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處理工業水的方法.pdf

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處理 工業 方法
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摘要
申請專利號:

CN201380065910.1

申請日:

2013.12.20

公開號:

CN104903248A

公開日:

2015.09.09

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):C02F 1/463申請日:20131220|||公開
IPC分類號: C02F1/463; C02F1/58; C02F9/04; C02F9/06; C02F101/10; C02F103/10 主分類號: C02F1/463
申請人: 奧圖泰(芬蘭)公司
發明人: T·范德米耶; L·納瓦塔羅; J·坦尼寧
地址: 芬蘭艾斯堡
優先權: 20126356 2012.12.20 FI
專利代理機構: 北京北翔知識產權代理有限公司11285 代理人: 侯婧; 鐘守期
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201380065910.1

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2015.11.11|||2015.09.09

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明涉及一種去除水中的硫酸鹽和可溶性金屬(例如鈣)的方法和裝置。本發明還涉及一種控制該方法的方法。該方法包含以下步驟:a)通過將水與第一鈣化合物接觸并將水的pH調節至pH至10.5或更高來沉淀水的硫酸鹽的第一部分,以形成含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿;b)將含有石膏的第一淤漿進行電凝聚,以將硫酸鹽的第二部分作為鈣礬石沉淀出來并沉淀出鈣-鋁/鐵硫酸鹽氫氧化物;c)將形成于步驟a)和b)中的淤漿進行固液分離,以將所沉淀的固體與水分離;d)中和接受自步驟c)的水,以提供硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)含量降低的水。

權利要求書

權利要求書
1.  一種去除水中的硫酸鹽和可溶性金屬(例如鈣)的方法,所述方法包含以下步驟:
a)通過將水與第一鈣化合物接觸并將水的pH調節至10.5或更高來沉淀水的硫酸鹽的第一部分,以形成含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿;
b)在至少一組鋁負極的存在下或在至少一組的鐵負極和鋁負極的存在下將含有石膏的第一淤漿進行電凝聚,以將硫酸鹽的第二部分作為鈣礬石沉淀出來;
c)將形成于步驟a)和b)中的淤漿進行固液分離,以將所沉淀的固體與水分離;
d)中和接受自步驟c)的水,以提供硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)含量降低的水。

2.  根據權利要求1所述的方法,其中在沉淀步驟a)之后的電凝聚步驟中,鈣-鋁/鐵-硫酸鹽氫氧化物被沉淀出。

3.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中,電凝聚步驟b)包含用于提供用于沉淀硫酸鹽所需的的保留時間的平衡步驟,在平衡步驟中,將淤漿與第二鈣化合物接觸以確保用于完成硫酸鹽沉淀的最優條件。

4.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中,電凝聚步驟b)之后是作為單獨步驟的平衡步驟,該平衡步驟用于提供沉淀硫酸鹽所需的保留時間,且在該平衡步驟中,將淤漿與第二鈣化合物接觸以確保用于完成硫酸鹽沉淀的最優條件。

5.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中,所述水為生產水、污水或含硫酸鹽的水,如礦井水、來自濃縮器的循環水或來自濃縮器的排放水。

6.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中第一鈣化合物和第二鈣化合物獨立地選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物。

7.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中將沉淀步驟a)的pH調節至10.5至13范圍內。

8.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中所述方法包含兩 個或多個串聯連接的電凝聚步驟。

9.  根據權利要求1至8中的任一項所述的方法,其中所述方法包含兩個或多個并聯連接的電凝聚步驟。

10.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中,包括平衡步驟的電凝聚步驟中的保留時間為5至60秒。

11.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中在平衡步驟中,通過使用選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物的第二鈣化合物將處理液體的pH調節至10.5至13范圍內。

12.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中所述中和步驟通過用另一水源稀釋獲自第一分離步驟的液體或通過將獲自第一分離步驟的液體與用于中和該液體并將該液體中含有的鈣作為鈣化合物沉淀出來的中和劑接觸來進行。

13.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中該方法在步驟a)和b)之間包含任選的第二分離步驟a’),其中在將第一淤漿送至電凝聚步驟b)之前將第一淤漿中含有的石膏通過固液分離與第一淤漿分離。

14.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中該方法在步驟b)和c)之間包含任選的平衡步驟b’),其中將第二淤漿與用于提供鈣離子和另外的保留時間的第二鈣化合物接觸。

15.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中該方法在步驟b)和c)或步驟b’)和c)之間包含第二電凝聚步驟b”)。

16.  根據前述權利要求中的任一項所述的方法,其中該方法在步驟b)和c)、步驟b’)和c)或步驟b”)和c)之間包含第三或另一電凝聚步驟。

17.  一種去除水中的硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)的裝置,該裝置包含:
a)沉淀單元,其適于通過將水與第一鈣化合物接觸并調節水的pH至10.5或更高來沉淀出水的硫酸鹽的第一部分,以形成含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿;
b)電凝聚單元,其適于在至少一組鋁負極的存在下或在至少一組的鐵負極和鋁負極的存在下使含有石膏的第一淤漿進行電凝聚,以將硫 酸鹽的第二部分作為鈣礬石沉淀出;
c)分離單元,其適于將形成于步驟a)和b)中的淤漿進行固液分離,以將所沉淀的固體與水分離;
d)中和單元,其適于中和接受自步驟c)的水,以提供硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)含量降低的水。

18.  根據權利要求17所述的裝置,其中電凝聚單元b)包含作為電凝聚單元的組成部分的平衡單元和/或電凝聚單元b)之后進行作為額外的單獨單元的平衡單元,該平衡單元用于提供沉淀硫酸鹽所需的保留時間,且在平衡單元中,淤漿與第二鈣化合物接觸用于確保完成硫酸鹽沉淀的最優條件。

19.  根據權利要求17或18所述的裝置,其中,該裝置在單元a)和b)之間包含任選的第二分離單元a’),其適于在將第一淤漿送至電凝聚單元b)之前通過固液分離來分離第一淤漿中含有的石膏。

20.  根據權利要求17-19中的任一項所述的裝置,其中該裝置包含兩個或多個串聯連接的電凝聚單元和/或該裝置包含兩個或多個并聯連接的電凝聚單元。

21.  根據權利要求17-20中的任一項所述的裝置,其中該裝置在單元b)和c)或單元b’)和c)之間包含第二電凝聚單元b”)。

22.  根據權利要求17-21中的任一項所述的裝置,其中該裝置在單元b)和c)、單元b’)和c)或單元b”)和c)之間包含第三或另一電凝聚單元。

23.  根據權利要求17-22中的任一項所述的裝置,其中該裝置適于進行權利要求1至17中的任一項的方法。

24.  一種控制從廢水中去除硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的過程的方法,所述方法包含
將廢水進料至反應器槽;
測量反應器槽中的溶液的pH;
確定隨后的電凝聚過程中的鈣濃度;
如果所測量的pH不在預定的pH水平內,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽中,以將溶液的pH朝著預定的pH水平調節;以及
如果所測定的鈣濃度不是所想要的鈣濃度,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽和/或隨后的電凝聚過程中,以將隨后的電凝聚處理中的鈣濃度朝著所想要的鈣濃度調節。

25.  根據權利要求24所述的方法,其包含:
測量電凝聚過程的末端的平衡槽中的溶液的pH;
如果所測量的pH不在預定的pH水平內,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽中,以將溶液的pH朝著所想要的pH水平調節。

26.  根據權利要求25所述的方法,其包含,如果所測定的鈣濃度不是所想要的鈣濃度,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至平衡槽中,以將電凝聚過程中的鈣濃度朝著所想要的鈣濃度調節。

27.  根據權利要求24-26中任一項所述的方法,其中所想要的pH水平在約10.5以上的范圍內。

28.  根據權利要求24-27中任一項所述的方法,其包含:
確定在電凝聚處理中或之后測定元素Ca、Al和SO4中的一種或其結合的濃度,
在根據電凝聚中或之后測定的元素Ca、Al和SO4中的一種或其結合的濃度所選擇的范圍內調節供給至電凝聚單元的電能的供給和/或至少一個電凝聚單元中的負極的電流密度。

29.  一種控制系統,其用于實施權利要求24-28中的任一項所述的控制方法。

30.  一種計算機程序,其當所述程序在一個或多個計算機或處理器上運行時包含用于進行權利要求24-29所述的方法中的任一種的程序代碼。

說明書

說明書處理工業水的方法
技術領域
本發明涉及工業水的處理和凈化。本發明為用于處理生產水(process water)和工業水(industrial water)(尤其是工業廢水)的方法和裝置。特別地,本發明提供一種去除水中的硫酸鹽和金屬(尤其是鈣和其他可溶性金屬)的方法。
背景技術
硫酸鹽是一種冶金生產料流中的常見化合物并與鈣引產生有問題的石膏沉淀。石膏堵塞生產管線并引起生產設備涂層和表面的剝落。目前去除水中溶解的硫酸鹽的方法包括控制石膏沉淀法、生物硫酸鹽還原法和薄膜分離法。所有這些方法均具有技術限制和經濟限制。硫酸鹽本身不是毒性化合物,因此,硫酸鹽引起的問題是由石膏沉淀引起的鹽度增加和生產設備故障。盡管硫酸鹽在環境中不具有直接毒性作用,但受納水(receiving water)中的硫酸鹽負載使鹽度增加并且當硫酸鹽被生物還原為有毒的H2S時引起繼發性毒性作用(secondary toxic effect)。
已研究通過電凝聚法(electrocoagulation,EC)去除硫酸鹽,例如用于制革污水、酸性礦井排水和各種含金屬廢水。然而,在研究中沒有詳細說明去除硫酸鹽的方法和所形成的固體。更重要的是,很少顯示出硫酸鹽濃度降低,或者所測試的濃度較低(<200mg/l),原因是研究集中于從不同的水中去除金屬和化學需氧量(COD),并且硫酸鹽的去除作為處理的額外益處而報道。幾乎沒有公開報道的研究討論使用具有鋁電極的EC的除硫酸鹽,并且大部分研究僅報道當原始硫酸鹽濃度低于200mg/l時的硫酸鹽的去除。
Orescanin等人已在“A combined CaO/electrochemical treatment of the acid mine drainage from the“Robule”Lake”.Journal of Environmental Science and Health-Part A Toxic/Hazardous Substances and Environmental Engineering.第47卷,第8期,第1186-1191頁中發表了一項研究,其中,將具有鐵電極和鋁電極的組合 的電凝聚用于處理含有最高達12g/l的硫酸鹽的酸性礦井排水(AMD)。所述AMD通過用CaO調節pH至7.4來預處理。所報道的僅通過pH調節去除的硫酸鹽為71%:硫酸鹽濃度在pH調節后從12g/l降低至5g/l。以下具有Al-Fe負極(anode)組合的電凝聚導致3.5g/l的最終硫酸鹽濃度。在EC處理之后,水的pH為6.7,該條件不利于鈣礬石的形成。本申請中的發明使得所處理的水中的最終硫酸鹽濃度更低。
Muraganathan等人在“Saparation of pollutants from tannery effluents by electro flotation”,,Separation and Purification Technology 40(2004)69-75中報道了用Al負極和Fe負極電解浮選處理制革廢水使得22-23%的硫酸鹽從1850-2400mg/l的初始濃度中去除。對于這些測試,pH僅為8.5,因此,由于低pH值并不預期鈣礬石形成。
Basha等人在“Removal of arsenic and sulphate from the copper smelting industrial effluent”,Chemical Engineering Journal.第141卷,第1-3期,第89-98頁中報道了在用電凝聚法處理砷過程中電凝聚去除硫酸鹽,但所測的硫酸鹽濃度低于50mg/l。Murugananthan等人在“Removal of sulfide,sulfate and sulfite ions by electro coagulation”,Journal of Hazardous materials.第109卷,第1-3期,第37-44頁中關于制革廢水的處理報道了類似的結果,但所測的硫酸鹽濃度是54mg/l。
電凝聚裝置是本領域已知的。例如WO 99/43617公開了一種用于液體的電凝聚處理的裝置。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種方法和一種用于實施該方法的設備,以減輕現有技術的缺點。本發明的目的通過以獨立權利要求中的所述為特征的方法和裝備來實現。本發明的優選實施方案公開在從屬權利要求中。
常規石膏沉淀方法不能降低遠低于1400mg/l的硫酸鹽濃度。本發明基于以下發現:在石膏沉淀之后作為鈣礬石(Ca6Al2(SO4)3(OH)12*26H2O)的硫酸鹽沉淀能夠使硫酸鹽濃度降低,甚至接近于零。通過鈣礬石沉淀,甚至可完全去除或部分去除與高度可溶 的硫酸鈉和硫酸鉀有關的硫酸鹽。
此外,本發明基于以下設想:通過選擇工作負極和沉淀條件的電凝聚來沉淀硫酸鹽以便沉淀出鈣礬石、鋁硫酸鹽氫氧化物和/或鐵-鋁硫酸鹽氫氧化物從而去除水中的硫酸鹽。當施加電流時,用鋁或鐵-鋁負極的電凝聚產生鋁離子或鋁離子和鐵離子進入待處理的水中。
本發明的一個優點是提供已去除硫酸鹽、鈣和其他可溶性金屬的清潔水。本發明的方法和裝備的另一個有利特征是慣用于鈣礬石沉淀中的昂貴鋁化合物的使用可用相對便宜的鋁負極替代。更重要的是,在電凝聚中提供所需的鋁至生產過程而沒有不想要的溶解抗衡離子,如來自氯化鋁的氯或來自鋁酸鈉的鈉,其對于典型工業級鋁化學品的使用而言是代表性的。在電凝聚中,鋁從負極溶解為鋁離子并在水中水合而沒有干擾抗衡離子。這確保了所處理的污水的總離子濃度顯著降低,并因此使水能夠具有所需要的用于再循環回至工業生產的質量。選擇本發明中的工藝操作條件以便促進鈣礬石和/或鋁/鐵硫酸鹽氫氧化物的沉淀。這是通過確保可溶性鈣、可溶性鋁和氫氧離子的存在以及足夠高的pH來完成的。
適于根據本發明的方法和裝置處理的水可以是任何想要從其中去除硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的水。通常,所述水為生產水或污水,更具代表性的是,所述水為含硫酸鹽的水,如礦井水、來自濃縮器的循環水或來自濃縮器的排放水。
本發明的方法尤其適于處理濃縮器的廢水,其中硫酸鹽是再循環液流或排放液流中的一個問題。濃縮器的生產用水中的具體問題是同時具有高的硫酸鹽負載和鈣負載,其使得本發明的配置是可行的。濃縮器還可在浮選法中使用硫化物化學品,并且此外這些可在碾磨和浮選階段過程中產生硫鹽,如硫代硫酸鹽、連多硫酸鹽和其他硫化合物。這些硫化合物隨時間轉變成硫酸鹽。
附圖說明
在下文中,借助于優選的實施方案參照附圖更詳細地描述本發明,其中
圖1為本發明的一個示例性實施方案的流程圖;
圖2為本發明的一個示例性實施方案的流程圖;
圖3為本發明的一個示例性實施方案的流程圖;
圖4為本發明的一個示例性實施方案的流程圖;
圖5為本發明的一個示例性實施方案的流程圖;
圖6為示出試驗1至4中的去除硫酸鹽的圖;
圖7為在一個示例性實施方案的電凝聚之前的pH調節設備的方框圖;以及
圖8為在一個示例性實施方案的電凝聚之前控制pH調節設備的流程圖;
圖9為一個單獨的平衡設備中的示例性pH調節的方框圖;
圖10為圖9的示例性設備中的pH調節的示例性流程圖;
圖11為用于調節電凝聚步驟中的電能的供給的示例性裝備的方框圖。
具體實施方案
本發明涉及一種用于去除水中的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的方法和裝置。去除硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)的方法的步驟的選擇是基于待通過所述方法處理的水的初始化學組成來完成的。所述水的化學組成包含硫酸鹽濃度,Na、K和Ca離子的濃度,以及可沉淀的石膏的量。水的化學組成與所想要的沉淀出的鈣礬石的化學計量有關。可作為石膏沉淀出的硫酸鹽的量取決于待處理的水中的Na、K和Ca的濃度。本發明還涉及所述方法的控制。
根據本發明,去除水中的硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)的方法包含
a)通過在第一pH調節步驟中將水與第一鈣化合物接觸并調節水的pH至10.5或更高來沉淀水的硫酸鹽的第一部分,以形成含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿;
b)在至少一組鋁負極的存在下或在至少一組鐵負極和鋁負極的存在下將含有石膏的第一淤漿進行電凝聚,以將硫酸鹽的第二部分作為鈣礬石沉淀出來;
c)將步驟a)和b)中形成的淤漿進行固液分離,以將所沉淀的固體與水分離;
d)中和接受自步驟c)的水,以提供硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)含量降低的水。
根據本發明的一個優選的實施方案,從水中去除硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的方法還包含將電凝聚步驟b)中形成的淤漿與第二鈣化合物接觸的平衡步驟,以使硫酸鹽沉淀完全并提供沉淀所需的保留時間。
在第一pH調節步驟中,所溶解的具有+1至+3之間的氧化級(oxidation stage)的金屬離子作為氫氧化物沉淀出來。
本發明的方法包含第一pH調節步驟,其中,使硫酸鹽的第一部分和金屬氫氧化物沉淀出,并且其中,將待處理的水與第一鈣化合物接觸以產生含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿并調節第一淤漿的pH為10.5或更高。根據本發明的一個實施方案,第一pH調節步驟中的第一鈣化合物選自包括氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物。
通常,第一pH調節步驟a)中的第一鈣化合物為氫氧化鈣,其使可溶性硫酸鹽的沉淀依賴于與pH有關的可溶性硫酸鹽物質的抗衡陽離子(尤其是K、Na和Ca)的溶解度。溶液的硫酸鹽和金屬雜質通常將根據以下方程式沉淀出:
SO42-+Ca(OH)2+Me+/Me2+/Me3+->MeOH/Me(OH)2/Me(OH)3+CaSO4   (1)
常見的金屬雜質為二價或三價金屬。通常在第一pH調節步驟中,大多數金屬雜質(包括硫酸鎂)在10.5至13,更典型的是11至12的pH下作為氫氧化物沉淀出。在具體的工藝操作條件(如在鉀和鈉的存在下)下的石膏的溶解度限定了溶液(水)中的最終所溶解的硫酸鹽濃度。石膏飽和溶液中的硫酸鹽濃度通常為約1200至1600mg/l。然而,高濃度的硫酸鈉和硫酸鉀的存在可使最終硫酸鹽水平更高,這是因為這些硫酸鹽是高度可溶的,甚至在非常高的pH下。
根據本發明的一個實施方案,第一pH調節步驟中的第一淤漿的pH被調節至10.5或更高。優選地,將該pH調節在10.5至13的范圍內。更優選地,所述pH在11至12的范圍內。該pH通過添加合適量的所選擇的第一鈣化合物至第一處理液中來調節。通常,鈣化合物的劑量通過 測量和監控處理液的pH來調節和控制,或者其可在現有的鈣濃度的基礎上來完成。
本發明的方法包含至少一個在第一pH調節步驟之后進行的電凝聚步驟,當在該電凝聚步驟中時,包含石膏的第一淤漿在一組鋁負極的存在下或在一組鐵負極和鋁負極的存在下進行電凝聚,以制備含有鈣礬石和/或鈣-鋁/鐵硫酸鹽氫氧化物和石膏的第二淤漿。一組負極包含至少兩個負極。通常,該方法中使用的負極的數量取決于待處理的水的量和/或裝置的尺寸。電凝聚的目的是在處理液中制備離子以將硫酸鹽作為鈣礬石沉淀出。本發明的方法還可包含多于一個的電凝聚步驟。當需要更多的處理時間或效率或需要更多的容量用于處理大量的水時,進行第二或另一電凝聚步驟。或者,可在電凝聚步驟中使用多于兩個的電極。另一個選擇是增加電凝聚步驟中使用的電流的量。第二或另一電凝聚步驟可以與第一電凝聚步驟相同的方式進行。
根據本發明的另一個實施方案,第一pH調節步驟之后的電凝聚步驟包括平衡步驟。通常,這用電凝聚單元中配置的平衡部分來實現,例如在電凝聚槽的不同部分中。
根據本發明的一個實施方案,電凝聚步驟之后是作為額外的加工步驟的平衡步驟。在這種情況下,電凝聚步驟通常包含電凝聚單元和與該電凝聚單元連接的獨立平衡槽。在兩個實施方案中,將第二淤漿與第二鈣化合物接觸以調節pH,提供鈣離子,并產生更長的用于沉淀鈣礬石的保留時間。這使合適的用于鈣礬石沉淀的條件能夠實現。在平衡步驟中,通過調節條件并給定保留時間使促使鈣礬石的沉淀反應完全。
在本發明的上下文中,電凝聚意指電凝聚(EC)法,其中凝結劑是通過電解氧化合適的負極材料原位產生。可消耗的金屬板,如鐵或鋁,通常用作犧牲電極以持續地在水中產生離子。作為在用金屬鹽的化學凝聚的情況下,鋁或鐵陽離子和氫氧陰離子為EC中的反應物。所釋放的離子通過化學反應和沉淀或通過使膠態材料凝聚來去除不想要的污染物。
EC系統通常由一組電極(通常以板的形式)構成,水通過所述電極在電極的空隙之間流動。通常,已將直流電(DC)用于EC系統。
根據本發明的一個優選實施方案,該方法包含兩個或多個串聯連接 的電凝聚步驟。在本發明的一個實施方案中,在兩個或多個串聯連接的電凝聚步驟之后有一個常規平衡步驟。根據另一個實施方案,本發明包含多于一個的電凝聚步驟,電凝聚其各自包括平衡步驟。根據本發明的另一個實施方案,第一、第二和另一電凝聚步驟之后各自進行單獨的平衡步驟。
根據本發明的一個實施方案,該方法包含兩個或多個并列連接的電凝聚步驟。在這種情況中,該方法通常還在第一和第二和/或隨后的電凝聚步驟之間包含電凝聚的第二或另一平衡步驟。在本發明的一個實施方案中,在兩個或多個并列連接的電凝聚步驟之后有一個常規平衡步驟。根據本發明的再一個實施方案,并列的第一、第二和另一電凝聚步驟各自包括平衡步驟。根據本發明的另一個實施方案,第一、第二和另一電凝聚步驟之后各自進行單獨的平衡步驟。
通常,當電凝聚步驟不包括平衡步驟時,那么電凝聚步驟之后進行平衡步驟作為單獨的額外步驟。
在平衡步驟中,加工液體中的pH由合適的化合物調節至在10.5至13的范圍內,更具代表性的是11至12。通常,所述pH通過使用選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣和其混合物的第二鈣化合物來調節。通常,所述平衡以與第一pH調節步驟相同的方式進行。平衡中添加第二鈣化合物的目的是確保pH在適于鈣礬石沉淀的范圍內并確保存在適當濃度的用于鈣礬石沉淀的鈣離子。這使鈣礬石沉淀能夠完成并使導致水溶液中的硫酸鹽的濃度非常低的除硫酸鹽能夠有效進行。實際電凝聚階段中的保留時間通常較短,因此還希望鈣礬石沉淀在平衡步驟中進行或繼續,并且因此,所述平衡的另一個目的是提供更長的保留時間以完成處理和用于完成反應。
根據本發明的一個實施方案,電凝聚步驟包含一組鋁負極或一組鋁負極和鐵負極。根據本發明的另一個實施方案,電凝聚步驟包含多于一組的鋁負極或多于一組的鋁負極和鐵負極。
根據本發明的一個實施方案,所述負極是由含有再利用鋁或原鋁的鋁制成。根據另一個實施方案,負極由可含有再利用或原始材料的鐵或鋼制成。通常,所述負極可由任何合適的鋁或鐵離子源制成。
包含平衡步驟的電凝聚步驟中的保留時間優選在5至60秒之間, 更優選15至30秒。所用的保留時間取決于電凝聚步驟的實施。
待進料至平衡步驟的第二鈣化合物獨立地選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物。
在電凝聚步驟之后,該方法包含分離步驟,其中對含有沉淀的鈣礬石和/或鈣-鋁/鐵硫酸鹽氫氧化物和石膏的第二淤漿進行固液分離以從液體中分離固體。固液分離通常由任何適于分離液體中的固體的設備來進行,所述設備例如沉降裝置、過濾器、澄清器、層狀澄清器(lamella filler)、旋液分離器或傾析器。如有必要,這些設備中的一種或多種可以任意結合的形式使用。通常,固液分離步驟包含澄清器,如常規圓形澄清器,其具有優化的給水井(feed well)設計再接上過濾單元以進一步使所制備的澄清器濃漿脫水。
根據本發明的一個實施方案,將來自固液分離步驟的水的一部分循環回至電凝聚步驟以稀釋并因此影響進料至電凝聚單元的物料的離子強度。
在固液分離之后,將所獲得的液體送至中和步驟,其中獲自第一分離步驟的液體被中和,從而產生具有減小的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬含量的廢水。
根據本發明的一個實施方案,所述中和通過將獲自分離步驟的液體與用于中和所述液體的中和劑接觸并將液體中含有的鈣作為鈣化合物沉淀出來進行。根據本發明的一個實施方案,所述中和可通過將溶液與用于中和溶液的碳酸化劑接觸并將第一溶液中含有的鈣作為碳酸鈣沉淀出來而進行。所述碳酸化劑可是任何合適的碳酸化劑,如CO2、碳酸鈉或碳酸氫鈉。優選地,碳酸化劑是CO2。如果使用碳酸鈉,則酸也可送至中和步驟。所述中和步驟優選通過降低pH并通過添加CO2至第一溶液中將鈣作為碳酸鈣(CaCO3)沉淀出來進行。如果鈣濃度(Ca-硬度)需要進一步降低,則可將氫氧化鈉(NaOH)或其他堿的物流添加至方法步驟,從而使Ca作為CaCO3進一步通過添加堿度來去除,并且避免pH降低至對于CaCO3沉淀而言不利的范圍,即低于8至9的pH。根據本發明的一個實施方案,在中和步驟中,將第一溶液與用于提高鈣作為碳酸鈣沉淀出的堿接觸(如氫氧化鈉)。將二氧化碳用于中和溶液并用于去除溶液中的鈣硬度。CO2中和的中和反應和鈣沉淀反應可由以下方程式 進行概括:
CO2+H2O->CO32-+2H+         (2)
CO32-+Ca2+->CaCO3      (3)
H++OH-->H2O         (4)
根據本發明的一個實施方案,所述中和通過使用鹽酸或有機酸來進行。
根據本發明的一個實施方案,所述中和通過用水稀釋獲自第一分離步驟的液體來進行。水可為任何可得的具有足夠質量和純度的水。
石膏和鈣礬石在中和步驟之前被分離,這是因為pH的降低增加了沉淀出的鈣礬石的溶解度。可將碳酸鈣固體循環至所述方法的開端以將其用作待處理的酸性廢水的中和劑。碳酸鈣也可用于產生用于石膏和鈣礬石殘留物的堿性緩沖容量。
根據本發明的一個實施方案,該方法在步驟a)和b)之間包含任選的第二分離步驟a’),其中,在將第一淤漿送至電凝聚步驟b)之前,將第一淤漿中含有的石膏通過固液分離從第一淤漿中分離。在第二分離步驟a’)(還可稱作石膏去除步驟)中,進行固液分離以從第一淤漿中去除沉淀出的石膏。任選的固液分離步驟的存在(或如果討論的是裝置,則為分離單元的存在)可基于第一pH調節步驟中形成的石膏固體的量進行選擇。通常進行任選的固液分離以便形成于步驟a)中的石膏與第一淤漿分離,通常通過澄清器分離。
根據本發明的一個實施方案,電凝聚步驟可在含有石膏的淤漿中進行,即沒有任選的第二分離步驟。因此,根據本發明的一個實施方案,該方法不包含在pH調節步驟a)和電凝聚步驟b)之間的固液分離步驟。根據本發明的一個實施方案,該方法在步驟b)和c)之間包含任選的第二平衡步驟b’)。根據本發明的一個實施方案,該方法在步驟b)和c)之間包含第二電凝聚步驟b”)。根據本發明的另一個實施方案,該方法在步驟b’)和c)之間包含第二電凝聚步驟b”)。通常,如果需要多于一個的電凝聚步驟,則進行第二電凝聚步驟。根據本發明的一個實施方案,該方法在第二電凝聚步驟之后包含第三平衡步驟。
本發明的方法還可在步驟b)和c)、步驟b’)和c)或步驟b”)和c)之間包含第三或另一電凝聚步驟。該第二或另一電凝聚步驟和該第 二或另一平衡步驟的目的是增加該方法的保留時間并提高硫酸鹽的去除。
本發明還涉及一種去除水中的硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)的裝置,該裝置包含
a)沉淀單元,其適于通過將水與第一鈣化合物接觸并調節水的pH至10.5或更高來沉淀出水的硫酸鹽的第一部分,以便形成含有石膏和金屬氫氧化物的第一淤漿;
b)電凝聚單元,其適于在至少一組鋁負極的存在下或在至少一組鐵負極和鋁負極的存在下使含有石膏的第一淤漿進行電凝聚,以將硫酸鹽的第二部分作為鈣礬石沉淀出;
c)分離單元,其適于將形成于步驟a)和b)中的淤漿進行固液分離以將所沉淀的固體與水分離;
d)中和單元,其適于中和接受自步驟c)的水以提供硫酸鹽和可溶性金屬(如鈣)含量降低的水。
該裝置還可包含平衡單元,該平衡單元可以是電凝聚單元的組成部分。通常,該平衡單元是電凝聚電池的組成部分。在另一個實施方案中,該平衡單元可作為單獨的平衡單元提供,所述平衡單元例如反應器、槽、管道、容器、軟管或任何用于保持液體的合適的裝置。該平衡單元用于提供沉淀硫酸鹽的所需的保留時間。在平衡單元中,第一淤漿與第二鈣化合物接觸。
通常,當電凝聚單元不包括平衡單元時,那么第一電凝聚單元之后是作為獨立單元的平衡單元。
本發明的一個實施方案為其中在單元a)和b)之間包含任選的第二分離單元a’)的裝置,其適于在將第一淤漿送至電凝聚單元b)之前通過固液分離來分離第一淤漿中含有的石膏。根據本發明的一個實施方案,該裝置在單元b)和c)之間包含任選的平衡單元b’),該平衡單元b’)適于將pH平衡至10.5或更高并提供用于鈣礬石沉淀的保留時間。在平衡單元中,淤漿與第二鈣化合物接觸。根據本發明的一個實施方案,電凝聚單元b)包括作為該電凝聚單元的組成部分的平衡單元。根據本發明的一個實施方案,電凝聚單元b)之后是作為額外的獨立單元的平衡單元。所述平衡單元所需的用于提供硫酸鹽的沉淀的保留時間, 并且在該平衡單元中,淤漿與第二鈣化合物接觸以確保用于完成硫酸鹽沉淀的最優條件。
根據本發明的一個實施方案,該裝置在單元b)和c)或單元b’)和c)之間包含第二電凝聚單元b”)。
根據本發明的一個實施方案,該裝置在單元b)和c)、單元b’)和c)或單元b”)和c)之間包含第三或另一電凝聚單元。
根據本發明的一個實施方案,電凝聚單元包含至少一個電凝聚電池。通常,電凝聚單元還包含至少一個平衡槽。
根據本發明的一個實施方案,該裝置包含兩個或多個串聯連接的電凝聚單元。
根據本發明的一個實施方案,該裝置包含兩個或多個并聯連接的電凝聚單元。
根據本發明的一個實施方案,調節該裝置以進行上述的本發明的方法。
圖1為本發明的一個實施方案的流程圖。其中,將待處理的生產水1輸送至pH調節步驟2,其中,使用選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物的第一鈣化合物3將溶液的pH調節為至少10.5或更高。在pH調節步驟2中,石膏由于與第一鈣化合物接觸而沉淀出來。優選地,將pH調節至10.5和13。從pH調節步驟2,將水和所形成的淤漿引導至電凝聚步驟4,其中,通過使用鋁負極或鋁負極和鐵負極,將鈣礬石沉淀至淤漿。電凝聚步驟還可包括平衡步驟6,其中將保留時間調節至合適的長度。平衡步驟6可作為實際電凝聚單元外部的獨立平衡單元來提供。在這種情況下,平衡步驟的槽與電凝聚單元處于流體相通。可將第二鈣化合物5添加至平衡步驟6,且第二鈣化合物5獨立地選自氫氧化鈣、氧化鈣、碳酸鈣及其混合物。當該方法包含平衡步驟6時,將含有石膏、鈣礬石和其他沉淀物的淤漿引導至固液分離步驟8,其中將固體產物7與該淤漿分離。該固體產物主要包含鈣礬石和/或鋁/鐵硫酸鹽氫氧化物、石膏和金屬氫氧化物。將來自固液分離的液體引導至中和10,中和10可以上述的許多不同的方式進行。通常,中和通過稀釋或通過使用中和劑來進行。所處理的水從該方法中作為液流9獲得。
圖2為本發明的另一個實施方案,其另外以與圖1中公開的實施方 案相同的方式進行,區別在于,平衡步驟6為電凝聚步驟的配置的組成部分。
圖3為本發明的一個實施方案的流程圖,其另外以與圖1中公開的實施方案相同的方式進行,區別在于,至少部分水11從固液分離步驟8再循環回到電凝聚步驟2。處理后的水的再循環有時對于稀釋是有用的并因此改變供給至電凝聚步驟的進料的離子強度。
圖4為本發明的一個實施方案,其中,將來自pH調節步驟2的物流引導至串聯連接的電凝聚步驟4a、4b和4c,其中,通過使用鋁負極或鋁和鐵負極在淤漿中沉淀出鈣礬石。此外,該處理以與圖1所述的相同的方式來進行。盡管在圖4中平衡步驟6作為單獨的步驟被公開,但其也可選擇地被包括為各電凝聚步驟4a、4b和4c中的組成部分。
圖5為本發明的一個實施方案,其中,將形成于pH調節步驟2的淤漿引導至并聯連接的電凝聚步驟4a、4b和4c,其中,通過使用鋁負極或鋁和鐵負極在淤漿中沉淀出鈣礬石。另外,該處理以與圖1所述的相同的方式來進行。盡管在圖5中平衡步驟6作為單獨的步驟被公開,但其也可選擇地被包括為各電凝聚步驟4a、4b和4c中的組成部分。
如上所述,希望在電凝聚步驟中維持并從而控制最優沉淀條件。
圖7為位于電凝聚步驟或設備的上游的示例性pH調節設備的方框圖。在所示的實施例中,可實施上述pH調節步驟2的pH調節設備可包含攪拌反應器槽2”和必要的用于供給和回收處理料流的入口和出口,所述料流為例如去往電凝聚步驟的進入處理水流1和輸出淤漿流。可用于沉淀反應器2”的市售反應器的實例包括Outotec制造的反應器。如上所述,反應器容器2”還可包含用于供給鈣化合物3的入口。鈣化合物3供給至反應器槽2”的進料可由進料閥71控制,進料閥71可以是任意類型的過程控制閥。或者,可使用泵代替閥71。此外,可提供pH測量單元或傳感器72以測量所述槽中的溶液的pH。來自pH傳感器72的pH測量信號可輸入至配置成控制進料閥71的控制器單元73。來自控制器73的控制信號也可作用于水處理系統的控制站74。控制站74可以是,例如,過程控制系統或控制室計算機。在一個示例性實施方案中,控制器73可以是控制站74的一部分,在此情況下,pH測量結果可供給至配置成控制供給閥71的控制站74。控制器73可選擇性 地接收基于在下游電凝聚步驟或設備、后續的管道或平衡步驟下的取樣確定的鈣濃度數據76。處理材料的取樣可以是手動的或自動的,并且鈣濃度數據76可源自分析所取材料的分析器75。
圖8示出了圖7的示例性設備中的pH調節和任選的鈣濃度調節的一個示例性流程圖。該控制過程可以是自動的或半自動的控制。在半自動控制中,一些控制階段,特別是過程的啟動和終止可例如由操作者從控制站74手動完成。首先,將處理水流1進料至反應器槽2”(步驟82)。反應器槽2”中的溶液的pH可由pH傳感器72測量,并且可將該pH測量結果輸入控制器73(步驟84)。控制器73可將所測量的pH水平與所想要的pH水平(如10.5至12.5)進行比較(步驟85)。想要的pH水平可以是閾值水平,如應超過的10.5或pH應在的pH范圍。如果所測量的pH水平不在所想要的pH水平內,則控制器73可控制進料閥72以將額外劑量的鈣化合物3進料至反應器槽2”中(步驟86),并且可重復該pH測量(步驟85)。如果所測量的pH水平在所想要的pH水平內,即該過程已接達到穩態,在當僅實施pH調節時,控制程序可直接回到pH測量84而沒有將任何額外劑量的鈣化合物3進料至反應器槽2”中。
在本發明的一個實施方案中,還在pH調節步驟中,即在圖7的反應器槽2”中,實施了任選的電凝聚過程中的溶液的鈣濃度的調節。圖8中的虛線示出了任選的鈣濃度的調節的一個示例性流程圖。在任選的調節中,如果所測量的pH水平在所想要的pH水平內,即該過程已在步驟中達到穩態,則控制器73可繼續測定隨后的電凝聚過程(步驟87)中的鈣濃度并將測定的鈣濃度與所想要的用于實現所想要的鈣礬石沉淀的條件的鈣濃度進行比較(例如足夠的Ca離子和pH),步驟88。測定步驟87可包含接收來自隨后的電凝聚步驟的鈣濃度數據76。如果鈣濃度不是所想要的鈣濃度,控制器73可繼續進行步驟86以控制進料閥72將額外劑量的鈣化合物3進料至反應器槽2”中(步驟86),并可重復pH測量(步驟85)。如果鈣濃度是所想要的鈣濃度,則控制程序可直接回到pH測量84而沒有將任何額外劑量的鈣化合物3進料至反應器槽2”中。這種類型的pH控制、Ca控制和測量回路可繼續在穩態下維持所述過程。
步驟中進料的鈣化合物的添加劑量可以是任意小的量。添加劑量的規格可取決于所測量的pH和所想要的pH或所測定的鈣濃度和所想要的鈣濃度之間的差異,和/或其可取決于pH或Ca控制回路的時間常數。添加劑量的規格對于pH控制和Ca控制回路可以是不同的。
在一個實施方案中,僅pH控制可在反應器槽中實施。
如上所述,平衡步驟可以物理并入電凝聚步驟中(例如相同設備中的隔室)的形式實施,或者其可作為物理獨立的單元實施。圖9為位于最初電凝聚步驟或設備的下游的獨立平衡設備中的示例性pH調節和任選的Ca濃度調節的方框圖。在所示的實施例中,可實施上述平衡步驟6的平衡設備可包含攪拌反應器槽6”和必要的用于供給和回收處理料流的入口和出口,所述料流為例如去往隨后的分流器的進入沉淀淤漿和輸出淤漿流。可用于反應器6”的市售反應器的實例包括Outotec制造的反應器。如上所述,反應器容器6”還可包含用于供給鈣化合物5的入口。鈣化合物5至反應器容器6”的進料可由進料閥91控制,進料閥91可以是任意類型的過程控制閥。或者,可使用泵代替閥91。此外,可提供pH測量單元或傳感器92以測量所述槽中的溶液的pH。來自pH傳感器92的pH測量信號可輸入至配置成控制進料閥91的控制器單元93。來自控制器93的控制信號也可作用于水處理系統的控制站94。平衡設備還可包含從所述槽中的溶液抽取樣品的在線抽樣單元95以在在線分析器75中進行分析。分析器75可測定溶液的鈣濃度并將相應的濃度數據76提供至平衡設備的控制器93或提供至圖7中的反應器的控制器73,例如,或提供至這兩者,或提供至任意其他的使用Ca濃度數據的控制裝置。控制站94可以是,例如,過程控制系統或控制室計算機。在一個示例性實施方案中,控制器93可以是控制站94的一部分,在此情況下,pH測量結果可供給至配置成控制進料閥91的控制站94。在一個實施方案中,pH調節設備和平衡設備中的控制器73和93,和/或控制站74和94可在共有單元中提供。分析器75還可測定溶液中的鋁(Al)和/或硫酸鹽(SO4)濃度并將相應的Ca濃度、Al和/或SO4濃度數據115提供至例如圖11中的控制器113。應理解,取樣95可任選地在電凝聚設備中、管道中等進行。所述取樣還可以是手動的。圖10中示出了圖9的示例性設備中的pH調節和任選的Ca濃度調節的一 個示例性流程圖。控制過程可以是自動的或半自動的控制。在半自動控制中,一些控制階段,特別是過程的啟動和終止可例如由操作者從控制站9手動完成。首先,將沉淀淤漿流進料至反應器槽”(步驟102)。反應器槽6”中的溶液的pH可由pH傳感器92測量,并且可將該pH測量結果輸入至控制器93(步驟104)。控制器93可將所測量的pH水平與所想要的pH水平(如10.5至12.5)進行比較(步驟105)。所想要的pH水平可以是閾值水平,如應超過的10.5或pH應在的pH范圍。如果所測量的pH水平不在所想要的pH水平內,則控制器93可控制進料閥91以將額外劑量的鈣化合物5進料至反應器槽6”中(步驟106),并且可重復該pH測量(步驟105)。如果所測量的pH水平在所想要的pH水平內,即該過程已達到穩態,則控制程序可直接回到pH測量104而沒有將任何額外劑量的鈣化合物5進料至反應器槽3中。這種類型的pH控制和測量回路可持續在穩態下維持所述過程。
在本發明的一個實施方案中,還在平衡設備中實施了任選的電凝聚過程中的溶液的鈣濃度的調節、代替或補充圖7的反應器槽中的鈣濃度的調節。圖10中的虛線示出了任選的鈣濃度的調節的一個示例性流程圖。在任選的調節中,如果所測量的pH水平在所想要的pH水平內,即該過程在步驟處已在步驟中達到穩態,則控制器93可繼續測定電凝聚過程(步驟107)中的鈣濃度并將所測定的鈣濃度與所想要的用于實現所想要的鈣礬石沉淀的條件的鈣濃度進行比較(例如足夠的Ca離子和pH),步驟108。測定步驟107可包含接收來自在前的電凝聚過程、來自平衡容器或任何其他來源的鈣濃度數據76。在所示的實施例中,可從分析器75接收Ca濃度數據76。如果Ca濃度不是所想要的Ca濃度,則控制器93可控制進料閥91以將額外劑量的鈣化合物5進料至反應器槽6”中(步驟106),并且可重復該pH測量(步驟104)。如果Ca濃度是所想要的Ca濃度,則控制程序可直接回到pH測量104而沒有將任何額外劑量的鈣化合物5進料至反應器槽6”中。這種類型的pH控制、Ca控制和測量回路可持續在穩態下維持所述過程。
步驟中進料的鈣化合物的添加劑量可以是任意小的量。添加劑量的規格可取決于所測量的pH和所想要的pH或所測定的鈣濃度和所想要的鈣濃度之間的差異,和/或其可取決于pH或Ca控制回路的時間常數。 添加劑量的規格對于pH控制和Ca控制回路可以是不同的。
步驟中進料的鈣化合物的添加劑量可以是任意小的量。添加劑量的規格可取決于所測量的pH和所想要的pH之間的差異,和/或其可取決于pH控制回路的時間常數。
圖11是用于調節電凝聚步驟中的電能的供給的示例性裝備的方框圖。如上所述,電凝聚(EC)系統通常由一組電極112(通常以板的形式)組成,水通過該電極在電凝聚電池中的電極的空隙之間流動。將電能源111連接至供給電能的電極112。通常,已將直流電(DC)用于EC系統。電極可提供單極或雙極結構。在單極系統中,所有負極彼此連接,且類似地,所有正極(cathode)也彼此連接。在雙極系統中,最外面的電極連接至電源,并且電流流過其他電極,因此將它們極化。在雙極系統中,面向負極的電極的一側被負極化,并且另一側被正極化。在一個實施方案中,可在根據基于電凝聚中或之后的元素Ca、Al和SO4中的一個或其結合的濃度分析的控制回路所選擇的范圍內調節電凝聚電池中電能的供給。Ca、Al和/或SO4濃度數據115可從例如圖8中所示的分析器75接收至控制器113。控制器單元113配置成控制電源111。來自控制器113的控制信號還可作用于水處理系統的控制站114。控制站114可以是,例如,過程控制系統或控制室計算機。在一個示例性實施方案中,控制器113可以是控制站114的一部分。在一個實施方案中,pH調節設備、平衡設備,以及電凝聚設備中的控制器73、93和113,和/或控制站74、94和114可在共有單元中提供。
如果Ca/Al/SO4濃度增加/降低,則控制器113可控制電源111以增加電能至電極的供給。例如,Al濃度的增加可引起控制器113供給至電凝聚電池的電能供給和/或負極處的電流密度降低,這是因為Al濃度的這種增加表明在主要工藝條件中多于可用于鈣礬石沉淀反應的鋁被溶解。作為另一個實施例,如果Ca濃度太低,則可降低供給至電凝聚電池的電能供給和/或負極處的電流密度以避免負極不必要的溶解。作為另一個實施方案,如果SO4濃度太高,則可增加供給至電凝聚電池的電能供給和/或負極處的電流密度以增加用于鈣礬石沉淀反應發生所需的溶解鋁的量。
電能供給的控制可通過控制施加于電極112的DC電壓水平來實施。 作為另一個實施例,電能供給的控制可通過選擇性地連接和斷開電能供給至一些電極112的供給來實施。例如,通電的電極的數目可根據Ca/Al/SO4濃度改變。例如,所述連接和斷開可通過電源中的內部電源開關來實施。
本文所述的控制技術可通過各種方式實施。例如,這些技術可在硬件(一個或多個設備)、固件(firmware)(一個或多個設備)、軟件(一個或多個設備)或其結合中實施。對于固件或軟件,實施可通過執行本文所述的功能的模塊(例如,程序、函數等)。軟件代碼可存儲在任何合適的、處理器/計算機可讀的數據存儲媒介或記憶單元中并由一個或多個處理器執行。數據存儲媒介或記憶單元可在處理器之內或處理器之外實施,在此情況下,其可通信聯絡地通過本領域已知的各種方式結合至處理器。此外,本領域的普通技術人員將理解,本文所述的系統的組件可重新排列和/或由額外的組件補充以便促進實現關于本文所述的各個方面、目標、優點等,并且不局限于給出的圖中所述的明確結構。
本發明的一方面為一種控制從廢水中去除硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的過程的方法,所述方法包含
將廢水進料至反應器槽;
測量反應器槽中的溶液的pH;
測定隨后的電凝聚過程中的鈣濃度;
如果所測量的pH不在預定的pH水平內,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽中,以將溶液的pH朝著預定的pH水平調節;以及
如果所測定的鈣濃度不是所想要的鈣濃度,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽和/或隨后的電凝聚過程中,以將隨后的電凝聚處理中的鈣濃度朝著所想要的鈣濃度調節。
在一個實施方案中,所述控制方法包含
測量電凝聚過程的末端的平衡槽中的溶液的pH;
如果所測量的pH不在預定的pH水平內,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至反應器槽中,以將溶液的pH朝著所想要的pH水平調節。
在一個實施方案中,所述控制方法包含,如果所測定的鈣濃度不是 所想要的鈣濃度,則將一個或多個添加劑量的鈣化合物進料至平衡槽中,以將電凝聚過程中的鈣濃度朝著所想要的鈣濃度調節。
在一個實施方案中,所想要的pH水平在約10.5以上的范圍內。
在一個實施方案中,所述控制方法包含:
在電凝聚處理中或之后測定元素Ca、Al和SO4中的一種或其結合的濃度。
在根據電凝聚中或之后所測定的元素Ca、Al和SO4中的一種或其結合的濃度選擇的范圍內調節至少一個電凝聚單元中的電能的供給。
本發明的一方面是一種用于實施該控制方法的控制系統。
當程序在一個或多個計算機或處理器上運行時,本發明的一方面是一種包含用于進行該控制方法的程序代碼的計算機程序。
實施例
使用pH>12的石膏飽和礦井水來測試用電凝聚去除硫酸鹽。在電凝聚之前,用300g/l的石灰乳(Ca(OH)2)進行礦井水pH調節,并且分離固體石膏。進行4個電凝聚試驗,并且每個試驗包括1-3次電凝聚(EC)處理循環。在一次循環過程中,使用恒定的流速(1l/min)和鋁負極或鋁和鐵負極的結合將水(2-4l)通過電凝聚電池。測試變量為以下:
-試驗1:使用鋁負極的三次連續EC處理循環,且在EC處理循環之間沒有pH調節
-試驗2:使用鋁負極的三次連續EC處理循環,且各EC處理循環之后用石灰乳(Ca(OH)2)將pH調節至12
-試驗3:使用鋁負極的兩次連續EC處理循環,在各EC處理循環之后用石灰乳(Ca(OH)2)將pH調節至12,并使用加倍電源(即相對于試驗1-2中使用的電源的加倍電源)
-試驗4:使用鋁負極和鐵負極的結合的兩次連續EC處理循環,且在EC處理循環之間使用石灰乳(Ca(OH)2)調節pH至12。
在各EC處理循環之后直接收集水樣并分析pH和可溶性鈣、鋁、鐵、硫酸鹽和硫。試驗2-4用石灰乳將pH調節至12僅在收集用于化學分析的水樣之后進行。對于第二和接著的EC處理循環,將水進料至EC單元 本身,且除用石灰乳調節pH至12之外沒有其他處理。
在使用鋁或鋁負極和鐵負極的結合的電凝聚中去除硫酸鹽的試驗結果示于圖6中。圖6示出當EC處理條件沒有用石灰乳將pH調節至12進行控制時,硫酸鹽去除受到限制(試驗1)。其原因是水的pH由于鈣礬石沉淀過程中釋放的質子而降低,并且添加的石灰乳提供足夠量的用于鈣礬石沉淀的鈣。在中間調節pH至12的試驗2中的兩次EC處理循環已足以將硫酸鹽濃度從1730mg/l降低至534mg/l,并且第三次處理循環導致最終硫酸鹽濃度為15mg/l。用于pH調節所用的石灰乳的體積小(每3l水最多55ml),因此硫酸鹽去除是以鈣礬石或相應的鈣鋁硫酸鹽的形式沉淀的結果,并且由石灰乳添加引起的稀釋對于硫酸鹽濃度的降低僅具有極小的影響。電源的加倍(試驗3)顯著提高了硫酸鹽去除動力學:兩次處理循環導致24mg/l的殘余硫酸鹽濃度,而在試驗2中,僅在三次連續EC處理循環之后實現相似的硫酸鹽水平。試驗4中鋁和鐵負極的使用導致類似于試驗2中觀察到的硫酸鹽去除率,隨著兩次EC處理循環,硫酸鹽濃度從1730mg/l降低至680mg/l。然而,鐵作為凝聚劑可改進EC處理的淤漿的固/液分離性能。
對于本領域的普通技術人員而言很顯然,隨著技術進步,本發明理念可以各種方式實施。本發明及其實施方案不局限于上述實施例并可在權利要求的范圍內變化。

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