一种高效去除水中硫酸根的方法与流程

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种高效去除水中硫酸根的方法。

背景技术：

地下水和水中往往含有较高含量的硫酸盐，水中的硫酸盐易与钙离子形成胶体状硫酸钙，是水结垢的主要成分之一，影响其工业应用；长期饮用含有高浓度硫酸盐的水会引起腹泻、肠道功能紊乱等健康问题；而灌溉中使用高硫酸盐的水会造成土地的盐碱化。因此，我国的《地表水水质标准》中地表水三类的硫酸盐要求为低于250mg/l，在符合该要求的前提下，硫酸盐的存在一般不会造成问题。

降低水中的硫酸盐浓度，常见的方法有氯化钡法、钙法、碳酸钡法、膜法、吸附、生物法等。生物法常用于污水处理，主要是利用硫酸盐还原菌将硫酸根还原到单质硫或者硫离子，之后再分离单质硫或者硫离子。该方法具有成本低、能够同时去除有机物、效率高的优点，适合于污水中含有有机物、且污水具有适当温度的场合。

膜法是利用纳滤或者反渗透膜的离子筛选能力，将硫酸根留在浓水当中，从而实现硫酸根的去处。该方法效率高、稳定性好，但是该方法投资较高，浓水的处理成本很高，限制了该方法的应用。

吸附法主要是利用吸附的选择吸附能力达到去除硫酸根离子的目的，但总体吸附容量不高，对于较高浓度的硫酸盐废水，其运行成本过高。

氯化钡法具有很高的效率，能够实现硫酸根的几乎全部去除，但是引入了氯离子，造成了新的污染。

钙法指的是加入消石灰或生石灰，该法去除硫酸根不彻底，处理后往往有大量硫酸钙残留，去除硫酸根不彻底。

碳酸钡法因为碳酸钡的溶解度很低，反应效率不高，要求较高的温度和较长的停留时间，实际应用效果欠佳，需要予以改进。

技术实现要素：

本发明提供一种高效去除水中硫酸根的方法，以解决现有技术的碳酸钡法因为碳酸钡的溶解度很低，反应效率不高，要求较高的温度和较长的停留时间，实际应用效果欠佳的技术问题。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高效去除水中硫酸根的方法，包括以下步骤：

(1)往含硫酸根的水中加入碳酸钡，接着进行搅拌；

(2)搅拌的同时往水中通入二氧化碳气体使混合液的ph值值降低到6.5以下；

(3)停止搅拌，停止通入二氧化碳气体，通入空气进行吹脱，使ph值提高到7以上；

(4)混合液进行静置沉淀，上清液中的硫酸根离子得到高效去除。

进一步地，步骤(1)中加入的碳酸钡与水中的硫酸根的摩尔比为1到1.5。

进一步地，所述碳酸钡包括碳酸钡干粉或碳酸钡与水混匀后形成的悬浮液。

进一步地，步骤(2)中搅拌与二氧化碳气体的通入可在密闭容器中完成。

进一步地，碳酸钡与水混匀形成悬浮液的过程中通入二氧化碳气体，以提高浆液中的钡离子浓度。

进一步地，通入二氧化碳气体的过程控制反应温度在22℃以下。

进一步地，碳酸钡与水混匀形成的悬浮液的过程可在0.01-0.6mpa的正压下完成。

进一步地，步骤(2)中二氧化碳气体通过微孔曝气器在水中形成微小的气泡。

进一步地，沉淀过程前加入阴离子型聚丙烯酰胺，加速步骤(3)的沉淀过程。

进一步地，步骤(3)的吹脱过程可以采用加入石灰代替。

本发明具有下述效果：

本发明提供一种为饮用水或者回用水中去除硫酸根的方法，在去除硫酸根的同时不引入其他的污染物，硫酸根的去除率可达到99％以上，同时具有成本上的优势，可大力推广应用。

【附图说明】

图1是本发明高效去除水中硫酸根的方法流程示意图。

【具体实施方式】

为便于更好地理解本发明，通过以下实例加以说明，这些实例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。

在实施例中，所述的高效去除水中硫酸根的方法，包括以下步骤：

(1)往含有硫酸盐的水中加入碳酸钡干粉或碳酸钡与水混匀后形成的悬浮液，加入的碳酸钡与水中的硫酸根的摩尔比为1到1.5，接着搅拌；

(2)搅拌的同时往水中通入二氧化碳气体使混合液的ph值值降低到6.5以下，通入二氧化碳气体的目的是降低ph值使碳酸钡中的钡离子溶出到水中，该过程控制反应温度在22℃以下，所述二氧化碳气体通过微孔曝气器在水中形成微小的气泡；

(3)停止搅拌，停止通入二氧化碳气体，接着通入空气进行吹脱，该吹脱可以采用加入石灰代替，使ph值提高到7.6以上，停止通入空气前加入阴离子型聚丙烯酰胺(pam)，加速沉淀过程；

(4)混合液进行固液分离，上清液中的硫酸根离子即可实现高效去除。

下面通过更具体实施例对本发明进行说明。

实施例1

一种高效去除水中硫酸根的方法，包括以下步骤：

(1)在烧杯中含有浓度为1500mg/l硫酸根离子的废水1l，接着向烧杯中加入4.6g碳酸钡粉末(1.5倍理论加药量)，接着搅拌；

(2)维持烧杯内的搅拌，搅拌的同时往水中通入二氧化碳气体，控制反应体系ph值为6.4-6.5，通入二氧化碳气体的目的是促进碳酸钡中的钡离子溶出，该过程控制反应温度为22℃，所述二氧化碳气体通过微孔曝气器在水中形成微小的气泡；

(3)反应4小时后停止搅拌，停止通入二氧化碳气体，加入石灰，使ph值提高到7.8，向反应液中加入阴离子型聚丙烯酰胺(pam)，加速沉淀过程；

(4)混合液进行固液分离，得到沉淀和上清液，所得沉淀采用0.45um膜过滤，所得滤饼硫酸钡含量超过98％；所得过滤液含硫酸根离子浓度为4.5mg/l，该方法硫酸根的去除率可达到99.7％。

实施例2

一种高效去除水中硫酸根的方法，包括以下步骤：

(1)烧杯中含有浓度为1500mg/l硫酸根离子的废水0.5l，接着向烧杯中加入4.6g碳酸钡粉，接着搅拌；

(2)把搅拌的混合液通入反应池中，搅拌的同时往水中通入二氧化碳气体，控制反应体系ph值为6.4-6.5，该过程控制反应温度为22℃，该过程是在密闭容器中完成，且维持0.4mpa的正压进行的，所述二氧化碳气体通过微孔曝气器在水中形成微小的气泡；

(3)反应30分钟后停止搅拌，停止通入二氧化碳气体，把反应液通入到絮凝池中，加入0.5l硫酸根离子浓度为1500mg/l的废水混合搅拌30分钟，接着通入空气进行吹脱，使ph值提高到7.6，再接着加入阴离子型聚丙烯酰胺(pam。；

(4)混合液进行固液分离，得到沉淀和上清液，上清液经检测，含硫酸根离子浓度为12.2mg/l，该方法硫酸根的去除率可达到99.19％，所得沉淀，在还原氛围下灼烧，得到硫化钡。

(5)硫化钡水洗后得到硫化钡溶液，通入二氧化碳气体，溶液底部形成白色沉淀，沉淀脱水后可得到碳酸钡，碳酸钡纯度可达95％以上。

实施例3

如图1所示：一种高效去除水中硫酸根的方法，包括以下步骤：

(1)使用管道混合器将10％含量的碳酸钡悬浮液与硫酸盐含量为1500mg/l的废水混合，废水流量为5m³/h，碳酸钡悬浮液的流量为230l/h(1.5倍理论加药量)，之后进入反应池；

(2)反应池设有搅拌设备和二氧化碳微孔曝气设备，采用工业二氧化碳作为气源，反应池停留时间为6h；废水进入反应池后维持反应池搅拌机持续运作，且维持二氧化碳气体的曝气，调节二氧化碳的曝气强度使反应池尾端ph值控制在6.5以下；

(3)进入ph值回调池，ph值回调池停留时间1小时，加入石灰乳调节ph值为7.6-8，之后加入浓度为千分之二的pam溶液；

(4)进入平流式沉淀池，沉淀后的上清液硫酸盐浓度低于15.4mg/l。

本发明的技术原理：

直接向水中投入碳酸钡，由于碳酸钡的溶解度很低，水中的硫酸根与碳酸钡的反应速度很慢，实验发现按照1.5的摩尔比加入碳酸钡，常温下浸泡三天后，水中的硫酸根去除率仍然低于60％。

硫酸钡投入水中后，再往水中持续的通入二氧化碳气体，并维持搅拌，可使得一部分固体的碳酸钡转化为溶解状态碳酸氢钡，碳酸氢钡在水中以钡离子和碳酸氢根离子的形式存在，而钡离子可与硫酸根离子结合，形成溶解度极低的硫酸钡，从而以沉淀的形式将硫酸根离子去除。当水中硫酸根离子浓度为1500mg/l，向1l水中加入的碳酸钡干粉末的量为4.6g时，维持曝气与搅拌，停止搅拌后采用空气吹脱或加入石灰使ph值提高，之后进行澄清处理，上清液硫酸根的去除率可达到99％以上，可见本发明可高效去除水中硫酸根。

本发明的应用：

硫酸钡制取碳酸钡已经是工业上成熟的技术，制取每吨碳酸钡需要无烟煤200-250kg，二氧化碳300kg，电30kw，除去硫酸钡的原料费，综合成本可控制在300元/吨以下。本技术实际应用时，可在现场建立碳酸钡工厂，直接将硫酸钡转化为碳酸钡，其运行成本就可以控制在300元/吨以下。

当水中硫酸根离子浓度1500mg/l时，按照1.3倍的理论加入量加入碳酸钡，则每吨水的药剂加药量为4kg，药剂费约为1.2元，水处理部分消耗的二氧化碳约为3kg，成本约为0.6元，其余部分成本不超过0.2元，则每吨水运行成本约为1.9元。而现有技术采用反渗透技术处理同体积同浓度的含硫酸根离子废水时，不计折旧的每吨水运行成本约为5.6元，高于本发明成本1.95倍，可见采用本发明的处理方法可以大大降低成本。

此外，本工艺可实现钡盐资源的循环利用，除硫酸盐的过程中只有少量的废渣产生，此外，硫酸盐全部转化为具有较高利用价值的硫化钠或者硫脲，是一种更加环保的水处理技术。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。