度硫酸盐和过量ca(oh)2为介质，重新形成新的复合络合盐沉淀，主要为钙矾石：3cao
·
al2o3·
3caso4·
32h2o。
28.本发明具有以下优点：
29.(1)方法简单，投资和运行成本低，所采用的预处理装置、缓冲池、沉淀池、电化学氧化络合装置和搅拌池都是成本较低、易维护的设备，并且处理方法简单，易于操作。
30.(2)去除效果好，去除后的硫酸钙含量低于130mg/l，达到地表iii类水标准，且后续无需使用膜法分盐浓缩，既减少了软化药剂的使用，又增加了产水率。
31.(3)该工艺产生的污泥为含硫酸根的复合盐沉淀，可作为原料用于商业化行业，例如使用gypsum材料的道路填充料和其他建筑材料。
附图说明
32.图1为一种非膜法去除废水中硫酸根的方法流程图；
33.图2为一种非膜法去除废水中硫酸根的方法的装置结构图。
34.附图标记：
35.1、煤泥预处理装置；2、第一缓冲池；3、混凝加药池；4、沉淀池；5、第二缓冲池；6、电化学氧化络合装置；7、搅拌池；71、本体；72、进水口；73、加药口；74、排泥口；75、产水口。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
37.实施例1
38.如图1所示，一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，包括如下步骤：
39.s1、初步去除硫酸根：含硫酸根的废水a流入煤泥预处理装置1进行预处理澄清后
经第一缓冲池2进入混凝加药池3，废水a中的硫酸根、重金属离子与混凝剂形成沉淀得到混凝废水，混凝废水进入沉淀池4沉降后的上清液即为初步去除硫酸根的废水b；
40.s2、电氧化络合：废水b进入第二缓冲池5与增稠剂形成混合溶液后进入电化学氧化络合装置6，混合溶液在电场的作用下初步生成含硫酸根复合络合盐沉淀的废水c；
41.s3、老化沉淀：废水c进入搅拌池7老化并在助凝剂的作用下进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，含硫酸根复合络合盐沉淀沉降后从排泥口74排出，上清液即为去除硫酸根的废水d从产水口75排出，非膜法去除废水中硫酸根完成。
42.实施例2
43.如图1所示，一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，包括如下步骤：
44.s1、初步去除硫酸根：含硫酸根的废水a流入煤泥预处理装置1进行预处理澄清后经第一缓冲池2进入混凝加药池3，废水a中的硫酸根、重金属离子与石灰形成硫酸钙沉淀和重金属氢氧化物沉淀得到混凝废水，混凝废水进入沉淀池4沉降后的上清液即为初步去除硫酸根的废水b；
45.s2、电氧化络合：废水b进入第二缓冲池5与水滑石或类水滑石形成混合溶液后进入电化学氧化络合装置6，混合溶液在电场的作用下初步生成含钙矾石的废水c；
46.电化学氧化络合装置6包括板式电极；板式电极间距为10～50cm，板式电极为铝电极或不锈钢电极或铜电极；
47.水滑石为钙铝水滑石或镁铝水滑石；
48.s3、老化沉淀：废水c进入搅拌池7老化并在助凝剂的作用下进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，含硫酸根复合络合盐沉淀沉降后从排泥口74排出，上清液即为去除硫酸根的废水d从产水口75排出，非膜法去除废水中硫酸根完成。
49.实施例3
50.如图1所示，一种非膜法去除废水中硫酸根的方法，包括如下步骤：
51.s1、初步去除硫酸根：含硫酸根的矿井水a流入煤泥预处理装置1进行预处理澄清后经第一缓冲池2进入混凝加药池3，矿井水a中的硫酸根、重金属离子与石灰形成硫酸钙沉淀和重金属氢氧化物沉淀得到混凝废水，混凝废水进入沉淀池4沉降后的上清液即为初步去除硫酸根的废水b；
52.s2、电氧化络合：废水b进入第二缓冲池5与水滑石或类水滑石形成混合溶液后进入电化学氧化络合装置6，混合溶液在电场的作用下初步生成含钙矾石的废水c；
53.电化学氧化络合装置6包括板式电极；板式电极间距为10～50cm，板式电极为铝电极或不锈钢电极或铜电极；通电反应时间为10min～5h；
54.水滑石为钙铝水滑石或镁铝水滑石；
55.s3、老化沉淀：废水c进入搅拌池7老化并在铝盐、铁盐或聚丙烯酰胺中的一种或几种的作用下进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，老化时间为10min～48h；含硫酸根复合络合盐沉淀沉降后从排泥口74排出，上清液即为去除硫酸根的废水d从产水口75排出，非膜法去除废水中硫酸根完成。
56.实施例1
‑
3的化学原理为：水滑石在电场作用下分解为m
2+
o和m
3+
o金属氧化物，之后在电场作用下，以高浓度硫酸盐和过量ca(oh)2为介质，重新形成新的复合络合盐沉淀，主要为钙矾石：3cao
·
al2o3·
3caso4·
32h2o。
57.如图2所示，实施例1
‑
3中：煤泥预处理装置1、第一缓冲池2、混凝加药池3、沉淀池4、第二缓冲池5、电化学氧化络合装置6和搅拌池7依次相连；
58.煤泥预处理装置1用于对含硫酸根的废水a进行预处理澄清，第一缓冲池2用于减缓废水a的流速，混凝加药池3用于向废水a中投加混凝剂使硫酸根、重金属氧化物形成沉淀得到混凝废水，沉淀池4用于将混凝废水澄清得到初步去除硫酸根的废水b，第二缓冲池5用于减缓废水b的流速并添加增稠剂形成混合溶液，电化学氧化络合装置6用于将混合溶液在电场的作用下初步生成含硫酸根复合络合盐沉淀的废水c，搅拌池7用于添加助凝剂并使废水c老化后进一步生成含硫酸根复合络合盐沉淀，搅拌池7用于将含硫酸根复合络合盐沉淀排出，搅拌池7用于将废水d排出；
59.搅拌池7包括本体71，设置在本体71上的进水口72、加药口73、排泥口74和产水口75，进水口72与电化学氧化络合装置6相连，加药口73用于投加助凝剂，排泥口74用于排出含硫酸根复合络合盐沉淀，产水口75用于排出废水d。
60.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。