一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置及工艺

摘要

本发明涉及一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置及工艺，包括水热反应釜、离心机、储液槽、废水处理系统，所述水热反应釜出料进入离心机，所述离心机的固态出料作为产品收集，离心机的液态出料进入储液槽冷却后送入废水处理系统；所述废水处理系统包括沉淀区、过滤区、离子树脂交换区，所述来自离心机的废水送入沉淀区沉淀，沉淀区上清液进入过滤区，过滤区出水送入离子树脂交换区，离子树脂交换区出水为处理后的新水。本发明的有益效果是：本发明提出了一种采用水热反应制备硫酸钙晶须的装置和方法，同时为处理因水热反应造成的废液提供了相应的水处理工艺，本发明处理后的废水可成为新水回用。本发明投资少、运行成本低。

权利要求

1.一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，其特征在于，包括水热反应釜、离心机、储液槽、废水处理系统，所述水热反应釜出料进入离心机，所述离心机的固态出料作为产品收集，离心机的液态出料进入储液槽冷却后送入废水处理系统；所述废水处理系统包括沉淀区、过滤区、离子树脂交换区，所述来自离心机的废水送入沉淀区沉淀，沉淀区上清液进入过滤区，过滤区出水送入离子树脂交换区，离子树脂交换区出水为处理后的新水。

2.根据权利要求1所述的一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，其特征在于，所述废水处理系统还包括CO2曝气池，所述CO2曝气池设置在过滤区的中间段，所述CO2曝气池中通入的气体为CO2与空气的混合气体。

3.根据权利要求1所述的一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，其特征在于，所述沉淀区包括搅拌槽、沉淀槽，所述沉淀槽为两个，离心机来水先在搅拌槽中调节PH值，然后进入第一个沉淀槽沉淀，第一个沉淀槽的上清液再次进入搅拌槽进行PH值调节后进入第二个沉淀槽，第二个沉淀槽的上清液进入过滤区。

4.根据权利要求1所述的一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，其特征在于，所述水热反应釜内设有搅拌桨，所述搅拌桨设有双层搅拌桨叶，上层搅拌桨叶为“十”字型，下层搅拌桨叶为“U”型或“凵”型，下层搅拌桨叶的底部中心位置与搅拌桨轴固定连接，下层搅拌桨叶的两个侧翼与搅拌桨轴之间设有拉筋；所述水热反应釜外壁设有加热装置。

5.根据权利要求4所述的一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，其特征在于，所述加热装置为电加热或导热油加热或者蒸汽加热。

6.一种利用如权利要求1‑5其中任意一项所述的制备硫酸钙晶须和废水处理的装置的生产工艺，其特征在于，包括：

1)先将反应釜内的水热反应温度加热至初始温度，然后加入硫酸钙晶须制备原料进行水热反应；

2)水热反应后的浆液排入离心机实现固液分离，经离心分离后的固态物作为产品进行收集，浆液作为废水进入沉淀区的搅拌槽内；

2+ 2‑

3)向搅拌槽内加入钙基无机碱，投入Ca 与废水中过剩的SO4 反应，生成CaSO4沉淀物；

4)取第一次沉淀后的上清液，再次加入无机碱进行搅拌，并控制废水PH值达到12，然后将废水送入沉淀槽进行二次沉淀；

5)对第二次沉淀后上清液进行过滤去除废水中的悬浮物；

2+ 2+

6)经过滤后的废水进入通入CO2气的曝气池，向废水中通入CO2，废水中Ca 和Mg 与

2‑ 2+ 2+

CO3 反应生成CaCO3和MgCO3白色沉淀物，将废水中的Ca 和Mg 浓度控制在60mg/L以下；废水再经过过滤，去CaCO3和MgCO3白色沉淀物；

7)采取离子树脂交换工艺去除废水中的有害离子；经过离子树脂交换处理的废水即为再生新水。

说明书

一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置及工艺

技术领域

[0001] 本发明属于硫酸钙晶须生产及废水再处理循环利用技术领域，尤其涉及一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置及工艺。

背景技术

[0002] 硫酸钙晶须具有较高的附加值，它是以单晶形式生长出的一种短纤维，具有均匀的横截面、完整的外形及高度完善的内部结构。与玻璃纤维相比，优点在于它具有极高的强度、细微的尺寸，更易与树脂、橡胶、塑料等有机高分子化合物结合，并且产品的外观质量优良；可广泛用于汽车、航空航天、化工、冶金、国防、机械、电气、船舶、石油和建材等诸多领域。

[0003] 一些企业和院校等生产单位以石膏、磷石膏、烟气脱硫石膏等为原料制备硫酸钙晶须。本发明首次提出采用水热反应制备硫酸钙晶须，从水热反应器制备硫酸钙晶须后，需要采用离心脱水方式将水热反应器中固态硫酸钙晶须与水溶液分离。这样，采取水热反应法制备硫酸钙晶须产品都将排放硫酸钙晶须脱水后的废液。本发明为此特别提供了制备硫酸钙晶须废液的废水处理再生循环的工艺方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置及工艺，本发明提供了一种水热反应制备硫酸钙晶须的装置及方法，同时针对水热反应产生的废水提供了相应的废水处理再生循环工艺。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

[0006] 一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，包括水热反应釜、离心机、储液槽、废水处理系统，所述水热反应釜出料进入离心机，所述离心机的固态出料作为产品收集，离心机的液态出料进入储液槽冷却后送入废水处理系统；所述废水处理系统包括沉淀区、过滤区、离子树脂交换区，所述来自离心机的废水送入沉淀区沉淀，沉淀区上清液进入过滤区，过滤区出水送入离子树脂交换区，离子树脂交换区出水为处理后的新水。

[0007] 所述废水处理系统还包括CO2曝气池，所述CO2曝气池设置在过滤区的中间段，所述CO2曝气池中通入的气体为CO2与空气的混合气体。

[0008] 所述沉淀区包括搅拌槽、沉淀槽，所述沉淀槽为两个，离心机来水先在搅拌槽中调节PH值，然后进入第一个沉淀槽沉淀，第一个沉淀槽的上清液再次进入搅拌槽进行PH值调节后进入第二个沉淀槽，第二个沉淀槽的上清液进入过滤区。

[0009] 所述水热反应釜内设有搅拌桨，所述搅拌桨设有双层搅拌桨叶，上层搅拌桨叶为“十”字型，下层搅拌桨叶为“U”型或“凵”型，下层搅拌桨叶的底部中心位置与搅拌桨轴固定连接，下层搅拌桨叶的两个侧翼与搅拌桨轴之间设有拉筋；所述水热反应釜外壁设有加热装置。

[0010] 所述加热装置为电加热或导热油加热或蒸汽加热。

[0011] 一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置的生产工艺，包括：

[0012] 1)先将反应釜内的水热反应温度加热至初始温度，然后加入硫酸钙晶须制备原料进行水热反应；

[0013] 2)水热反应后的浆液排入离心机实现固液分离，经离心分离后的固态物作为产品进行收集，浆液作为废水进入沉淀区的搅拌槽内；

[0014] 3)向搅拌槽内加入钙基无机碱，投入Ca2+与废水中过剩的SO42‑反应，生成CaSO4沉淀物；

[0015] 4)取第一次沉淀后的上清液，再次加入无机碱进行搅拌，并控制废水PH值达到12，然后将废水送入沉淀槽进行二次沉淀；

[0016] 5)对第二次沉淀后上清液进行过滤去除废水中的悬浮物；

[0017] 6)经过滤后的废水进入通入CO2气的曝气池，向废水中通入CO2，废水中Ca2+和Mg2+2‑ 2+ 2+
与CO3 反应生成CaCO3和MgCO3白色沉淀物，将废水中的Ca 和Mg 浓度控制在60mg/L以下；
废水再经过过滤，去CaCO3和MgCO3白色沉淀物；

[0018] 7)采取离子树脂交换工艺去除废水中的有害离子；经过离子树脂交换处理的废水即为再生新水。

[0019] 与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

[0020] 本发明提出了一种采用水热反应制备硫酸钙晶须的装置和方法，同时为处理因水热反应造成的废液提供了相应的水处理工艺，本发明处理后的废水可成为新水回用。本发明投资少、运行成本低。

附图说明

[0021] 图1是本发明的工艺流程图；

[0022] 图2是本发明中反应釜的结构示意图。

[0023] 图中：1‑水热反应釜、2‑离心机、3‑储液槽、4‑搅拌槽、5‑第一个沉淀槽、6‑第二个沉淀槽、7‑过滤区、8‑CO2曝气池、9‑离子树脂交换区、10‑新水池、11‑上层搅拌桨叶、12‑加热装置、13‑下层搅拌桨叶。

具体实施方式

[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用以限制本发明。

[0025] 如图1、图2所示，一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置，包括水热反应釜1、离心机2、储液槽3、废水处理系统，所述水热反应釜1出料进入离心机2，所述离心机2的固态出料作为产品收集，离心机2的液态出料进入储液槽3冷却后送入废水处理系统；

[0026] 所述废水处理系统包括沉淀区、过滤区7、离子树脂交换区9，所述来自离心机2的废水送入沉淀区沉淀，沉淀区上清液进入过滤区7，过滤区7出水送入离子树脂交换区9，离子树脂交换区9出水为处理后的新水。

[0027] 所述废水处理系统还包括CO2曝气池8，所述CO2曝气池8设置在过滤区7的中间段，所述CO2曝气池8中通入的气体为CO2与空气的混合气体。

[0028] 所述沉淀区包括搅拌槽4、沉淀槽，所述沉淀槽为两个，离心机来水先在搅拌槽4中调节PH值，然后进入第一个沉淀槽5沉淀，第一个沉淀槽5的上清液再次进入搅拌槽4进行PH值调节后进入第二个沉淀槽6，第二个沉淀槽6的上清液进入过滤区7。

[0029] 所述水热反应釜1内设有搅拌桨，所述搅拌桨设有双层搅拌桨叶，上层搅拌桨叶11为“十”字型，下层搅拌桨叶13为“U”型或“凵”型，下层搅拌桨叶13的底部中心位置与搅拌桨轴固定连接，下层搅拌桨叶13的两个侧翼与搅拌桨轴之间设有拉筋；所述水热反应釜1外壁设有加热装置12。水热反应釜1底部为弧形，下层搅拌桨叶13选择“U”型；水热反应釜1底部为平底，下层搅拌桨叶13选择“凵”型。

[0030] 本发明的“十”字型上层搅拌桨叶能够保证不破坏2H2O·CaSO4分子团，并通过搅拌控制2H2O·CaSO4分子团的下沉速度。

[0031] 下层“U”型或“凵”型搅拌桨叶能够控制并减弱1/2H2O·CaSO4和2H2O·CaSO4等分子的布朗运动；并保证溶液中的所有化学分子都处于有序运动状态，搅拌无死角；且运动方向一致，保证硫酸钙晶须纤维得以生长。

[0032] 所述加热装置12为电加热或导热油加热或蒸汽加热。

[0033] 本发明实施例制备硫酸钙晶须的原料为烧结烟气半干法脱硫灰和硫酸，经取样检测分析，废水的特性如下：

[0034] Ca2+浓度在1600‑2000mg/L；

[0035] Mg2+浓度在1200‑1800mg/L；

[0036] K+浓度在5500‑6000mg/L；

[0037] SO42‑浓度在3500‑10000mg/L；

[0038] Cl‑浓度在7000‑8500mg/L；

[0039] Na+浓度在600‑750mg/L；

[0040] 废水中含全Fe浓度在160‑200mg/L。

[0041] 一种制备硫酸钙晶须和废水处理的装置的生产工艺，包括：

[0042] 1)先将反应釜内的水热反应温度加热至初始温度为45℃，然后加入硫酸钙晶须制备原料进行水热反应；

[0043] 2)水热反应后的浆液排入离心机实现固液分离，经离心分离后的固态物作为产品进行收集，浆液作为废水进入沉淀区的搅拌槽内；

[0044] 3)向搅拌槽内加入钙基无机碱，首选使用CaO或Ca(OH)2，其目的是投入Ca2+与废水2‑
中过剩的SO4 反应，生成CaSO4沉淀物；

[0045] 4)取第一次沉淀后的上清液，再次加入无机碱进行搅拌，并控制废水PH值达到12，然后将废水送入沉淀槽进行二次沉淀；

[0046] 5)对第二次沉淀后上清液进行过滤去除废水中的悬浮物；废水过滤因过滤介质不同，主要有石英砂过滤器、活性炭过滤器、多介质过滤器、除铁锰过滤器及精密过滤器等。本发明可以采取上述过滤器中任何一种，但考虑兼顾去除废水中的铁锰，建议使用除铁锰过滤器。

[0047] 6)经过滤后的废水进入通入CO2气的曝气池，向废水中通入CO2，废水中Ca2+和Mg2+2‑ 2+ 2+
与CO3 反应生成少量或微量的CaCO3和MgCO3白色沉淀物，以确保废水中的Ca 和Mg 浓度控制在60mg/L以下；通入CO2后的废水再经过精密过滤器过滤或管道式过滤器过滤，去除少量或微量的CaCO3和MgCO3白色沉淀物；

[0048] 7)采取离子树脂交换工艺去除废水中较高浓度的Cl‑离子；经过上述废水处理工‑ ‑艺过程后，废水中Cl浓度在7000‑8500mg/L，属于含有Cl浓度较高的废水；同时也含有较低
2+ 2+ 2‑ ‑
浓度的Na+/K+/Ca /Mg /SO4 /OH 等。所以本发明针对原料水特性采取一级阳离子和二级阴离子组合的离子树脂交换。经过离子树脂交换处理的废水即为再生新水。再生新水中所
2+ 2+ 2‑ 2+ 3+ ‑
含的Na+/K+/Ca /Mg /SO4 /Fe (Fe )/Cl等离子浓度，经第三方专业检测机构检测，结果如表1：

[0049] 表1检测数据汇总表(单位：mg/L)

[0050]   Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Cl‑ SO42‑ TFe原料水 1600‑2000 1200‑1800 5500‑6000 600‑750 7000‑8500 3500‑10000 160‑200再生新水 ≤18.6 0.02L ≤158 ≤245 ≤233 ≤65.6 0.03L

[0051] 表1中：(1)0.02L表示低于方法检出限。

[0052] (2)0.03L表示低于方法检出限。

[0053] 经过上述废水处理工艺处理后的废水可继续回用于在制备硫酸钙晶须过程中配制原料石膏溶液。

[0054] 实施例1：

[0055] 本实施例是基于实际投资建设处理能力2m3/h的专门接收制备硫酸钙晶须后废液处理的一套废水处理设施。其处理工艺流程为“加碱沉淀+过滤+CO2曝气+离子树脂交换系统”，占地面积约240平方米。具体操作如下：

[0056] 操作1：启动管道泵将离心机出水送入加碱搅拌槽，加碱搅拌槽容积约3m3，直径约150cm，高度约180cm。当进入废水液位约120cm时，停止进水并在搅拌状态下，打开CaO料槽阀门向其内投加，在加入CaO粉剂时连续观察PH计仪表变化，当显示PH值大于6时停止投加，关闭CaO料槽阀门。继续搅拌30min后，将废水送入第一个沉淀槽。

[0057] 操作2：废水一次沉淀：加碱后的废水进入第一个沉淀槽。一次沉淀槽容积约10m3，设计废水停留时间240min。

[0058] 操作3：经第一个沉淀槽沉淀后的溢流水进入二次加碱搅拌槽。二次加碱搅拌槽的规格与一次加碱搅拌相同。其操作过程与操作1相同。本操作二次加碱为NaOH，控制PH值达到12。

[0059] 操作4：二次沉淀后的溢流水进入过滤器。过滤器是由三级锰砂过滤器和一级活性炭过滤器组成的过滤系统。经过滤后的废水进入CO2曝气池。

[0060] 操作5：CO2曝气池容积为2m3。设计将一根CO2气的管道置入水池底部，形成水中CO2气泡，废水在CO2曝气池停留时间30min后，经过一级精密过滤器进入离子树脂交换系统。

[0061] 操作6：废水连续经过离子树脂交换后进入再生新水收集池。取样委托第三方检测机构对废水和再生新水分析，分析结果见表2。

[0062] 表2检测数据汇总表(单位：mg/L)

[0063] 2+ 2+ + + ‑ 2‑  Ca Mg K Na Cl SO4 TFe
废水处理前 1380 692 5230 629 7110 9670 1650
再生新水 5.1 0.02L 13.3 63.4 214 0.806 0.03L

[0064] 表2中：(1)0.02L表示低于方法检出限。

[0065] (2)0.03L表示低于方法检出限。