一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法

本发明属于工业废水处理，具体涉及一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置与方法。

背景技术：

1、硼是一种非金属元素，在行业中应用广泛。例如，硼砂或有机硼是油气田压裂液配制过程中常用的交联剂；核能发电厂通常利用硼来控制铀分裂的速度，进而有效控制发电量；光亮镀镍时，使用硼酸作为缓冲溶液维持一定酸度，可以有效提升电镀层质量；此外，硼还出现在化工工艺、硼化玻璃、垃圾处理等领域的废水中，过量的硼对人体健康和动植物生长发育都有显著的危害。

2、以压裂返排液为例，鉴于压裂返排液成分复杂，将其净化处理后进行回用是降低水体污染的重要方式。然而，压裂返排液中残余硼的存在会严重制约返排液的回用。目前，复配压裂返排液一般要求残余硼含量低于5mg/l，直接外排要求残余硼含量低于0.5mg/l，但压裂返排液中实际硼含量远高于要求值。

3、近年来，为控制废水中硼的含量，国外废水排放标准中相继增加了关于硼的相关指标，我国《污水综合排放标准》(gb 8978-1996)中虽然尚未对硼的排放值做出要求，但北京、上海等地方标准中都有硼的限定排放值，其中北京市《水污染物综合排放指标》(db 11/307-2013)中硼的限定排放值仅为0.5mg/l。由此可见，未来国内对硼的排放要求必将逐步提高，因此迫切需要研发先进高效的工艺技术，为工业废水除硼提供技术基础。

4、目前常见的除硼方法主要包括化学沉淀法、膜分离法、萃取法、树脂法。传统的化学沉淀法除硼通常需要加入大量沉淀剂，且污泥产量大，除硼效率不高。膜分离法除硼处理成本高，存在膜污染问题，现场应用难度大。萃取法除硼易造成二次污染，易损耗，成本较高。树脂法仅适用于处理含硼量较低的废水，且存在饱和容量的限制，成本较高。

技术实现思路

1、考虑到油田等现场应用的实际需要，含硼废水的处理一般应在现场完成，因此研发一种高效、便利、低成本的除硼装置具有重要的应用价值。为了克服上述现有技术的缺点，针对传统沉淀方法去除水中硼效率不高且占地面积大的问题，本发明的目的在于提供一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置与方法，减少药剂投加量和污泥产量，高效去除和回收水中的硼，降低水体污染，同时实现硼资源利用最大化。

2、为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明的第一方面，提供了一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，由竖直的外筒和内筒两部分构成，所述内筒位于外筒中，所述外筒即预氧化反应池，其顶部有第一进水口和第一进药口，所述第一进药口连接氧化剂药箱；所述内筒即核晶造粒反应器，其通过且仅通过底部的第二进水口与外筒连通，所述内筒中填充有特征晶种并通过第二进药口连接沉淀剂药箱；所述预氧化反应池与核晶造粒反应器的顶部之间及侧面之间均有空间，氧化后的出水在水压的作用下从所述第二进水口进入核晶造粒反应器，并从所述内筒顶部的出水口排出。

4、在一个实施例中，所述外筒和内筒通过连接支架固定连接，保证内筒在运行过程中的稳定性，连接支架的数量根据待处理水量确定。

5、在一个实施例中，所述第一进药口还连接碱性物质药箱，所述预氧化池中还设有搅拌装置，用以提高氧化效率。

6、在一个实施例中，所述核晶造粒反应器侧面设置有与水平方向及夹角为60°的晶种添加口，由所述外筒的侧面通入所述内筒的侧面，所述第二进水口设置有压力传感器，根据水质和晶种填充高度设置阈值，衡量晶种状态，当晶种处于饱和状态时，从内筒侧面底部的晶种排出口排出。

7、在一个实施例中，所述排水口设置在核晶造粒反应器侧壁顶部，并通过一个可拆卸的回流管连接第二进水口，通过待处理水的水质和处理要求来选择排水口的连接方式：水质满足要求时，将回流管拆卸，出水直接从排水口排出；水质不满足要求时，将处理后的排出水再次回流至反应器底部进行进一步净化处理。

8、本发明的第二方面，提供了一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，基于本发明的第一方面所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置实现，将待处理的含硼废水通过所述第一进水口送入预氧化反应池，同时通过所述第一进药口向其中加入氧化剂，生成过硼酸根离子；持续加入待处理的含硼废水，使得氧化后的含过硼酸根离子的废水通过所述第二进水口进入核晶造粒反应器，同时通过所述第二进药口向其中加入沉淀剂，与过硼酸根离子反应产生过硼酸钙沉淀，并结晶于特征晶种上，从而将待处理的含硼废水中的硼以结晶体的形式析出，降低水中硼的含量。

9、在一个实施例中，通过所述第一进药口加入氧化剂的同时，还向预氧化反应池加入碱性物质，以调节废水的ph范围在10-11之间。

10、在一个实施例中，所述氧化剂为过氧化氢溶液，根据待处理水的具体水质，添加量为待处理含硼废水体积的5％-10％；所述调节废水ph的碱性物质为氢氧化钠溶液；所述沉淀剂为氯化钙溶液，根据待处理水的具体水质，添加量为500-2500mg/l。

11、在一个实施例中，待反应器内晶种呈完全流化状态时再添加沉淀剂。

12、在一个实施例中，将核晶造粒反应器的出水送入调节桶，调节ph范围至10-11，随后从所述第二进水口再次送入核晶造粒反应器进行反应。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、1、在核晶造粒之前进行预氧化反应，可以改善后续碱土金属药剂对硼的沉淀效果，提高去除效率。

15、2、当需要去除水中的硼时，直接将待处理水从外筒进水口通入，并加入氧化剂和碱性物质，出水即可在水压作用下进入盛放有一定高度特征晶种的内筒，向内筒中加入沉淀剂，就可使待处理水中的硼结晶于特征晶种上，从而将硼以结晶体的形式析出，降低水中硼的含量。

16、3、内筒排水口6与底部进水口10之间连接有可拆卸的回流管，可以通过待处理水的水质和处理要求来选择排水口的连接方式：水质较好或处理要求不高时，可将排水口处的回流管拆卸，出水直接从排水口排出；当水质较差或处理要求较高时，可将处理后的排出水通过回流管再次回流至反应器内进行进一步净化处理，且通过回流级数的增加可显著提升去除效果。

17、4、在从核晶造粒反应器底部进水时，会对其中的特征晶种进行一定的扰动，促进其完全流化，从而提高特征晶种、硼及药剂三者之间混合的均匀性，提高硼的在特征晶种表面结晶的效率，提高硼的去除效率。

技术特征：

1.一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，其特征在于，由竖直的外筒(1)和内筒(2)两部分构成，所述内筒(2)位于外筒(1)中，所述外筒(1)即预氧化反应池，其顶部有第一进水口(3)和第一进药口(4)，所述第一进药口(4)连接氧化剂药箱；所述内筒(2)即核晶造粒反应器，其通过且仅通过底部的第二进水口(10)与外筒(1)连通，所述内筒(2)中填充有特征晶种并通过第二进药口(9)连接沉淀剂药箱；所述预氧化反应池与核晶造粒反应器的顶部之间及侧面之间均有空间，氧化后的出水在水压的作用下从所述第二进水口(10)进入核晶造粒反应器，并从所述内筒(2)顶部的出水口(6)排出。

2.根据权利要求1所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，其特征在于，所述外筒(1)和内筒(2)通过连接支架(7)固定连接，保证内筒在运行过程中的稳定性，连接支架的数量根据待处理水量确定。

3.根据权利要求1所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，其特征在于，所述第一进药口(4)还连接碱性物质药箱，所述预氧化池中还设有搅拌装置(5)，用以提高氧化效率。

4.根据权利要求1所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，其特征在于，所述核晶造粒反应器侧面设置有与水平方向及夹角为60°的晶种添加口(8)，由所述外筒(1)的侧面通入所述内筒(2)的侧面，所述第二进水口(10)设置有压力传感器，根据水质和晶种填充高度设置阈值，衡量晶种状态，当晶种处于饱和状态时，从内筒侧面底部的晶种排出口(11)排出。

5.根据权利要求1所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置，其特征在于，所述排水口(6)设置在核晶造粒反应器侧壁顶部，并通过一个可拆卸的回流管连接第二进水口(10)，通过待处理水的水质和处理要求来选择排水口的连接方式：水质满足要求时，将回流管拆卸，出水直接从排水口排出；水质不满足要求时，将处理后的排出水再次回流至反应器底部进行进一步净化处理。

6.一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，基于权利要求1至5任一项所述的去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒耦合一体化装置实现，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，其特征在于，通过所述第一进药口(4)加入氧化剂的同时，还向预氧化反应池加入碱性物质，以调节废水的ph范围在10-11之间。

8.根据权利要求6或7所述一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，其特征在于，所述氧化剂为过氧化氢溶液，根据待处理水的具体水质，添加量为待处理含硼废水体积的5％-10％；所述调节废水ph的碱性物质为氢氧化钠溶液；所述沉淀剂为氯化钙溶液，根据待处理水的具体水质，添加量为500-2500mg/l。

9.根据权利要求6或7所述一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，其特征在于，待反应器内晶种呈完全流化状态时再添加沉淀剂。

10.根据权利要求6或7所述一种去除和回收水中硼的化学氧化-核晶造粒方法，其特征在于，将核晶造粒反应器的出水送入调节桶，调节ph范围至10-11，随后从所述第二进水口(10)再次送入核晶造粒反应器进行反应。

技术总结一种去除和回收水中硼的化学氧化‑核晶造粒耦合一体化装置，分为内筒和外筒，外筒即预氧化反应池，内筒即核晶造粒反应器。待处理水从外筒顶部进入，同时加入氧化剂和碱性物质进行预氧化，外筒底部出水在水压的作用下进入内桶核晶造粒反应器，通过加入沉淀剂，改善硼在晶种表面的凝聚性，诱导硼快速结晶成核并致密化，降低水中硼的含量。本发明能实现水中硼的高效去除，相比于传统的混凝沉淀方法，既减少了药剂投加量，又减少了污泥产量，提高处理效率，同时将硼以结晶体的形式析出，便于后续对硼进行回收利用，在改善出水水质的同时也避免了硼资源的浪费，实现了资源利用最大化。技术研发人员：金鑫,杨雨涵,金鹏康,商亚博受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/9/29