申請日2013.11.28
公開(公告)日2014.03.26
IPC分類號C01B25/45
摘要
本發(fā)明公開了廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法。本發(fā)明裝置：結(jié)晶調(diào)控器通過排泥管與過濾器連接，過濾器通過泵液管與飽和液緩沖槽連接，飽和液緩沖槽分別與動態(tài)監(jiān)控槽連接和結(jié)晶調(diào)控器連接，動態(tài)監(jiān)控槽與結(jié)晶調(diào)控器連接。本發(fā)明方法：調(diào)控動態(tài)監(jiān)控槽中廢水磷素濃度、鎂鹽濃度和pH值，動態(tài)監(jiān)測并調(diào)控鳥糞石誘晶液過飽和狀態(tài)處于亞穩(wěn)態(tài)，與飽和液緩沖槽加入的晶種在結(jié)晶調(diào)控器中流化態(tài)反應(yīng)，晶泥經(jīng)過濾器分離，晶渣外排，飽和液排入飽和液緩沖槽分層后，澄清飽和液排入動態(tài)監(jiān)控槽，沉淀細晶排入結(jié)晶調(diào)控器。本發(fā)明廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，可提高鳥糞石晶析效能，廢水磷素晶析效率大于99%。
權(quán)利要求書
1.一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，其特征在于：
所述反應(yīng)裝置包括結(jié)晶調(diào)控器、過濾器、飽和液緩沖槽和動態(tài)監(jiān)控槽;
由上至下，所述結(jié)晶調(diào)控器包括相連通的養(yǎng)晶罐和集晶罐，所述養(yǎng)晶罐的頂端開 口處連接一溢流堰;
所述動態(tài)監(jiān)控槽包括誘晶液槽、激光發(fā)射器、激光接收器和溫控器，所述激光發(fā) 射器和所述激光接收器分別設(shè)置于所述誘晶液槽相對的兩側(cè)，所述溫控器設(shè)置于所述 誘晶液槽的底部;所述誘晶液槽上設(shè)有進水管、鎂劑進料管和pH值調(diào)液管;
所述集晶罐的排泥管與所述過濾器相連通;所述過濾器的液體出口與所述飽和液 緩沖槽相連通;所述飽和液緩沖槽的固體出口與所述養(yǎng)晶罐相連通，所述飽和液緩沖 槽的液體出口與所述誘晶液槽相連通;
所述誘晶液槽的液體出口與所述養(yǎng)晶罐相連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，其特征在于：所述過濾 器為布袋過濾器;
所述布袋過濾器的高徑比為0.5～1：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，其特征在于：所述 溢流堰具有內(nèi)外雙層的正三角形結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，其特征在于： 所述養(yǎng)晶罐的高徑比為2～4：1;
所述集晶罐的高徑比為1～2：1;
所述飽和液緩沖槽的高徑比為2～4：1;
所述誘晶液槽的高徑比為1～2：1。
5.一種廢水磷素增效晶析的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，包括如下步驟：
(1)將廢水和鎂鹽溶液加入至權(quán)利要求1-4中任一項所述循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng) 裝置中的誘晶液槽中，并通過pH值調(diào)節(jié)液控制其pH值為8.0～10.0;然后與從所述飽 和液緩沖槽中泵入的澄清鳥糞石飽和液混合得到鳥糞石誘晶液，并通過所述激光發(fā)射 器和所述激光接收器監(jiān)測所述鳥糞石誘晶液為過飽和狀態(tài)時，將所述鳥糞石誘晶液泵 入至所述養(yǎng)晶罐的底部;
(2)所述飽和液緩沖槽中下層沉淀得到的鳥糞石細晶泵入所述養(yǎng)晶罐的底部， 與步驟(1)中泵入的所述鳥糞石誘晶液進行上升流式流化態(tài)反應(yīng);經(jīng)所述流化態(tài)反應(yīng) 后得到上清液和鳥糞石晶泥，所述上清液經(jīng)所述溢流堰排出，所述鳥糞石晶泥沉淀于 所述集晶罐后排入所述過濾器中;
(3)所述鳥糞石晶泥經(jīng)所述過濾器過濾后得到鳥糞石飽和液和鳥糞石晶渣;所 述鳥糞石飽和液泵入至所述飽和液緩沖槽中;
(4)所述鳥糞石飽和液在所述飽和液緩沖槽中經(jīng)靜置分層，上層得到所述澄清 鳥糞石飽和液，下層得到所述鳥糞石細晶;
所述澄清鳥糞石飽和液泵入所述誘晶液槽中，所述鳥糞石細晶泵入所述養(yǎng)晶罐 中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，其特征在于：步驟(1)中，所 述廢水中磷酸鹽的含量為200～500mg/L;
所述鎂鹽溶液中鎂離子與所述磷酸鹽中磷酸根的摩爾比為1～2：1;
所述鎂鹽為氯化鎂或硫酸鎂;
所述pH值調(diào)節(jié)液為氫氧化鈉或鹽酸溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，其特征在于：步驟(1)中， 所述激光發(fā)射器以波長為632.8nm、輸出功率為1～5mW的激光信號透射所述誘晶液 槽，并用所述激光接收器接收激光信號;
加熱所述誘晶液槽中的鳥糞石誘晶液，所述激光接收器接收到的激光信號逐漸增 強至信號穩(wěn)定時，冷卻所述誘晶液槽中的鳥糞石誘晶液，當(dāng)所述激光接收器接收到的 激光信號開始降低時，即得到過飽和狀態(tài)的鳥糞石誘晶液。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項所述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，其特征在于：步驟(2) 中，
泵入的所述鳥糞石細晶與泵入的所述鳥糞石誘晶液的體積比為1：10～50;
所述流化態(tài)反應(yīng)的時間為1～3h，溫度為10～60℃;
所述鳥糞石誘晶液與所述鳥糞石細晶的混合液的上升流速為0.1～1m/min;
所述集晶罐采用間歇式方式排出所述鳥糞石晶泥。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項所述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，其特征在于：步驟(3) 中，所述過濾器過濾時的壓力為0.1～0.3Mpa，且采用間歇式方式進行過濾。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-9中任一項所述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，其特征在于：步驟 (4)中，所述鳥糞石飽和液在所述飽和液緩沖槽中靜置的時間為1～3h。
說明書
一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其動態(tài)監(jiān)測 與調(diào)控方法，屬于農(nóng)業(yè)資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
近年，隨著全球經(jīng)濟社會的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染與資源緊張的矛盾日益嚴(yán)重，大 量含磷廢水的過量排放，不僅造成水體富營養(yǎng)化情況日益加劇，而且造成磷素資源的 巨大浪費。從廢水中回收磷素資源，對于解決全球范圍日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題和人 類可持續(xù)發(fā)展問題，具有非常重要的意義。因此，廢水磷素回收技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用， 成為目前資源環(huán)境領(lǐng)域的重要內(nèi)容。
磷素晶析技術(shù)通過投加成晶劑鎂鹽，與廢水中磷素結(jié)晶，生成鳥糞石晶體而被回 收，回收產(chǎn)品鳥糞石是良好的肥料資源，相比于過磷酸鈣等常規(guī)磷肥，具有重金屬含 量低、釋放周期長、植物吸收效率高，無環(huán)境二次污染等優(yōu)點。因此，磷素晶析技術(shù) 已成為廢水磷素高效回收的國內(nèi)外研究熱點方向。
國內(nèi)外學(xué)者在磷素晶析的最佳結(jié)晶條件、反應(yīng)器構(gòu)造、數(shù)學(xué)建模等方面開展了深 入的研究工作。但是，由于廢水存在大量可溶性有機質(zhì)和無機雜質(zhì)，使鳥糞石以異相 結(jié)晶的方式析出，導(dǎo)致大量鳥糞石細晶形成而隨出水流失，影響磷素回收效率，是目 前該技術(shù)能否推廣應(yīng)用的焦點問題。
針對此問題，國內(nèi)外學(xué)者通過添加石英砂、不銹鋼等晶種的方法，增加了鳥糞石 結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)寬度，使鳥糞石結(jié)晶過飽和狀態(tài)易處于介穩(wěn)區(qū)之間，促進鳥糞石結(jié)晶造 粒，可有效防止細晶流失，提高廢水磷素回收效率。但是，石英砂、不銹鋼等晶種的 添加會降低鳥糞石晶體純度，影響其農(nóng)用價值。因此，國內(nèi)外學(xué)者進一步采用鳥糞石 晶粒作晶種，可避免其它材質(zhì)作晶種影響磷素產(chǎn)品鳥糞石純度的缺點。專利 CN202297252U公開了一種低能耗一體化氮磷回收裝置，內(nèi)置鳥糞石晶種顆粒，提高 了磷素回收率。
但是，由于廢水水質(zhì)水量、鎂鹽加藥方式、pH值調(diào)控方式等諸多因素會造成鳥 糞石結(jié)晶過飽和狀態(tài)發(fā)生動態(tài)變化，現(xiàn)有投加鳥糞石晶粒作晶種的技術(shù)無法動態(tài)調(diào)控 結(jié)晶介穩(wěn)區(qū)位置和寬度，難以高效結(jié)晶造粒，影響磷素晶析效能。因此，開發(fā)設(shè)計一 種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，進行動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控，高效能鳥 糞石結(jié)晶造粒，實現(xiàn)磷素的增效晶析，成為研究與實踐的重點內(nèi)容，目前未見文獻報 道和專利公開。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其 動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，有效克服鳥糞石晶析易受廢水水質(zhì)水量、鎂鹽加藥方式、pH值 調(diào)控方式等因素影響，難以監(jiān)測鳥糞石結(jié)晶過飽和狀態(tài)，無法有效調(diào)控鳥糞石結(jié)晶造 粒過程，晶析效能有限等問題。
本發(fā)明所提供的一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，它包括結(jié) 晶調(diào)控器、過濾器、飽和液緩沖槽和動態(tài)監(jiān)控槽;
由上至下，所述結(jié)晶調(diào)控器包括相連通的養(yǎng)晶罐和集晶罐，所述養(yǎng)晶罐的頂端開 口處連接一溢流堰;
所述動態(tài)監(jiān)控槽包括誘晶液槽、激光發(fā)射器、激光接收器和溫控器，所述激光發(fā) 射器和所述激光接收器分別設(shè)置于所述誘晶液槽相對的兩側(cè)，所述溫控器設(shè)置于所述 誘晶液槽的底部;所述誘晶液槽上設(shè)有進水管、鎂劑進料管和pH值調(diào)液管;
所述集晶罐的排泥管與所述過濾器相連通;所述過濾器的液體出口與所述飽和液 緩沖槽相連通;所述飽和液緩沖槽的固體出口與所述養(yǎng)晶罐相連通，所述飽和液緩沖 槽的液體出口與所述誘晶液槽相連通;
所述誘晶液槽的液體出口與所述養(yǎng)晶罐相連通。
上述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置中，所述過濾器為布袋過濾器;
所述布袋過濾器的高徑比可為0.5～1：1。
上述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置中，所述溢流堰具有內(nèi)外雙層的正三角形結(jié) 構(gòu)。
上述的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置中，所述養(yǎng)晶罐的高徑比可為2～4：1;
所述集晶罐的高徑比為1～2：1;
所述飽和液緩沖槽的高徑比可為2～4：1;
所述誘晶液槽的高徑比可為1～2：1。
本發(fā)明進一步提供了一種廢水磷素增效晶析的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，包括如下步 驟：
(1)將廢水和鎂鹽溶液加入至所述循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置中的誘晶液槽中， 并通過pH值調(diào)節(jié)液控制其pH值為8.0～10.0;然后與從所述飽和液緩沖槽中泵入的澄 清鳥糞石飽和液混合得到鳥糞石誘晶液，并通過所述激光發(fā)射器和所述激光接收器監(jiān) 測所述鳥糞石誘晶液為過飽和狀態(tài)時，將所述鳥糞石誘晶液泵入至所述養(yǎng)晶罐的底部;
(2)所述飽和液緩沖槽中下層沉淀得到的鳥糞石細晶泵入所述養(yǎng)晶罐的底部， 與步驟(1)中泵入的所述鳥糞石誘晶液進行上升流式流化態(tài)反應(yīng);經(jīng)所述流化態(tài)反應(yīng) 后得到上清液和鳥糞石晶泥，所述上清液經(jīng)所述溢流堰排出，所述鳥糞石晶泥沉淀于 所述集晶罐后排入所述過濾器中;
(3)所述鳥糞石晶泥經(jīng)所述過濾器過濾后得到鳥糞石飽和液和鳥糞石晶渣;所 述鳥糞石飽和液泵入至所述飽和液緩沖槽中;
(4)所述鳥糞石飽和液在所述飽和液緩沖槽中經(jīng)靜置分層，上層得到所述澄清 鳥糞石飽和液，下層得到所述鳥糞石細晶;
所述澄清鳥糞石飽和液泵入所述誘晶液槽中，所述鳥糞石細晶泵入所述養(yǎng)晶罐 中。
上述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法中，步驟(1)中，所述廢水中磷酸鹽的含量可為 200～500mg/L;
所述鎂鹽溶液中鎂離子與所述磷酸鹽中磷酸根的摩爾比可為1～2：1;
所述鎂鹽可為氯化鎂或硫酸鎂;
所述pH值調(diào)節(jié)液可為氫氧化鈉或鹽酸溶液。
上述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法中，步驟(1)中，所述激光發(fā)射器以波長為632.8nm、 輸出功率為1～5mW的激光信號透射所述誘晶液槽，并用所述激光接收器接收激光信 號;
加熱所述誘晶液槽中的鳥糞石誘晶液，所述激光接收器接收到的激光信號逐漸增 強至信號穩(wěn)定時，冷卻所述誘晶液槽中的鳥糞石誘晶液，當(dāng)所述激光接收器接收到的 激光信號開始降低時，即得到過飽和狀態(tài)的鳥糞石誘晶液。
上述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法中，步驟(2)中，
泵入的所述鳥糞石細晶與泵入的所述鳥糞石誘晶液的體積比可為1：10～50，具體 可為1：10、1：20、1：30或1：50;
所述流化態(tài)反應(yīng)的時間可為1～3h，具體可為1h、2h或3h，溫度為10～60℃，具 體可為10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃;
所述鳥糞石誘晶液與鳥糞石細晶的混合液的上升流速可為0.1～1m/min，具體可為 0.1～0.5m/min、0.1m/min或1m/min;
所述集晶罐采用間歇式方式排出所述鳥糞石晶泥，如每個周期包括排泥0.5～1.5h、 空載0.5～1.5h。
上述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法中，步驟(3)中，所述過濾器過濾時的壓力可為 0.1～0.3Mpa，且采用間歇式方式進行過濾，如每個周期包括排泥0.5～1.5h、空載 0.5～1.5h，空載期間用于更換過濾袋并收集鳥糞石晶渣。
上述的動態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法中，步驟(4)中，所述鳥糞石飽和液在所述飽和液 緩沖槽中靜置的時間可為1～3h，具體可為1h、2h或3h。
本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)本發(fā)明提供了一種廢水磷素增效晶析的循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置及其動 態(tài)監(jiān)測與調(diào)控方法，可以提高鳥糞石晶析效能，廢水磷素晶析效率大于99%。
(2)本發(fā)明中采用激光透射響應(yīng)法，可以動態(tài)監(jiān)測鳥糞石誘晶液過飽和狀態(tài)。
(3)本發(fā)明中采用循環(huán)流化結(jié)晶控制反應(yīng)裝置，可以動態(tài)調(diào)控鳥糞石結(jié)晶造粒 過程。
