高含鹽高硬度廢水化學軟化預處理工藝
目前，大部分化工企業(yè)都進行了生產(chǎn)廢水資源化綜合利用，采用物化法處理工藝，工藝流程主要采用高密度沉淀去除硬度+V型濾池過濾，其工藝的技術核心是采用了石灰軟化法，降低了回用水的水質(zhì)硬度，同時投加酸調(diào)節(jié)pH值至中性。針對高含鹽高硬度廢水一般采用石灰軟化法進行軟化處理，即在高硬度廢水中依次加入一定量的消石灰和碳酸鈉，使得水中的鎂離子和鈣離子反應分別生成氫氧化鎂和碳酸鈣沉淀，可使廢水中的硬度降低到65~205mg/L。
本工程采用液堿-純堿為核心的化學軟化法預處理工業(yè)高含鹽高硬度濃水，濃鹽水進入廢水調(diào)節(jié)池進行水質(zhì)水量調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)池出水由泵提升至高密度沉淀池，在高密度沉淀池前端分別加入氫氧化鈉、碳酸鈉等藥劑后，通過高效絮凝沉淀去除水中的固體懸浮物、硬度、部分COD等污染物，高密度沉淀池出水進入V型濾池過濾后出水進入澄清水池，工程上取得了良好的除硬效果，為工業(yè)廢水零排放的開發(fā)應用提供了工程實踐依據(jù)。
1、工程概況及方法
1.1 工程概況及原水水質(zhì)
本項目為高含鹽廢水“零”排放處理工程的預處理段，原水為某工業(yè)園區(qū)30000m3/d工業(yè)廢水，其處理工藝采用超濾+反滲透工藝處理系統(tǒng)排放的高含鹽高硬度濃水，該處理系統(tǒng)水回收率66.7%，其余將排放的高含鹽廢水10000m3/d，該濃水總硬度為1900~3200mg/L，總?cè)芙夤腆wTDS≤9000mg/L，NaCl≤3000mg/L，Na2SO4≤6000mg/L。本工程針對10000m3/d高含鹽高硬度濃水進行化學軟化預處理，采用高密度沉淀+V型濾池工藝的工藝流程，液堿-純堿為核心的化學軟化法，軟化預處理設計目標為硬度≤100mg/L，濁度≤1NTU。
1.2 藥劑及儀器
軟化藥劑：液堿(NaOH溶液)，質(zhì)量分數(shù)30%；碳酸鈉溶液，配制質(zhì)量分數(shù)10%；硫酸：質(zhì)量分數(shù)30%；聚丙烯酰胺(PAM)溶液；聚合硫酸鐵(PFS)溶液；2100Q型便攜式濁度儀。
1.3 軟化工藝流程
本工程預處理濃水10000m3/d，該濃水經(jīng)提升泵提升進入高密池，在進水處投加液堿調(diào)節(jié)原水pH至11.2，在一級攪拌區(qū)再投加碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH為11.5，然后在一級和二級攪拌區(qū)出口分別加入聚合硫酸鐵(PFS)和聚丙烯酰胺(PAM)溶液，進入中心筒攪拌反應，出水進入沉淀區(qū)，經(jīng)過斜板沉淀區(qū)后，出水經(jīng)收集槽進入后混池，在后混池加入硫酸調(diào)節(jié)pH至8左右。出水依高程進入V型濾池，濾池濾料為石英砂，可以去除高密池中沒有沉淀下來的懸浮顆粒，經(jīng)過濾后出水進入澄清水池。
1.4 軟化原理
當前，水的軟化處理方法分為以下幾種：第一種方法是根據(jù)溶度積原理，在硬水中加入藥劑，與水中的鎂、鈣離子反應生成難溶沉淀，將這種方法稱之為沉淀軟化法或者藥劑軟化法;第二種方法是離子交換軟化法，主要是根據(jù)離子交換原理，離子交換劑中的陽離子Na+或H+和廢水中的鈣、鎂離子進行反應，起到軟化的效果;第三種方法主要基于電滲析理論，考慮離子交換膜針對不同離子的選擇透過性，通過外加直流電場作用，利用離子遷移作用，在對廢水進行局部除鹽的同時，起到軟化廢水的目的。
在本工程中，主要基于上述第一種方法中用到的溶度積原理，通過將廢水中的鈣離子和鎂離子生成難溶沉淀而達到軟化的目的。有關沉淀化合物的溶度積及溶解度見表1。
高鹽水中硬度主要是鈣、鎂離子，依次投加液堿和碳酸鈉溶液，根據(jù)表1中的溶度積及溶解度，產(chǎn)生如下的主要化學反應：
1.5 分析方法
硬度(總硬度和鈣硬度)：EDTA滴定法;pH值：玻璃電極法;濁度：濁度儀。
2、系統(tǒng)運行結(jié)果與分析
2.1 主要建構(gòu)筑物設計參數(shù)
2.1.1 高密池
1座，分為2格，半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐。結(jié)構(gòu)尺寸：19.9m×19.1m×6.5m;有效水深：5.5m;有效容積1350m3;停留時間2.7h。
2.1.2 V型濾池
1座，分為2格，半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐。結(jié)構(gòu)尺寸：9.5m×18.4m×4.2m;過濾速度：7.5m/h;氣洗強度：15L/(m2?s);水洗強度：4L/(m2?s)。
2.1.3 澄清水池
1座，地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐。結(jié)構(gòu)尺寸：27.3m×14.0m×4.5m;有效水深4.0m;有效容積1500m3。
2.1.4 污泥池
1座，半地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)防腐。結(jié)構(gòu)尺寸：18.7m×10.2m×4.5m;有效水深4.0m;有效容積750m3。
2.1.5 軟化加藥間及污泥脫水間
1座，框架結(jié)構(gòu)，軟化加藥間含酸間、液堿間和其它加藥系統(tǒng)間(含碳酸鈉加藥系統(tǒng)，絮凝劑和助凝劑加藥系統(tǒng))，碳酸鈉加藥系統(tǒng)采用150m3的料倉一個，通過變頻調(diào)節(jié)給料閥轉(zhuǎn)速進行定量，然后經(jīng)螺旋輸送機輸送至配藥罐進行配藥，助凝劑采用具有加熱功能的全自動加藥裝置。污泥脫水間有板框污泥脫水機4臺，3用1備。
2.2 工程運行調(diào)試
本工程2015年3月25日建成開始試運行，調(diào)試分單元調(diào)試和全系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試，首先進行單元調(diào)試，分別為化學軟化系統(tǒng)、加藥系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)及污泥脫水系統(tǒng)設備凋試，確保各單元設備能穩(wěn)定正常運行;然后進行全系統(tǒng)調(diào)試及確定液堿、碳酸鈉、PFS、PAM和硫酸等藥劑的最佳投加量。
最佳投加量的確定方法：首先取樣測定原水的水質(zhì)，根據(jù)原水水質(zhì)計算投加液堿和碳酸鈉軟化藥劑的理論量，試運行時根據(jù)理論量進行藥劑投加;通過檢測出水水質(zhì)，調(diào)整理論加藥量相應的倍數(shù)，最終找出合適的理論加藥量的倍數(shù)，即為軟化藥劑的最佳投加量。
2.3 運行結(jié)果
運行初期按照理論計算量投加液堿和碳酸鈉，投加PAC為500L/h，投加PAM為250L/h，運行過程中發(fā)現(xiàn)高密度沉淀池產(chǎn)生白色沉淀物沉淀效果差，很多白色絮狀物經(jīng)集水槽排出。我們及時分析原因，取水樣進行絮凝劑和助凝劑的小試實驗，發(fā)現(xiàn)投加PAM偏小，而投加PAC降低至150L/h，加大PAM的投加量至600L/h，絮凝沉淀的效果很好。然后及時調(diào)整PAC和PAM加藥量，高密度沉淀池的沉淀效果明顯轉(zhuǎn)好，然后對出水進行取樣根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整液堿和碳酸鈉的加藥量。
經(jīng)過1周的連續(xù)試運行，軟化系統(tǒng)基本穩(wěn)定運行，并確定了軟化藥劑的最佳投加量。濃水處理量10000m3/d，投加液堿調(diào)節(jié)原水pH值至11.2，投加量約為理論投加量的1.8倍，投加碳酸鈉為理論投加量的1.2倍，投加PAC為150L/h，投加PAM為850L/h。取原水化驗水質(zhì)，原水每4小時取樣一次，根據(jù)原水水質(zhì)調(diào)整加藥量，其原水水質(zhì)見表2。確定加藥量開始運行，高密池和V型濾池的出水每4小時取水樣化驗一次，其結(jié)果見表2。
從運行的結(jié)果中可以看出，出水水質(zhì)穩(wěn)定，總硬度穩(wěn)定的降低至100mg/L以下，濁度降到1NTU以內(nèi)?！ ?/p>
3、結(jié)論
針對某工業(yè)園區(qū)產(chǎn)生的高含鹽高硬度濃水，本工程采用液堿-純堿的化學軟化工藝對該廢水進行預處理。
通過高密池投加液堿調(diào)節(jié)廢水pH值至11.2，投加量約為理論投加量的1.8倍，之后投加純堿，投加純堿為理論計算量的1.2倍，然后投加絮凝劑和助凝劑在斜板沉淀區(qū)沉淀后，出水用硫酸調(diào)節(jié)pH值至8左右，出水總硬度<100mg/L。高密池出水通過V型濾池過濾后出水濁度小于1NTU。達到了設計前的技術要求，完全滿足進入后續(xù)處理單元的水質(zhì)要求。(來源：中聯(lián)西北工程設計研究院有限公司，西北工業(yè)大學，陜西航天機電環(huán)境工程設計院有限責任公司)