一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法，其基本流程为建立了连续化学沉淀+活性氧化铝吸附的组合除氟工艺模型，并建立不同工况下的成本计算方法，通过Matlab进行程序编写，可以用来进行不同钙氟比、停留时间、流行时间、空速组合下的年处理费用。连续化学沉淀+活性氧化铝吸附组合工艺除氟效果好，可以将高氟废水进行深度处理，采用建立模型来模拟工艺工况的方法可以彻底解决设计工艺时需要通过实验来考察组合工况的成本问题。本发明专利技术形成了一种含氟废水深度处理工艺的模拟方法，具有操作简单、成本低、效果好等优点，对工艺设计有很大的参考价值。有很大的参考价值。有很大的参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法


[0001]本专利技术涉及废水处理
，尤其涉及一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法。

技术介绍

[0002]对于含氟废水来说，因为其水量较大且分布较广，而且浓度较高，在不同地区的水体中含量不同，导致了处理起来比较复杂，同时关于含氟废水的排放问题，各行各业的标准也不同排放的含氟废水各行各业标准也不同，我国对含氟废水要求经处理后的一级排放标准为不超过10mg/L。因此为了保证人类的健康与对环境的保护，含氟废水的深度处理研究是一项十分重要的任务。
[0003]目前对于含氟废水较为成熟的方法有化学沉淀法和活性氧化铝吸附法。其中沉淀法适用于高浓度含氟废水处理，经处理后水中氟离子浓度大约在20mg/L左右；吸附法适合低浓度含氟废水处理，经处理后水中氟离子浓度大约在10mg/L以下。若想将高浓度含氟废水处理至更低浓度，需要将化学沉淀法与活性氧化铝吸附法结合起来。
[0004]但是当化学沉淀法与活性氧化铝吸附法的组合时，工况不同会导致最终的处理效果和成本也不同，钙氟比、停留时间、流行时间、空速均会对最终的除氟效果产生影响。现有工艺均通过实验方法进行工况的选择，耗费的时间、人力、财力都很大，对想要设计高浓度含氟废水的深度处理工艺的工程师来说十分头疼。因此，从过程机理出发，利用计算机对不同工况下的除氟过程进行模拟，得到不同工况下的除氟结果，并通过计算年处理费用对工况进行优化，得到最佳的工况组合就显得尤为必要。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法。实现对钙氟比、停留时间、流行时间、空速的不同组合下除氟过程模拟。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法，包括以下步骤：
[0008](1)根据反应动力学，建立反应池除氟过程模型；
[0009](2)根据一维通量理论，建立沉淀池固液分离模型；
[0010](3)根据吸附过程机理，建立固定床吸附除氟模型；
[0011](4)依据不同工况建立固定费用、运行费用计算方法；
[0012](5)将步骤(1)(2)(3)进行组合，并利用步骤(4)进行年处理费用计算
[0013]所述步骤(1)中，反应池为封闭体系内的物料充分混合，物料进入反应池反应后排出，出口物料与体积内物料相同。
[0014][0015][0016][0017]其中：
[0018]k3—反应速率常数，(L2·
mol
‑2·
s
‑1)
[0019]V—反应体积，(L)
[0020]T—停留时间，(s)
[0021]r
A
—A组分的反应速率，(mol/L
·
s)
[0022]C
A
—出口物料中A组分的物质量浓度，(mol/L)
[0023]C
B
—出口物料中B组分的物质量浓度，(mol/L)
[0024]C
A0
—A组分进口的物质量浓度，(mol/L)
[0025]Q
Ain
—A组分进口的体积流量，(L/s)
[0026]Q
out
—出口物料的体积流量，其值等于进料总体积流量(L/s)
[0027]然后进行步骤(2)，建立带有除氟反应的沉淀池模型。将沉淀池分为10层，地6层进水，顶层出澄清液，底层出泥。
[0028]出水层：
[0029]沉降层：
[0030]进水层：
[0031]浓缩层：
[0032]出泥层：
[0033]其中：
[0034]X—出水体积流量，(mg/L)
[0035]Q
e
—出水体积流量，(m3/h)
[0036]Q
out
—代表出泥流量，(m3/h)
[0037]V
s，k
—为污泥固体颗粒的重力沉降速率，(m/s)
[0038]M
(CaF2)
—氟化钙的相对分子质量，值为78.075
[0039]而后进行步骤(3)建立吸附模型，对于液相中的氟离子浓度和吸附剂中的氟离子浓度如下：
[0040][0041][0042]其中：
[0043]ε——床层空隙率
[0044]Δz——衡算单元吸附柱高度，(m)
[0045]ρ——吸附剂堆密度，(g/L)
[0046]q——W组分在吸附剂中的浓度，(mg/g)
[0047]c——W组分在流体中的浓度，(mg/L)
[0048]K
S2
——准二级传质系数，(g
·
mg
‑1·
h
‑1)
[0049]q
m
——最大吸附量，(mg/g)
[0050]然后进行步骤(4)，进行固定费用和运行费用的计算
[0051]固定费用包括设备费和折旧费，运行费用包括药剂费、动力费和人工费。设备费用即设备本身的成本费用，折旧费用指的是设备使用后产生损耗的费用。具体计算方法如下：
[0052][0053][0054]其中：
[0055]n—设备特性指数，值为0.6
[0056]C1—拟建设备的费用
[0057]C2—已知设备的费用
[0058]S1—拟建设备的容量或能力
[0059]S2—已知设备的容量或能力
[0060]X—折旧率，取值为5％
[0061]Y—折旧年限，取值为10
[0062]药剂费用指在运行过程中使用药剂的成本费用，动力费用指在运行当中所消耗的电力费，人工费用指在运动当中需要的工人总工资，计算方法如下：
[0063]C
药剂
＝C
单价
×
W
[0064]C
动力
＝C
电价
×
Q
[0065]c
人工
＝24
×
m
×
C
月工资
[0066]其中：
[0067]w—药剂的使用量
[0068]Q—耗电量，采用小汤山地下水除氟示范工程标准，值为0.1kW
·
h/m3[0069]m—需要维护工人数量，值为1
[0070]C
单价
—使用药剂的市场售价
[0071]C
电价
—电价，采用北京地区标准，0.75元/kW
·
h
[0072]C
月工资
—采用北京地区标准，7000元/月
[0073]接着进行步骤(5)，选取初始氟离子浓度为750mg/L，加药量为进水量的1％，处理量为1000m3/d，计算不同工况的年处理费用。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含氟废水深度处理的工艺模拟方法，其特征在于：通过建立模型对不同工况进行了组合模拟，包括以下步骤：(1)建立反应池除氟模型，利用CSTR反应器为基础理论，建立守恒方程；(2)建立沉淀池除氟模型，利用一维通量理论为基础，建立一维沉淀澄清浓缩方程；(3)建立吸附柱除氟模型，利用固定床吸附理论，建立一维吸附除氟微分方程组；(4)组合反应池+沉淀池+吸附柱模型，并模拟不同工...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓明，丁文明，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：