一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器及其去除方法

环保节能,再生,污水处理设备的制造及其应用技术1.本发明属于水污染治理及资源化利用技术领域，特别涉及一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器及其去除方法。背景技术：2.循环冷却水是燃煤电厂的用水大项，用水量达到电厂总用水量的50-80％。因此，循环水的处理效果与电厂节水减排的效率密切相关。循环水在运行过程中，由于水中离子反应、溶解氧、微生物滋生等过程，会造成结垢、腐蚀、微生物黏泥等问题，影响系统的正常运行。传统的化学处理方法是通过加入一定的阻垢剂、缓蚀剂、杀菌剂来降低结垢腐蚀的影响，这种方法需消耗大量的化学药剂，增加了运行成本；并且处理效果有限，导致循环水浓缩倍率低，补充水消耗量大；污水排出量大，污水中含有加入的化学药剂，造成了排出水水质中高硬度、高有机物及微生物含量特点。3.针对传统技术的局限性，核晶凝聚诱导造粒技术应运而生，该技术可以实现水体中钙镁离子的高效去除，且所形成的结晶产物具有结构紧凑、含水率低以及固液分离效率高等优点；但当水体中有机物浓度过高时，高浓度有机物的存在将会大大影响水体中钙镁离子的结晶效率，这主要归因于水体中的有机物会与阳离子(如ca2+，mg2+等)通过螯合作用生成稳定的螯合物，从而阻止其与阴离子(如co32-，so42-，po43-，和sio32-等)的接触，从而抑制造粒结晶过程的进行，因此为了提高对于循环排污水中钙镁的去除，需预先对电厂排污水中的有机物进行处理，处理后的污水一方面实现了污水中有机物的高效脱除，另一方面，有助于后期结晶造粒过程的顺利进行；与此同时，在装置纵向上增加核晶凝聚诱导造粒反应装置进药口的数量，有助于形成分级的造粒模式，实现水体中的钙镁离子进一步高效脱除。技术实现要素：4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器及其去除方法，本发明的反应器是一种耦合电化学处理-核晶凝聚诱导造粒技术以实现水体中有机物及钙镁离子的高效去除为目标的一体化反应器。本发明首先利用电化学方法除去水体中大部分有机物及少量钙镁离子，紧接着采用核晶凝聚诱导造粒技术大幅度去除水体中的钙镁离子，并在核晶凝聚诱导造粒反应器的纵向上设置多个加药口，以实现多级进药的目的，从而使得水体中的钙镁离子能够得以进一步高效去除。本发明还提供了一种去除水体中高浓度有机质及钙镁的方法，该方法性能高效、经济可行、运行维护简单且在工程改造中易于实现。5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：6.一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器，包括电化学水处理装置和核晶凝聚诱导造粒反应装置，所述电化学水处理装置的进水口与原水管路连接，所述核晶凝聚诱导造粒反应装置包括反应内筒和外筒，所述内筒的底部连接竖向的晶种排出管，内筒的进水口通过进水管连通电化学水处理装置的出水口，所述内筒的侧壁设置位于不同高度的若干加药管；所述外筒的顶部设置晶种投加口，所述晶种投加口通过竖向的投加管接入所述内筒的中上部，所述外筒的上部设置出水口，下部设置循环水进水口。7.在一个实施例中，沿水流方向，所述原水管路上依次设置有第一进料泵、第一转子流量计和第一进水阀；所述进水管上设置有第二进料泵、第二转子流量计和第二进水阀。8.在一个实施例中，所述电化学水处理装置包括反应池，反应池内设置有一块阳极板和两块阴极板，阳极板和阴极板分别连接直流电源的正负极。9.在一个实施例中，所述直流电源所采用的电压为5-7v；所述阳极板的材质为以下材料的一种：石墨、导电塑料、氧化石墨烯；所述阴极板的材质为以下材料的一种：铁、不锈钢、镀镍铁。10.在一个实施例中，所述核晶凝聚诱导造粒反应装置的进水管位于内筒的底侧，所述加药管在装置上以一定间隔呈纵向分布，上下相邻加药管之间的间隔为80-100cm。11.在一个实施例中，所述进水管采用切向进水的方式，各所述加药管均采用切向加药的方式，所添加的药剂为氢氧化钠和碳酸钠中的一种或两种，且氢氧化钠的投加量为20-40ppm，碳酸钠的投加量为50-60ppm。12.在一个实施例中，所述加药管有三个，在同一竖直方向上依次排布。13.本发明还提供了基于所述电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器的电厂循环排污水的去除方法，包括以下步骤：14.步骤1，向电化学水处理装置中泵入高硬度高有机质电厂循环排污水，水体中的有机物及钙镁离子在阴阳极附近进行反应，从而在电化学作用下降解去除；15.步骤2，经电化学水处理装置处理后的废水进入核晶凝聚诱导造粒反应装置，使得核晶凝聚诱导造粒反应装置中装填的晶种处于流化状态，当晶种处于流化状态后，从各个进药管注入碱性药剂，诱导水体中的钙镁离子在诱晶载体表面沉淀。16.在一个实施例中，整个反应体系的流量通过电化学水处理装置进水侧的第一转子流量计和第一进水阀以及核晶凝聚诱导造粒反应装置进水侧的第二转子流量计和第二进水阀进行调控。17.在一个实施例中，水最终以溢流的方式经溢流堰流出整个反应体系，其中溢流堰对出水起到进一步的过滤作用。18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：19.1.本发明将电化学处理方法作为核晶凝聚诱导造粒反应的预处理步骤，有效的解决了水体中高浓度有机物阻碍诱晶载体诱导钙镁离子结晶的问题。20.2.本发明中的核晶凝聚诱导造粒反应器采用的多点加药的方式实现了水体中钙镁离子的多级去除，大大提高了水体中钙镁的去除效率，充分保证了出水中钙镁的达标排放。21.3.本发明的整个反应器轻质、占地面积小，运行成本低廉且自动化程度高，运行管理方便。22.4.本发明的反应器的水处理量易于扩大，可根据实际处理需求灵活选用。23.5.本发明的反应器易于实现车载，便于移动灵活使用及水质应急处理使用。附图说明24.图1为本发明的一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器结构示意图。25.图2为一体化反应器中核晶凝聚诱导造粒反应器详细图示。26.附图标记：27.1-进料泵；2-电化学水处理装置；3-核晶凝聚诱导造粒反应装置；4-直流电源；5-阳极板；6-阴极板；7-进水管；8,9,10-加药管；11-晶种投加口；12-出水口；13-内筒；14-外筒；15-转子流量计；16-进水阀；17-晶种排出口；18-循环水进水口。具体实施方式28.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。29.实施例130.如图1所示，本发明一种电化学除垢-核晶造粒耦合工艺处理电厂循环排污水的一体化反应器，主要包括电化学水处理装置2和核晶凝聚诱导造粒反应装置3。其中，电化学水处理装置2的进水口与原水管路连接，出水口与核晶凝聚诱导造粒反应装置3的进水口通过进水管7连接。污水先进入电化学水处理装置2进行电化学处理，降解去除水体中的有机物，然后进入核晶凝聚诱导造粒反应装置3，在药剂作用下诱导水体中的钙镁离子在诱晶载体表面沉淀。31.示例地，电化学水处理装置2包括反应池，反应池内设置有一块阳极板5和两块阴极板6，两块阴极板6分别置于阳极板5的两侧，与阳极板5一起共同形成反应区；阳极板5和阴极板6分别连接直流电源4的正负极。本发明中，直流电源4所采用的电压为5-7v。阳极板5的材质为以下材料的一种：石墨、导电塑料、氧化石墨烯。阴极板6的材质为以下材料的一种：铁、不锈钢、镀镍铁。32.阳极板5主要用于水体中有机物的去除，使用的电源为直流电源，工作时的电压为5-7v，通电后的阴极可以吸引水体中的阳离子(如钙、镁等)，且在阴极板6附近，由于氢氧根浓度较高，氢氧根与碳酸氢根作用后产生的碳酸根有助于钙镁进行沉淀，可以去除水体中一部分钙镁离子。33.核晶凝聚诱导造粒反应装置3主要用于钙镁的去除，进水流量为20-40l/h，加药流量为2-4l/h，诱晶载体的填充高度为装置有效高度的15％-20％，污水经装置处理后，可由装置顶部的齿形溢流堰溢流而出。34.核晶凝聚诱导造粒反应装置3包括反应内筒13和外筒14，内筒13上方设有两根支架，内筒13通过支架固定于外筒14中。35.其中，内筒13的底部连接竖向的晶种排出管，晶种排出管的出口位置即晶种排出口17，进水管7宜位于内筒13的底侧，用于排出已经反应完全且在当前进水流量下无法再度流态化的晶种。36.内筒13的侧壁设置位于不同高度的呈纵向分布的若干加药管，示例地，加药管至少应为3个，本实施例中，加药管为在同一竖直方向上从上向下依次排布的第一加药管10、第二加药管9和第三加药管8，相邻加药口之间的间距为80-100cm。通过多个纵向排布的加药管的设置实现碱性药剂的多级投加，从而提升水体中目标污染物的去除效率。37.为使得核晶凝聚诱导造粒反应装置3中的晶种更好地处于流化状态以利于造粒反应，本发明中，进水管7宜采用切向进水的方式，各加药管均采用切向加药的方式。38.外筒14的顶部设置晶种投加口11，晶种投加口11通过竖向的投加管接入内筒13的中上部，外筒14的上部设置出水口12，下部设置循环水进水口18。核晶凝聚诱导造粒反应主要在内筒13中进行；内筒13中装填有晶种，晶种的填充高度为装置有效高度的15％-20％，所填充的晶种可以是石榴石或方解石。39.进一步地，为实现流量调控，本发明中，沿水流方向，在原水管路上依次设置有第一进料泵101、第一转子流量计1501和第一进水阀1601；在进水管7上设置有第二进料泵102、第二转子流量计1502和第二进水阀1602。具体地，流量计用于精准调控进水流量，当停止运行时，关闭进水阀，防止水体倒流。40.污水在进料泵的作用下经转子流量计调控后再进入电化学水处理装置2及核晶凝聚诱导造粒反应装置3，最后处理后的水以溢流的方式经核晶凝聚诱导造粒反应装置3中的出水口12流出反应体系。41.实施例242.建立实施例1的一体化反应器进行电厂循环排污水中有机物及钙镁离子的去除方法为：43.步骤1，向电化学水处理装置2中泵入高硬度高有机质电厂循环排污水，水体中的有机物在电化学作用下降解去除。其中此处的“高硬度高有机质”指的是水体中高浓度钙镁离子及有机物。一般来说，钙离子浓度在500mg/l左右或更高，cod浓度在100mg/l左右或更高，镁离子浓度在100mg/l左右或更高，即可被称为本发明意义上的“高硬度高有机质电厂循环排污水”。44.步骤2，经电化学水处理装置2处理后的废水进入核晶凝聚诱导造粒反应装置3，使得核晶凝聚诱导造粒反应装置3中装填的晶种处于流化状态，当晶种处于流化状态后，从各个进药管注入碱性药剂，诱导水体中的钙镁离子在诱晶载体表面沉淀。45.具体地，在步骤1中，电厂循环排污水通过第一进料泵101向电化学水处理装置2中泵入，进水流量为25l/h，与此同时，打开直流电源4，电压设定为5v，在阳极板5附近有机物被氧化降解。当水从电化学水处理装置2中流出时，在步骤2中，打开第二进料泵102，经电化学水处理装置2处理后的水进入核晶凝聚诱导造粒反应装置3，在晶种处于流化状态后，打开纵向排布的第一加药管10、第二加药管9和第三加药管8，相邻加药口之间的间距为80cm，所投加药剂为氢氧化钠和碳酸钠，氢氧化钠的投加量为20ppm，碳酸钠的投加量为50ppm。46.本实施例待处理水中钙镁离子的浓度分别为350ppm及80ppm，水体cod值为85ppm，采用上述方法进行处理，钙离子的去除率为95.3％，镁离子的去除率为89.2％，出水cod的去除率为87.5％，具体各阶段污染物的去除情况见表一。47.实施例348.建立实施例1的一体化反应器进行电厂循环排污水中有机物及钙镁离子的去除方法与实施例2相同。49.具体地，在步骤1中，进水流量为30l/h，直流电源4的电压设定为7v。在步骤2中，相邻加药口之间的间距为100cm，所投加药剂为氢氧化钠和碳酸钠，氢氧化钠的投加量为40ppm，碳酸钠的投加量为60ppm。50.本实施例待处理水中钙镁离子的浓度分别为320ppm及60ppm，水体cod值为75ppm，采用上述方法进行处理，钙离子的去除率为97.5％，镁离子的去除率为93.2％，出水cod的去除率为92.5％，具体各阶段污染物的去除情况见表二。51.实施例452.建立实施例1的一体化反应器进行电厂循环排污水中有机物及钙镁离子的去除方法与实施例2相同。53.具体地，在步骤1中，进水流量为28l/h，直流电源4的电压为6v，在步骤2中，相邻加药口之间的间距为90cm，所投加药剂为氢氧化钠和碳酸钠，氢氧化钠的投加量为30ppm，碳酸钠的投加量为55ppm。54.本实施例待处理水中钙镁离子的浓度分别为340ppm及80ppm，水体cod值为95ppm，采用上述方法进行处理，钙离子的去除率为95.8％，镁离子的去除率为89％，出水cod的去除率为88％，具体各阶段污染物的去除情况见表三。55.表一[0056][0057][0058]a-电化学水处理装置出水；b-核晶凝聚诱导造粒反应装置出水。[0059]表二[0060] 钙离子去除率/％镁离子去除率/％cod去除率/％a20.219.684b97.593.292.5[0061]a-电化学水处理装置出水；b-核晶凝聚诱导造粒反应装置出水。[0062]表三[0063] 钙离子去除率/％镁离子去除率/％cod去除率/％a19.418.783.2b95.88988[0064]a-电化学水处理装置出水；b-核晶凝聚诱导造粒反应装置出水。[0065]从上述三张表中可以看出，电化学水处理装置可以有效去除水体中绝大部分有机物(80％以上)及少量钙镁离子，通过上述工艺对于有机物的大幅度去除，为后期核晶凝聚诱导造粒工艺去除钙镁离子提供了保障，实现了核晶凝聚诱导造粒工艺对于水体中高浓度钙镁的有效脱除(钙离子去除率大于95％，镁离子去除率为90％左右)；该组合工艺有效的解决了高硬度、高浓度有机质复合体系中，高浓度有机质对于核晶凝聚诱导造粒工艺脱除钙镁离子所产生的影响。[0066]综上，本发明的一体化反应器及其去除方法一方面解决了单一的核晶凝聚诱导造粒反应装置无法高效脱除电厂循环排污水中高浓度有机物的问题，且高浓度有机物的存在严重阻碍了诱晶载体对于水体中钙镁离子的诱导造粒过程。另一方面，核晶凝聚诱导造粒反应装置上纵向分布的加药管实现了分级加药的一体化，大大提升了排污水中钙镁离子的脱除效率。









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