[发明专利]降低废水流中硫酸盐浓度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低水流中硫酸盐浓度的方法，更具体而言涉及在排放或再循环纳米过滤或反渗透膜分离拒绝物流之前降低其中的硫酸盐浓度。

背景技术

钢铁、采矿、电镀、采油及精炼作业和微电子工业中产生的工业废水通常含有高浓度硫酸盐和其他污染物。由于其对环境的影响，新规定的颁布往往限制排放的废水中可以存在的硫酸盐的量。此外，未排放于环境中但在其他应用中再利用的废水通常必须进行处理，以降低硫酸盐的高浓度。高浓度的硫酸盐会促进在废水处理装置上结垢，降低饮用水品质和影响环境。例如，水中的高硫酸盐浓度会导致水具有难闻的味道，并可能对人类和动物具有促使腹泻的作用。作为另一实例，硫酸盐为雨水中的主要溶解成分，可以化学还原而形成硫化物，后者已知可腐蚀许多种金属。

一些硫酸盐去除方法不是环境友好的，需要使用更多化学品，并且成本很高，因而不是最高效的。利用硫化钡的方法需要使用归因于温室效应的二氧化碳，包含必须被除去以防止腐蚀金属的硫化物，并且必须遵守关于可能有毒和爆炸的钡排放的规定。使用生物方法可能在保持适于细菌存活的最优且稳定的条件方面带来困难。它们也导致生成难以去除的硫化物和促成污染的代谢废物。因此，本说明书所公开的方法通过利用仅需要钙和钙盐的方法而可以被认为是更加环境友好和高效的。

发明内容

本发明涉及降低废水中硫酸盐浓度的方法。所述方法包括将具有一定硫酸盐浓度的废水流引导至沉淀反应器中，并将废水流与钙源和钙盐晶种材料在沉淀反应器中混合以沉淀硫酸钙。废水流中的硫酸根离子吸附在沉淀的硫酸钙上和钙盐晶种材料上。含有沉淀的硫酸钙的废水流被引导至分离器，在该分离器中沉淀的硫酸钙从经处理的流出物中分离。沉淀的硫酸钙随后被引导至沉降罐，并再循环至沉淀反应器。

在另一实施方式中，沉淀的硫酸钙随后被引导至沉降罐，在沉降罐中具有较大粒径的较重的硫酸钙沉淀物沉降至沉降罐的底部，而具有较小粒径的较轻的硫酸钙沉淀物沉降至沉降罐的中部。分别地将较重的硫酸钙沉淀物和较轻的硫酸钙沉淀物再循环至沉淀反应器。

在又一实施方式中，在沉淀反应器中保持预定的固体的质量比。预定的质量比为置于沉淀反应器中的再循环的沉淀的硫酸钙的重量与置于沉淀反应器中的经处理的含水流体中新沉淀的硫酸钙的重量之比。

在阅读以下详细说明和在查看附图之后，本领域技术人员将认识到其他特征和优点。

附图说明

图1是描述本发明的一个实施方式的示意图。

图2是描述本发明的另一个实施方式的示意图。

图3是描述硫酸钙沉淀动力学的图。

具体实施方式

用于降低水流中的硫酸盐浓度的系统在图1中总体上由附图标记10指示。虽然本发明的方法可以用于处理具有较高硫酸盐浓度的任何水流，但是图1所示的实施方式特别适于降低具有高硫酸盐浓度的膜分离拒绝物流中的硫酸盐浓度。例如，在典型的废水处理方法中，使废水接触如纳米过滤膜或反渗透膜等膜。纳米过滤是一种交叉流分离方法，其中原料流与膜呈正切地流动，使得纯溶剂流过作为渗透物。在反渗透过程中，对膜的含有溶质的一侧施加比渗透压大的压力，使得纯溶剂流过作为渗透物。在每种分离方法中，膜渗透物流都具有降低的硫酸盐浓度，而膜拒绝物流则具有升高的硫酸盐浓度。通常，拒绝物流具有比膜处理之前的废水进水中的硫酸盐浓度高2～10倍的硫酸盐浓度。

在可将膜拒绝物流再使用或排放之前，必须降低硫酸盐浓度。在传统方法中，膜拒绝物流中的硫酸盐浓度通过化学沉淀法来降低。例如，向膜拒绝物流中添加钙源，以使钙离子与拒绝物流中的硫酸根离子反应，从而产生硫酸钙沉淀。然而，许多水处理方法涉及防垢剂的使用，所述防垢剂会干扰沉淀以降低在处理装置上结垢，并防止膜被水垢沉积物堵塞。即使不存在防垢剂，硫酸钙仍会溶解于溶液中，只有在硫酸钙的浓度超过理论饱和值的140%时才会沉淀。例如，在30℃时在0.01M的溶液中硫酸钙的理论饱和值为约2000mg/L。然而，实际上，硫酸钙在浓度高达约2800mg/L时仍溶解在溶液中。离子强度也是废水处理中的一个主要关注的问题。废水通常含有许多在水中离解的离子化合物。提高硫酸钙溶液的离子强度也会提高硫酸钙在溶液中的溶解性。例如，离子强度由0.01M提高至1.0M将使硫酸钙的理论溶解度提高超过2倍。因此，具有高离子强度的硫酸钙溶液不容易形成硫酸钙沉淀。因此，简单地向含有硫酸根离子并具有高离子强度的溶液添加钙源不会在废水中形成大量的硫酸钙沉淀。