除去廢水中的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種除去廢水中的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 出版物W0 98/55405公開了一種除去水流中的硫酸鹽和鈣的方法，所述方法包括 以下步驟：將水流與一定量的無定形氫氧化鋁（A1(0H)3)合并；使其形成作為沉淀物的鈣 礬石（ettringite)以及從水流中除去沉淀的鈣礬石。水流還可與一定量的氫氧化鋁和一 定量的石灰（CaO) -起合并。該方法可包括去過飽和（desupersaturating)步驟，所述步 驟可包括使水流經(jīng)過高固體沉淀器以在石膏--參見硫酸鈣二水合物（石膏）的形式-- 上產(chǎn)生硫酸鈣沉淀。該方法還可包括向水流中加入二氧化碳以使溶解的石灰以碳酸鈣形式 沉淀出來并降低水流pH的后處理步驟。
[0003] 來自國(guó)際酸防治網(wǎng)絡(luò)（INAP)的出版物，礦井流出液中的硫酸鹽處理（Treatment ofSulphateinMineEffluent)，2003 年 10 月，LoraxEnvironmetal，還公開了一種除去 ARD水（酸性巖排水）中的硫酸鹽的方法（SAVMIN)。在第一階段，將石灰加入進(jìn)水中并使 溶解的金屬和鎂以氫氧化物的形式沉淀出來。在除去金屬和鎂之后，以石膏晶體作為水中 的晶種來促使石膏從過飽和溶液中沉淀。在第三階段，向?qū)τ谑嗳匀贿^飽和的水中加入 氫氧化鋁從而沉淀出鈣礬石。通過過濾和增稠而從進(jìn)水中除去鈣礬石漿，并在第四階段用 C02處理廢水流以降低pH。沉淀并除去相對(duì)純的CaC03。用硫酸分解鈣礬石漿以再生氫氧 化鋁，從而在處理過程的第三階段中重復(fù)使用。
[0004] 出版物DE37 09 950公開了一種在鈣離子存在的情況下，通過用鋁酸根離子沉 淀出難溶的硫鋁酸鈣而從廢水中分離硫酸根離子的方法。鋁酸根離子的來源為鋁酸鈉或含 鋁酸鈉的材料。除鋁酸鈉或含鋁酸鈉的材料外，還加入石灰。因此可使用Ca(0H)jPCaO。 [0005]出版物EP0 584 502公開了一種通過使用熟石灰懸浮液和羥基合鋁酸鈉溶液作 為沉淀介質(zhì)，而將溶解于水中的硫酸鹽以硫酸鋁鈣的形式沉淀出來的方法。該出版物還公 開了該方法用于制備硫酸鋁鈣的用途，所述硫酸鋁鈣可進(jìn)一步加工為含氧化鋁的無水石 膏。
[0006] 出版物EP0250 626公開了一種通過沉淀而從工業(yè)水中分離硫酸根離子的方法， 所述方法通過向廢水中加入氧化鋁和/或鋁酸鈣并混合，以及用Ca(0H)dfpH調(diào)節(jié)到11. 2 至11. 8之間而實(shí)現(xiàn)。分離形成的硫鋁酸鈣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明涉及以獨(dú)立權(quán)利要求中的陳述內(nèi)容為特征的方法和裝置。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí) 施方案公開于從屬權(quán)利要求中。
[0008] 本發(fā)明涉及一種除去廢水中的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的方法。用于除 去硫酸鹽、鈣和其他可溶性金屬的方法的步驟的選擇可基于該方法的進(jìn)水中初始硫酸鹽的 濃度、水中Na、K和Ca陽(yáng)離子的濃度，以及基于可沉淀的石膏的量和其與沉淀鈣礬石所需的 化學(xué)計(jì)量數(shù)量的關(guān)系而進(jìn)行?？梢允嘈问匠恋淼牧蛩猁}的量取決于廢水中Na、K和Ca的 濃度。本發(fā)明的方法包括以下步驟：
[0009] a)石膏沉淀步驟，其中將廢水與第一鈣化合物或包含鈣化合物的第一材料接觸， 以制備含石膏的第一污泥（sludge)，
[0010] b)鈣礬石沉淀步驟，其中將第一污泥與第二鈣化合物或包含第二鈣化合物的第二 材料和鋁化合物或含鋁化合物的材料接觸，以制備含鈣礬石和石膏的第二污泥，
[0011] C)第一分離步驟，其中對(duì)含鈣礬石和石膏的第二污泥進(jìn)行固-液分離，以從液體 中分離固體從而制備第一溶液，
[0012] d)中和步驟，其中將第一溶液與碳酸化劑接觸以中和第一溶液，并以碳酸鈣的形 式沉淀出第一溶液中所含的鈣，以及
[0013] e)第二分離步驟，其中進(jìn)行固-液分離以從第一溶液中分離出沉淀的碳酸鈣，從 而得到具有降低的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬含量的水。
[0014] 該方法可在石膏沉淀步驟和鈣礬石沉淀步驟之間包括石膏除去步驟。在石膏除去 步驟中，進(jìn)行固-液分離以從第一污泥中除去沉淀的石膏。該任選的石膏除去步驟的存在 (或如果是在討論裝置時(shí)，則存在石膏除去單元）可基于在石膏沉淀步驟中所形成的石膏 固體的量而進(jìn)行選擇。如果在石膏沉淀步驟中所形成的石膏固體的量大于在隨后的鈣礬石 沉淀步驟中所形成的鈣礬石固體的10重量％的設(shè)計(jì)化學(xué)計(jì)量數(shù)量，則可進(jìn)行另外的石膏 除去步驟。在典型的應(yīng)用中，在石膏除去步驟之后，第一污泥中不存在或僅存在非常少量的 石骨。
[0015] 本發(fā)明還涉及用于除去廢水中的硫酸鹽、鈣和/或可溶性金屬的裝置，所述裝置 包括：
[0016] a)石膏沉淀單元，其適用于通過將廢水與第一鈣化合物或包含鈣化合物的第一材 料接觸，以制備含有石膏的第一污泥，
[0017] b)鈣礬石沉淀單元，其適用于通過將第一污泥與第二鈣化合物或包含第二鈣化 合物的第二材料和鋁化合物或含鋁化合物的材料接觸，以制備含有鈣礬石和石膏的第二污 泥，
[0018] c)第一分離單元，其適用于通過對(duì)含鈣礬石和石膏的第二污泥進(jìn)行固-液分離， 以從液體中分離固體而制備第一溶液，
[0019] d)中和單元，其適用于通過將第一溶液與碳酸化劑接觸以中和第一溶液，并因此 以碳酸鈣的形式沉淀出第一溶液中所含的鈣，以及
[0020] e)第二分離單元，其適用于通過從第一溶液中分離出沉淀的碳酸鈣而進(jìn)行固液分 離，并因此得到具有降低的硫酸鹽、鈣和/或可溶性金屬含量的水。
[0021] 本發(fā)明的一個(gè)方面為控制用于除去廢水中的硫酸鹽、鈣和/或其他可溶性金屬的 鈣礬石沉淀過程的方法，其包括：
[0022] 將污泥流供給至反應(yīng)罐中，以用于鈣礬石沉淀；
[0023] 將化學(xué)計(jì)量數(shù)量或稍微過量的鋁化合物或包含鋁化合物的材料，以及化學(xué)計(jì)量數(shù) 量的鈣化合物或包含鈣化合物的材料供給至反應(yīng)罐中；
[0024] 在f丐研^石沉淀過程中，測(cè)量反應(yīng)罐內(nèi)溶液的pH ;
[0025] 如果所測(cè)的pH不在預(yù)定的pH水平，則將一個(gè)以上的添加劑量的鈣化合物或包含 鈣化合物的材料供給至反應(yīng)罐中，從而將溶液的pH調(diào)節(jié)至預(yù)定的pH水平。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，預(yù)定的pH水平在約10. 5至約12. 5的范圍內(nèi)，并且鈣化 合物或包含鈣化合物的材料的pH優(yōu)選在約10. 5至約12. 5的范圍內(nèi)。
[0027] 本發(fā)明的另一方面為用于實(shí)施該控制方法的控制系統(tǒng)，包括：
[0028] 進(jìn)料閥或泵，配置其以將鋁化合物或包含鋁化合物的材料供給至反應(yīng)罐中；
[0029] 進(jìn)料閥，配置其以將鈣化合物或包含鈣化合物的材料供給至反應(yīng)罐中；
[0030] pH測(cè)量單元，配置其以測(cè)量反應(yīng)罐中溶液的pH ;以及
[0031] 控制器，配置其以用于控制首次將化學(xué)計(jì)量數(shù)量的鈣化合物或包含鈣化合物的材 料供給至反應(yīng)罐中的進(jìn)料閥，以及如果所測(cè)的pH不在預(yù)定的pH水平，則所述控制器配置成 用于控制隨后將一個(gè)以上的添加劑量的鈣化合物或包含鈣化合物的材料供給至反應(yīng)罐中 的進(jìn)料閥，從而將溶液的pH調(diào)節(jié)至預(yù)定的pH水平。
[0032] 本發(fā)明的又一方面為包含用于進(jìn)行該控制方法的程序代碼的計(jì)算機(jī)程序，此時(shí)， 所述程序在一臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)或處理器上運(yùn)行。
[0033] 本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)為提供其中已經(jīng)除去了硫酸鹽、鈣和其他可溶性金屬的清潔 水。出人意料地，已發(fā)現(xiàn)通過本發(fā)明的方法和裝置，可提供石膏和鈣礬石均可在同一處堆積 的沉淀物，并因此提供非常穩(wěn)定的可被填埋的材料。已發(fā)現(xiàn)鈣礬石和石膏-鈣礬石沉淀物 非常穩(wěn)定且它們的緩沖能力巨大，并且因此沉淀物溶解的風(fēng)險(xiǎn)非常低。這點(diǎn)尤其有利于填 埋。本方法形成的沉淀物還可用作除去金屬（如As和Se)的吸附劑。
[0034] 在工業(yè)上眾所周知，關(guān)于從廢水中除去硫酸鹽以及在從水中除去硫酸鹽的過程中 形成的石膏的填埋或進(jìn)一步處理存在各種問題和缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，在鈣 礬石沉淀之前，將石膏沉淀物從污泥中分離。當(dāng)該方法包括石膏除去步驟時(shí)，在此情況下， 在石膏除去步驟之后第一污泥不包含或僅包含少量的石膏，通?！磍〇〇mg/l。在此情況下，所 形成的鈣礬石沉淀物的相對(duì)量很少，并且因此需要特殊填埋區(qū)域的沉淀物的量很少。
[0035] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，將包含石膏的污泥直接從石膏沉淀步驟輸送到鈣礬 石沉淀步驟而無需進(jìn)行任何固-液分離，即鈣礬石沉淀步驟之前的石膏除去步驟。這具有 如下效果