一种利用CO2矿化法从含钙废液中生产CaCO3空心微球的装置和方法

本发明属于工业废液综合利用，具体涉及一种利用co2矿化法从含钙废液中生产caco3空心微球的装置和方法。

背景技术：

1、全球的工业废液排放量巨大，如果不加以管控和治理，其中的有害化学物质一旦泄漏到水域，不仅会降低水质，造成严重的水体污染，还会通过水循环扩大污染范围，甚至殃及土壤环境，最终危及人类的生命健康。虽然ca2+等阳离子并不具有高毒性，但其在污水中的高含量与so42-、oh-等阴离子结合，产生的盐沉淀容易堵塞管道，难以清洗。在微生物反应器中，高浓度的ca2+会破坏好氧池中活性污泥的菌胶团结构，降低微生物活性，还会导致厌氧颗粒污泥解体，严重时会造成厌氧反应器崩溃。长期饮用含ca2+的高硬度生活用水可能会使人体存在心血、神经系统疾病、泌尿系统疾病、造血系统疾病等严重风险。矿山开采、建筑行业、化工制造、冶金行业、石油化工与部分轻工业均会产生大量高浓度的含钙工业废水。然而，目前工业上处理含钙工业废水的方法主要有采用沉淀法、离子交换法和逆渗透法等，为控制含钙废水的处理成本，含钙工业废水的高值化转化与资源化利用迫在眉睫。

2、部分含钙的工业废液可以通过吸收co2产生caco3沉淀，例如海水工业废液通过吸收co2提取ca2+。有的工业固废在后期处理过程中要经历加水沥滤的步骤，产生的碱性废液可以吸收co2。例如，沥滤过程为实现ca等金属元素的溶出，往往需要添加一些溶出液。皮革在生产过程中要浸泡石灰乳来优化皮革质感，由此产生大量碱性的废液，venkatakrishnan等研究了用皮革厂产生的浸灰泥浆废水来固定co2。专利(cn111196648a)提出了一种成本较低的含钙废水中处理办法，利用co2中和脱钙，再纳滤分离出液相，最后利用沉淀法脱钙。但是，由于含钙产品的附加值不高，上述方法处理含钙废液的技术经济性限制尚未被打破，因此，如果能够制备出高值化的含钙产品，就能够显著提升过程的技术经济性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用co2矿化法从含钙废液中生产caco3空心微球的装置和方法，突破含钙工业废水处理的技术经济性瓶颈。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种利用co2矿化法从含钙废液中生产caco3空心微球的装置，包括曝气池，所述曝气池的内部底端设有曝气装置，曝气池的一侧底部设有进气口，进气口与曝气装置连接，曝气池的另一侧由上到下依次设有进液口一和进液口二，曝气池的顶端设有尾气排出口，底端设有出液口，曝气池的底部设有沉降池，曝气池的出液口通过管道与沉降池的进液口连接，沉降池的底部设有喷淋和脱水干燥装置，喷淋和脱水干燥装置的一侧底部设有进浆口，喷淋和脱水干燥装置的顶端设有进水口，底端设有出样口，进水口设有喷淋装置，沉降池的出液口通过管道与喷淋和脱水干燥装置的进浆口连接。

4、进一步地，所述尾气排出口通过管道与进气口连接，管道上设有阀门。

5、进一步地，所述进液口一、进液口二处分别连接有管道，管道上设有阀门。

6、进一步地，所述沉降池的出液口通过管道一与进液口一的管道连接，管道一上设有阀门。

7、进一步地，所述曝气池与沉降池连接的管道上设有阀门。

8、进一步地，所述喷淋和脱水干燥装置的进浆口、进水口和出样口处分别连接有管道，管道上设有阀门。

9、一种利用co2矿化法从含钙废液中生产caco3空心微球的方法，包括如下步骤：

10、a) 先将ph值在4~14的含钙废液通入曝气池中，将浓度为20~100 vol.%的co2通过曝气装置通入到含钙废液中进行碳酸化反应；

11、b) 若含钙废液的ph值在4~9，需要在反应开始前，从进液口二向含钙废液中通入工业废氨，直至含钙废液的初始ph值为9.1~14；若含钙废液的ph值为10~14，则不需要在碳酸化反应之前通入工业废氨；

12、c) 含钙废液碳酸化反应20~60分钟之后，打开曝气池与沉降池之间的阀门，使碳酸化反应得到的产物流入沉降池中，直至大部分白色浆体流入沉降池中；

13、d) 沉降池中的产物经过20min~5h的沉降后，打开沉降池与喷淋和脱水干燥装置之间的阀门，直至粘稠浆体全都转移至喷淋和脱水干燥装置中；

14、e) 沉降池中分离出的液体回用至曝气池中；

15、f) 喷淋和脱水干燥装置中的粘稠浆体首先经历离心脱水干燥，转速为1000-20000转/分钟，分离得到的粗产品中再加入超纯水洗涤，然后再经历离心脱水干燥转速为1000-20000转/分钟，重复3次，最终得到caco3空心微球产品；

16、g) 从曝气池的进液口一中补充含钙废液，直至与a)中含钙废液体积相当；

17、h) 若反应液的ph在4~9，从曝气池的进液口二向含钙废液中通入工业废氨，直至含钙废液的ph又增加至9.1~14；若含钙废液的ph值在10~14，则不需要在碳酸化反应之前通入工业废氨；

18、i) 将浓度为20~100 vol.%的co2通过曝气装置通入到曝气池中的含钙废液中进行碳酸化反应；

19、j) 重复c)-i)。

20、进一步地，所述曝气池中的co2的流量为0.5-5 l/(min·l含钙废液)。

21、进一步地，步骤b)中，在反应开始前，曝气池中的氨浓度为0.057~1.430 mol/l。

22、进一步地，所述含钙废液包括蒸氨废液、电石渣浸出液、脱硫石膏浸出液中的任意一种。

23、进一步地，所述工业废氨的成分为含碱的工业废液，所述碱包括naoh、石灰乳中的任意一种。

24、进一步地，步骤f)的洗涤过程，加入的超纯水与粗产品的体积比为1:3~3:1。

25、步骤c)中大部分白色浆体流入沉降池，即曝气池中残留少量白色固体也可，在碳酸化反应之后，可以静置10~60分钟，使白色产物充分沉淀。

26、步骤c)中白色浆体在转移过程中在管道内会有所残留，可以用曝气池中少量反应后的反应液进行冲洗，将浆体冲入沉降池中。

27、步骤d)中粘稠浆体在转移过程中在管道内会有所残留，可以用沉降池中少量上清液进行冲洗，将浆体冲入喷淋和脱水干燥装置中，由于沉降时间需要20分钟~5小时，因此可以将3~5次碳酸化反应后的产物一起沉降，并一起进行转移。

28、本发明的有益效果如下：

29、本发明开发了一种利用co2矿化法从含钙废液中生产caco3空心微球的方法，以工业废弃物为原料，在不造成过高能耗和物耗的前提下，从含钙废液中得到高值产品，有望突破含钙废液处理过程中技术经济性限制。

30、本发明装置结构简单，易于操作。

31、首次尝试通过co2矿化法从含钙废液中蒸氨废液吸收co2合成出了空心结构的方解石微球，这一特殊结构大大增加了产品的质量和收益。

32、综上，本发明结构和流程简单、能够产出高附加值的caco3空心微球产品，并且节能优势明显、实用性强。