CN101555057A - 结晶除磷反应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种结晶除磷反应器。结晶除磷反应器本体从下到上设有布水区、反应区和沉淀区，布水区设有排渣管、进水管、升流柱盘式分布器、曝气装置，曝气装置由曝气管、曝气头组合而成，反应区下部设有载体进口、进药管，反应区中部的上、下设有第一回流管、第二回流管，沉淀区设有出水堰、出水管、出料口，出水堰上部设有锯齿型溢流堰，出水堰侧面设有两平行挡板，出水堰底部设有斜板。本发明功能明确；布水区设置升流柱盘式分布器，可有效避免流体短流；反应区设有载体，可强化磷酸钙盐结晶；采用“连续进料－间歇曝气”的运行方式，防止载体堵塞，并有利于载体上晶体的脱附和回收；沉淀区设置锯齿挡板出水堰，出水均匀，设置斜板，固液分离良好。

Description

结晶除磷反应器
技术领域
本发明涉及反应器，尤其涉及一种结晶除磷反应器。
背景技术
我国水污染问题十分严重，在主要湖泊中，氮磷污染所导致的富营养化湖泊占50％以上，每年“水华”和“赤潮”造成的经济损失高达100亿元以上。一方面含磷废水日益增多，引起的环境污染和生态破坏不断加剧；另一方面磷是一种重要资源，世界上探明的磷储藏量仅够人类使用100年左右。研究废水资源化除磷技术，消除废水磷素污染，同时回收利用磷资源，已成为社会发展的迫切需要。
化学沉淀除磷法是一种重要的废水除磷技术。实用发现，传统化学沉淀除磷法有沉淀速度慢、固液分离差、污泥含水率高、污泥脱水处理复杂等缺点。生物除磷法是近年来废水处理研究的热点之一。研究表明，生物除磷法也有对废水成分要求高(C∶N∶P＝100∶5∶1才能满足功能微生物的需求)、运行稳定性和灵活性较差、剩余污泥处理和处置困难等问题。化学结晶除磷法主要有MAP(鸟粪石)结晶除磷法和HAP(磷酸钙)结晶除磷法，这类方法既能去除磷，又能回收磷，因此得到了学术界和产业界的青睐。
反应器是化学结晶除磷工艺的关键。目前，国外已有DHV结晶反应器(DHVCrystalactor TM Pelletiser)、CSIR流化床结晶柱(CSIR Fluiclised bed CrystallsationColumn)和Kurita固定床结晶柱(Kurita Fixed Bed Crystallisation Column)等研究报道，国内则鲜见相关研究报道。本发明所涉及的结晶除磷反应器结构新颖、运行工况稳定、磷酸盐回收效率高，适用于各种含磷废水处理。
发明内容
本发明目的是克服现有技术的不足，提供一种结晶除磷反应器。
结晶除磷反应器本体从下到上设有布水区、反应区和沉淀区，布水区设有排渣管、进水管、升流柱盘式分布器、曝气装置，曝气装置由曝气管、曝气头组合而成，反应区下部设有载体进口、进药管，反应区中部的上、下设有第一回流管、第二回流管，沉淀区设有出水堰、出水管、出料口，出水堰上部设有锯齿型溢流堰，出水堰侧面设有两平行挡板，出水堰底部设有斜板。
所述的反应器主体采用圆形有机玻璃管制成。布水区、反应区和沉淀区的体积比为1∶2～3∶0.8～1。升流柱盘式分布器由穿孔板和分布柱组成，穿孔板直径100～200mm，板上开有4～9个圆孔，一个位于穿孔板正中心，其它均匀分布于直径50～150mm的圆周上，孔内安装内径15～25mm、高度30～50mm的分布柱，分布柱下端开口，上端封闭，侧面均匀开设Φ2～5mm的小孔，升流柱盘式分布器固定在布水区与反应区之间，离反应器底部的高度为100～150mm。第一回流管、第二回流管末端为倒锥形。两平行挡板间距为20～40mm，底部斜板宽度为20～40mm，斜板与水平线成25～35°。出水堰按水流方向将沉淀区分隔成上流区、溢流区和降流区。
本发明与现有技术相比具有的有益效果：1)反应器自下而上分为布水区、反应区和沉淀区三个单元，相互影响较小，各单元直径相等，结构紧凑，占地少，单元之间采用法兰连接，便于拆卸维护；2)布水区设置升流柱盘式分布器，既能使气液分布均匀，有效避免流体短流，又能起到支撑反应器载体的作用；3)反应区设有载体(如活性炭、石英砂等)，利用载体表面特性，可以在载体表面形成局部过饱和溶液，利于钙与磷酸反应形成磷酸钙盐结晶析出；4)反应器采用“连续进料-间歇曝气”方式运行，连续进料可实现对含磷废水的连续处理，间歇曝气采用“曝气-停止曝气-曝气”循环操作，可提高废水pH，强化传质，防止填料堵塞，使晶体脱附；5)沉淀区出水堰采用锯齿挡板，可确保沉淀区流态均匀，采用斜板可确保良好的固液分离。
附图说明
图1是结晶除磷反应器结构示意图；
图2是结晶除磷反应器中沉淀区的水流分布图；
图3是结晶除磷反应器结构A-A剖视图；
图4是结晶除磷反应器结构B-B剖视图；
图中：排渣管1、进水管2、升流柱盘式分布器3、分布柱4、进药管5、反应区第一回流管6、法兰7、出料口8、出水管9、锯齿溢流堰10、平行挡板11、斜板12、圆筒13、反应区第二回流管14、载体进口15、曝气头16、曝气管17、底座18。
具体实施方式
如图1所示，结晶除磷反应器本体从下到上设有布水区I、反应区II和沉淀区III，布水区I设有排渣管1、进水管2、升流柱盘式分布器3、曝气装置，曝气装置由曝气管17、曝气头16组合而成，反应区II下部设有载体进口15、进药管5，反应区II中部的上、下设有第一回流管6、第二回流管14，沉淀区III设有出水堰、出水管9、出料口8，出水堰上部设有锯齿型溢流堰10，出水堰侧面设有两平行挡板11，出水堰底部设有斜板12。
所述的反应器主体采用圆形有机玻璃管制成。布水区I、反应区II和沉淀区III的体积比为1∶2～3∶0.8～1。第一回流管6、第二回流管14末端为倒锥形，不仅有利于回流均匀稳定，而且利于减少反应区中短流现象。
如图2所示，出水堰按水流方向将沉淀区III分隔成上流区、溢流区和降流区。
如图3所示，两平行挡板11间距为20～40mm，底部斜板10宽度为20～40mm，斜板10与水平线成25～35°。
如图4所示，升流柱盘式分布器3由穿孔板和分布柱组成，穿孔板直径100～200mm，板上开有4～9个圆孔，一个位于穿孔板正中心，其它均匀分布于直径50～150mm的圆周上，孔内安装内径15～25mm、高度30～50mm的分布柱4，分布柱4下端开口，上端封闭，侧面均匀开设Φ2～5mm的小孔，升流柱盘式分布器3固定在布水区I与反应区II之间，离反应器底部的高度为100～150mm。
结晶除磷反应器可用PVC板和钢板制作。实际运行中，首先通过载体进口15向反应区中填充载体，先用大粒径碎石或玻璃球填充至分布柱4高度，再填充粒径为0.9mm～1.25mm的载体(如活性炭或石英砂)，填充高度至反应区2/3。然后向反应器中泵入含磷30mg/L的废水和药剂，药剂成分为180mg/LCaCl2溶液，用2mol/LNaOH和2mol/LHCl调节反应液pH。
反应器采用“连续进料-间歇曝气”的运行方式。废水通过进水管2导入布水区I，药剂通过进药管5导入反应区II，空气通过曝气管17从反应器底部引入，废水与空气经过升流柱盘式分布器进入反应区。在曝气作用下，反应区中废水与药剂充分混合，在反应区发生化学反应。曝气1h后停止曝气，产生的晶体在载体表面成核、生长。反应器运行4小时后再曝气，使载体表面形成的磷酸钙盐晶体脱附，经上流区的溢流堰进入溢流区，再进入降流区，利用磷酸钙盐与水的密度差，使其在降流区实现固、液分离。出水从出水管9排出，晶体产物从出料口8排出，进行资源化利用。

Claims (7)

1.一种结晶除磷反应器，其特征在于：反应器本体从下到上设有布水区(I)、反应区(II)和沉淀区(III)，布水区(I)设有排渣管(1)、进水管(2)、升流柱盘式分布器(3)、曝气装置，曝气装置由曝气管(17)、曝气头(16)组合而成，反应区(II)下部设有载体进口(15)、进药管(5)，反应区(II)中部的上、下设有第一回流管(6)、第二回流管(14)，沉淀区(III)设有出水堰、出水管(9)、出料口(8)，出水堰上部设有锯齿型溢流堰(10)，出水堰侧面设有两平行挡板(11)，出水堰底部设有斜板(12)。
2.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的反应器主体采用圆形有机玻璃管制成。
3.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的布水区(I)、反应区(II)和沉淀区(III)的体积比为1∶2～3∶0.8～1。
4.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的升流柱盘式分布器(3)由穿孔板和分布柱组成，穿孔板直径100～200mm，板上开有4～9个圆孔，一个位于穿孔板正中心，其它均匀分布于直径50～150mm的圆周上，孔内安装内径15～25mm、高度30～50mm的分布柱(4)，分布柱(4)下端开口，上端封闭，侧面均匀开设Φ2～5mm的小孔，升流柱盘式分布器(3)固定在布水区(I)与反应区(II)之间，离反应器底部的高度为100～150mm。
5.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的第一回流管(6)、第二回流管(14)末端为倒锥形。
6.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的两平行挡板(11)间距为20～40mm，底部斜板(11)宽度为20～40mm，斜板(11)与水平线成25～35°。
7.根据权利要求1所述的一种结晶除磷反应器，其特征在于：所述的出水堰按水流方向将沉淀区(III)分隔成上流区、溢流区和降流区。
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