[发明专利]一种去除高浓度有机废水中钙离子的方法

说明书

本发明涉及一种去除高浓度有机废水中钙离子的方法，该方法包括以下步骤：(1)在反应器中引入含Ca²⁺高浓度有机废水、无机碳源和晶种，Ca²⁺与无机碳摩尔比为1：(3.2‑6.2)；(2)调节反应器内溶液的α(H⁺)与离子强度；(3)在反应器内依次进行搅拌和沉淀，将高浓度有机废水中的Ca²⁺转化为碳酸钙晶体，进而沉淀去除。与现有技术相比，本发明通过优化反应器的溶液和水力条件，提高碳酸钙过饱和度，加速晶体表面水分子与Ca²⁺、无机碳的交换，促进碳酸钙晶体在高浓度有机物抑制下结晶成核与晶体生长。

技术领域

本发明涉及环境保护和资源综合利用领域，尤其是涉及一种去除高浓度有机废水中钙离子的方法。

背景技术

高浓度有机废水通常采用厌氧消化的工艺进行处理。废水中的Ca²⁺会与厌氧消化过程产生的无机碳：CO₂、HCO₃^-、CO₃^2-离子结晶生成方解石(碳酸钙最稳定的晶体结构)。这导致厌氧反应器内部结垢，有效容积减小，有机物去除效果差；增加厌氧污泥无机固体，覆盖在厌氧微生物表面，降低其生物活性；反应器循环管道结垢(约3个月一次)，影响连续稳定运行，同时，因厌氧反应不稳定、恢复慢，甚至需要重新启动。此外，结垢管道维修常采用电切割，厌氧反应器内可能残有甲烷，安全风险大。因此，结垢是目前含钙高浓度有机废水(如，生活垃圾垃圾焚烧厂储坑沥滤液、造纸厂黑水等)处理工程中亟需解决的难题。

控制高浓度有机废水的厌氧消化工艺中的结垢，可采用商用阻垢剂，络合Ca²⁺抑制碳酸钙晶体在管道和反应器内的生长。但是，国内外各类阻垢剂专利产品的成分通常为含磷有机物【中国发明专利，一种锅炉水阻垢剂，公开号：CN 109293016 A】，具有毒性，如应用于污水处理行业，随污水处理连续投加(如，德国拜耳公司的专利产品100mgCa/L药剂投加量为10ppm)，一方面会导致出水中总磷升高；另一方面阻垢剂中的有机物可能会成为新兴污染物进入自然水体环境，环境风险巨大。此外，还可以采用在进入厌氧消化前去除Ca²⁺的方法，减少进入厌氧器中的Ca²⁺总量，延缓反应器结垢速度。目前，通常采用离子交换进行硬水软化【中国发明专利，氯型阴离子交换树脂去除Ca-EDTA土壤淋洗液中Cu、Zn、Pb、Cd的方法，公开号：CN 105668702 B】，即去除Ca²⁺。但是，常规的离子交换树脂置换Ca²⁺为H⁺的同时会降低pH，不利于后续厌氧处理。同时，离子交换树脂再生会产生酸洗废水，进一步处理成本高。

沉淀法是一种古老的去除各类金属阳离子的方法，通常采用OH^-或S^2-进行沉淀。Ca²⁺的氢氧化物沉淀pH为12.5以上，而S^2-沉淀药剂成本高。同时，污水中的溶解性有机物会抑制钙盐的结晶成核与晶体生长【Lin YP,Singer PC,Aiken GR,Inhibition of CalcitePrecipitation by Natural Organic Material:Kinetics.2005.Mechanism,andThermodynamics.Environmental ScienceTechnology 39(17):6420-6428.】。因此，在采用沉淀法去除高浓度有机废水中的Ca²⁺时，需选用恰当来源的阴离子，并强化碳酸钙晶体在高浓度有机物抑制下的结晶沉淀。

专利CN 105712452公布的一种去除环氧氯丙烷废水中钙离子的方法，首先向部分冷却的待处理原废水中通入过量的二氧化碳气体，然后将该废水与部分原废水快速混合，并使得混合废水温度大于60℃，实现钙离子的沉淀去除。但是，利用气态无机碳源会吹脱废水中的挥发性有机物，增加了气相污染物的处理需求；同时，需要采用空压机等设备保证溶气气浮的工作压力高达0.4-1.0MPa，反应器能耗大。