CN103663403A - 一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法。本发明装置：结晶调控器通过排泥管与过滤器连接，过滤器通过泵液管与饱和液缓冲槽连接，饱和液缓冲槽分别与动态监控槽连接和结晶调控器连接，动态监控槽与结晶调控器连接。本发明方法：调控动态监控槽中废水磷素浓度、镁盐浓度和pH值，动态监测并调控鸟粪石诱晶液过饱和状态处于亚稳态，与饱和液缓冲槽加入的晶种在结晶调控器中流化态反应，晶泥经过滤器分离，晶渣外排，饱和液排入饱和液缓冲槽分层后，澄清饱和液排入动态监控槽，沉淀细晶排入结晶调控器。本发明废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法，可提高鸟粪石晶析效能，废水磷素晶析效率大于99%。
Description
技术领域
本发明涉及一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法，属于农业资源环境技术领域。
背景技术
近年，随着全球经济社会的迅猛发展，环境污染与资源紧张的矛盾日益严重，大量含磷废水的过量排放，不仅造成水体富营养化情况日益加剧，而且造成磷素资源的巨大浪费。从废水中回收磷素资源，对于解决全球范围日益严峻的环境污染问题和人类可持续发展问题，具有非常重要的意义。因此，废水磷素回收技术的开发与应用，成为目前资源环境领域的重要内容。
磷素晶析技术通过投加成晶剂镁盐，与废水中磷素结晶，生成鸟粪石晶体而被回收，回收产品鸟粪石是良好的肥料资源，相比于过磷酸钙等常规磷肥，具有重金属含量低、释放周期长、植物吸收效率高，无环境二次污染等优点。因此，磷素晶析技术已成为废水磷素高效回收的国内外研究热点方向。
国内外学者在磷素晶析的最佳结晶条件、反应器构造、数学建模等方面开展了深入的研究工作。但是，由于废水存在大量可溶性有机质和无机杂质，使鸟粪石以异相结晶的方式析出，导致大量鸟粪石细晶形成而随出水流失，影响磷素回收效率，是目前该技术能否推广应用的焦点问题。
针对此问题，国内外学者通过添加石英砂、不锈钢等晶种的方法，增加了鸟粪石结晶的介稳区宽度，使鸟粪石结晶过饱和状态易处于介稳区之间，促进鸟粪石结晶造粒，可有效防止细晶流失，提高废水磷素回收效率。但是，石英砂、不锈钢等晶种的添加会降低鸟粪石晶体纯度，影响其农用价值。因此，国内外学者进一步采用鸟粪石晶粒作晶种，可避免其它材质作晶种影响磷素产品鸟粪石纯度的缺点。专利CN202297252U公开了一种低能耗一体化氮磷回收装置，内置鸟粪石晶种颗粒，提高了磷素回收率。
但是，由于废水水质水量、镁盐加药方式、pH值调控方式等诸多因素会造成鸟粪石结晶过饱和状态发生动态变化，现有投加鸟粪石晶粒作晶种的技术无法动态调控结晶介稳区位置和宽度，难以高效结晶造粒，影响磷素晶析效能。因此，开发设计一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，进行动态监测与调控，高效能鸟粪石结晶造粒，实现磷素的增效晶析，成为研究与实践的重点内容，目前未见文献报道和专利公开。
发明内容
本发明的目的是提供一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法，有效克服鸟粪石晶析易受废水水质水量、镁盐加药方式、pH值调控方式等因素影响，难以监测鸟粪石结晶过饱和状态，无法有效调控鸟粪石结晶造粒过程，晶析效能有限等问题。
本发明所提供的一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，它包括结晶调控器、过滤器、饱和液缓冲槽和动态监控槽；
由上至下，所述结晶调控器包括相连通的养晶罐和集晶罐，所述养晶罐的顶端开口处连接一溢流堰；
所述动态监控槽包括诱晶液槽、激光发射器、激光接收器和温控器，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述诱晶液槽相对的两侧，所述温控器设置于所述诱晶液槽的底部；所述诱晶液槽上设有进水管、镁剂进料管和pH值调液管；
所述集晶罐的排泥管与所述过滤器相连通；所述过滤器的液体出口与所述饱和液缓冲槽相连通；所述饱和液缓冲槽的固体出口与所述养晶罐相连通，所述饱和液缓冲槽的液体出口与所述诱晶液槽相连通；
所述诱晶液槽的液体出口与所述养晶罐相连通。
上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述过滤器为布袋过滤器；
所述布袋过滤器的高径比可为0.5～1：1。
上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述溢流堰具有内外双层的正三角形结构。
上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述养晶罐的高径比可为2～4：1；
所述集晶罐的高径比为1～2：1；
所述饱和液缓冲槽的高径比可为2～4：1；
所述诱晶液槽的高径比可为1～2：1。
本发明进一步提供了一种废水磷素增效晶析的动态监测与调控方法，包括如下步骤：
（1）将废水和镁盐溶液加入至所述循环流化结晶控制反应装置中的诱晶液槽中，并通过pH值调节液控制其pH值为8.0～10.0；然后与从所述饱和液缓冲槽中泵入的澄清鸟粪石饱和液混合得到鸟粪石诱晶液，并通过所述激光发射器和所述激光接收器监测所述鸟粪石诱晶液为过饱和状态时，将所述鸟粪石诱晶液泵入至所述养晶罐的底部；
（2）所述饱和液缓冲槽中下层沉淀得到的鸟粪石细晶泵入所述养晶罐的底部，与步骤（1）中泵入的所述鸟粪石诱晶液进行上升流式流化态反应；经所述流化态反应后得到上清液和鸟粪石晶泥，所述上清液经所述溢流堰排出，所述鸟粪石晶泥沉淀于所述集晶罐后排入所述过滤器中；
（3）所述鸟粪石晶泥经所述过滤器过滤后得到鸟粪石饱和液和鸟粪石晶渣；所述鸟粪石饱和液泵入至所述饱和液缓冲槽中；
（4）所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中经静置分层，上层得到所述澄清鸟粪石饱和液，下层得到所述鸟粪石细晶；
所述澄清鸟粪石饱和液泵入所述诱晶液槽中，所述鸟粪石细晶泵入所述养晶罐中。
上述的动态监测与调控方法中，步骤（1）中，所述废水中磷酸盐的含量可为200～500mg/L；
所述镁盐溶液中镁离子与所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比可为1～2：1；
所述镁盐可为氯化镁或硫酸镁；
所述pH值调节液可为氢氧化钠或盐酸溶液。
上述的动态监测与调控方法中，步骤（1）中，所述激光发射器以波长为632.8nm、输出功率为1～5mW的激光信号透射所述诱晶液槽，并用所述激光接收器接收激光信号；
加热所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，所述激光接收器接收到的激光信号逐渐增强至信号稳定时，冷却所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，当所述激光接收器接收到的激光信号开始降低时，即得到过饱和状态的鸟粪石诱晶液。
上述的动态监测与调控方法中，步骤（2）中，
泵入的所述鸟粪石细晶与泵入的所述鸟粪石诱晶液的体积比可为1：10～50，具体可为1：10、1：20、1：30或1：50；
所述流化态反应的时间可为1～3h，具体可为1h、2h或3h，温度为10～60℃，具体可为10℃、20℃、30℃、40℃、50℃或60℃；
所述鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液的上升流速可为0.1～1m/min，具体可为0.1～0.5m/min、0.1m/min或1m/min；
所述集晶罐采用间歇式方式排出所述鸟粪石晶泥，如每个周期包括排泥0.5～1.5h、空载0.5～1.5h。
上述的动态监测与调控方法中，步骤（3）中，所述过滤器过滤时的压力可为0.1～0.3Mpa，且采用间歇式方式进行过滤，如每个周期包括排泥0.5～1.5h、空载0.5～1.5h，空载期间用于更换过滤袋并收集鸟粪石晶渣。
上述的动态监测与调控方法中，步骤（4）中，所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中静置的时间可为1～3h，具体可为1h、2h或3h。
本发明具有如下有益效果：
（1）本发明提供了一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法，可以提高鸟粪石晶析效能，废水磷素晶析效率大于99%。
（2）本发明中采用激光透射响应法，可以动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态。
（3）本发明中采用循环流化结晶控制反应装置，可以动态调控鸟粪石结晶造粒过程。
附图说明
图1为本发明废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置的结构示意图。
图中各标记如下：
1结晶调控器、2布袋过滤器、3饱和液缓冲槽、4动态监控槽、5养晶罐、6集晶罐、7溢流堰、8诱晶液槽、9激光发射器、10激光接收器、11温控器、12进水管、13镁剂进料管、14pH值调液管。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例2-7中，磷素的晶析效率=（进水磷浓度-出水磷浓度）/进水磷浓度×100%。
实施例1、废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置
如图1所示，本发明的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置包括结晶调控器1、布袋过滤器2、饱和液缓冲槽3和动态监控槽4；其中，由上至下，结晶调控器1包括养晶罐5和集晶罐6，且养晶罐5的顶端开口处连接一溢流堰7，该溢流堰7具有内外双层的正三角形结构。集晶罐6的排泥管与布袋过滤器2相连通；布袋过滤器2的液体出口与饱和液缓冲槽3相连通。饱和液缓冲槽3的固体出口与养晶罐5相连通，经饱和液缓冲槽3静置得到的鸟粪石细晶作为晶种泵入至养晶罐5中；饱和液缓冲槽3的液体出口与诱晶液槽8相连通，经饱和液缓冲槽3静置得到的鸟粪石饱和液泵入至诱晶液槽8中。
本发明中的动态监控槽4包括诱晶液槽8、激光发射器9、激光接收器10和温控器11，且激光发射器9和激光接收器10分别设置于诱晶液槽8相对的两侧，用于监测诱晶液槽8中鸟粪石诱晶液的过饱和状态，诱晶液槽8的底部为温控器11，用于控制诱晶液槽8的温度。在诱晶液槽8上设有进水管12、镁剂进料管13和pH值调液管14，分别用于向诱晶液槽8中添加含磷废水、镁盐溶液和pH值调节液。该诱晶液槽8的液体出口与养晶罐5相连通，即得到的过饱和状态的鸟粪石诱晶液泵入至养晶罐5中进行上升流式流化态反应。
本发明提供的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，布袋过滤器2的高径比可为0.5～1：1；养晶罐5的高径比可为2～4：1；集晶罐6的高径比为1～2：1；饱和液缓冲槽的高径比可为2～4：1；诱晶液槽8的高径比可为1～2：1。
实施例2、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为4:1，集晶罐的高径比为1:1，布袋过滤器2的高径比为1:1；饱和液缓冲槽3的高径比为3:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为2:1，内置搅拌速率30～90r/min的机械搅拌器。
调控废水中磷素含量（以磷计）200mg/L后加入诱晶液槽8中，与氯化镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比为1：1混合，控制pH值为8.0，与饱和液缓冲槽3泵入的澄清鸟粪石饱和液在60r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率1mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以5℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以5℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀得到的鸟粪石细晶作晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液体积比1：10加入养晶罐5中，在养晶罐5中进行上升流式流化态反应3h，温度为10℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速0.1m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥0.5h和空载1.5h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液泵入饱和液缓冲槽3中，鸟粪石晶渣外排收集，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.1Mpa，采用间歇式控制，包括排泥0.5h和空载1.5h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽3中鸟粪石饱和液停留2h后，上层澄清鸟粪石饱和液泵入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为1mg/L；废水中磷素晶析效率为99.5%。
实施例3、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为3:1，集晶罐6的高径比为2:1，布袋过滤器2的高径比为0.5:1；饱和液缓冲槽3的高径比为2:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为1:1，内置搅拌速率90～180r/min的机械搅拌器。
调控废水磷素含量（以磷计）500mg/L后加入诱晶液槽8中，与硫酸镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比1.5：1混合，控制pH值为9.0，与饱和液缓冲槽3泵入的澄清鸟粪石饱和液在120r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率1mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以10℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以10℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀得到的鸟粪石细晶作为晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液体积比1：50加入养晶罐5中，在养晶罐5中进行上升流式流化态反应1h，温度为60℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速0.5m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥1.5h和空载0.5h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液排入饱和液缓冲槽3中，鸟粪石晶渣外排收集，采用侧进侧出式布袋过滤器，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.3Mpa，采用间歇式控制，包括排泥1.5h和空载0.5h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽中鸟粪石饱和液停留3h后，上层澄清鸟粪石饱和液泵入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为3mg/L；废水中磷素晶析效率为99.4%。
实施例4、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为2:1，集晶罐的高径比为1.5:1，布袋过滤器2的高径比为0.5:1；饱和液缓冲槽3的高径比为4:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为1:1，内置搅拌速率90～180r/min的机械搅拌器。
调控废水磷素含量（以磷计）为400mg/L后加入诱晶液槽8中，与硫酸镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比为2:1混合，控制pH值为10.0，与饱和液缓冲槽3泵入的鸟粪石饱和液在180r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率2mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以7℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以7℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀鸟粪石细晶作晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液按体积比1:20加入养晶罐5中；在养晶罐5中进行上升流式流化态反应2h，温度为30℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速1m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥1h和空载1h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液排入饱和液缓冲槽3中，鸟粪石晶渣外排收集，采用侧进侧出式布袋过滤器，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.2Mpa，采用间歇式控制，包括排泥0.5h和空载0.5h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽3中鸟粪石饱和液停留1h后，上层澄清鸟粪石饱和液加入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为2mg/L；废水中磷素晶析效率为99.5%。
实施例5、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为2:1，集晶罐6的高径比为2:1，布袋过滤器2的高径比为1:1；饱和液缓冲槽3的高径比为4:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为2:1，内置搅拌速率30～100r/min的机械搅拌器。
调控废水磷素含量（以磷计）为300mg/L后加入诱晶液槽8中，与氯化镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比为1.5:1混合，控制pH值为9.0，与饱和液缓冲槽3泵入的澄清鸟粪石饱和液在30r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率4mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以8℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以8℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀鸟粪石细晶作为晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液体积比1:30加入养晶罐5中，在养晶罐5中进行上升流式流化态反应2h，温度为40℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速1m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥0.5h和空载0.5h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液排入饱和液缓冲槽，鸟粪石晶渣外排收集，采用侧近侧出式布袋过滤器，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.3Mpa，采用间歇式控制，包括排泥1h和空载1h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽中鸟粪石饱和液停留3h后，上层澄清鸟粪石饱和液加入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为3mg/L；废水中磷素晶析效率为99%。
实施例6、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为3:1，集晶罐6的高径比为1:1，布袋过滤器2的高径比为0.5:1；饱和液缓冲槽3的高径比为3:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为1.5:1，内置搅拌速率60～120r/min的机械搅拌器。
调控废水磷素含量（以磷计）为500mg/L后加入诱晶液槽8中，与氯化镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比为1:1混合，控制pH值为10.0，与饱和液缓冲槽3泵入的澄清鸟粪石饱和液在90r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率3mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以10℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以10℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀鸟粪石细晶作为晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液体积比1:10加入养晶罐5中；在养晶罐5中进行上升流式流化态反应3h，温度为20℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速0.5m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥1.5h和空载1.5h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液排入饱和液缓冲槽3中，鸟粪石晶渣外排收集，采用侧进侧出式布袋过滤器，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.2Mpa，采用间歇式控制，包括排泥1.5h和空载0.5h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽中鸟粪石饱和液停留1h后，上层澄清鸟粪石饱和液加入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为1mg/L；废水中磷素晶析效率为99.8%。
实施例7、废水中磷素增效晶析的动态监测与调控
利用实施例1中的废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置进行动态监测与调控，其中，反应装置中结晶调控器1的养晶罐5的高径比为4:1，集晶罐6的高径比为1.5:1，布袋过滤器2高径比为1:1；饱和液缓冲槽3的高径比为2:1；动态监控槽4中诱晶液槽8的高径比为1.5:1，内置搅拌速率60～180r/min的机械搅拌器。
调控废水磷素含量（以磷计）为200mg/L后加入诱晶液槽8中，与硫酸镁溶液按镁离子与磷酸盐的摩尔比为2:1混合，控制pH值为8.0，与饱和液缓冲槽3泵入的澄清鸟粪石饱和液在150r/min机械搅拌作用下混合，采用激光透射响应法动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态：使用激光发射器9发射波长632.8nm、输出功率5mW的激光信号，使用激光接收器10接收激光信号，采用温控法以5℃/小时恒速升温，当监测接收到的激光信号逐渐增强且恒定时，表示鸟粪石全部溶解，然后以5℃/小时恒速降温，当监测接收到的激光信号突然减小时，即表示鸟粪石诱晶液达到了过饱和状态，即为亚稳态。将饱和液缓冲槽3的下层沉淀鸟粪石细晶作为晶种，按鸟粪石细晶与鸟粪石诱晶液体积比1:50加入养晶罐5中，在养晶罐5中进行上升流式流化态反应1h，温度为50℃，鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液上升流速0.1m/min，上清液经溢流堰7外排，晶泥沉淀于集晶罐6后间歇式排入布袋过滤器2中，每个周期包括排泥1h和空载0.5h；经布袋过滤器2分离后，鸟粪石过饱和液排入饱和液缓冲槽3中，鸟粪石晶渣外排收集，采用侧进侧出式布袋过滤器，过滤袋材质为玻璃丝袋，过滤压力为0.1Mpa，采用间歇式控制，包括排泥1.5h和空载1.5h，空载期间更换过滤袋收集鸟粪石晶渣；饱和液缓冲槽中鸟粪石饱和液停留2h后，上层澄清鸟粪石饱和液加入诱晶液槽8中，下层沉淀鸟粪石细晶加入养晶罐5中作为晶种。
经过本实施例处理后，收集的上清液中磷酸盐的含量（以磷计）为0.5mg/L；废水中磷素晶析效率为99.75%。
Claims (10)
1.一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于：
所述反应装置包括结晶调控器、过滤器、饱和液缓冲槽和动态监控槽；
由上至下，所述结晶调控器包括相连通的养晶罐和集晶罐，所述养晶罐的顶端开口处连接一溢流堰；
所述动态监控槽包括诱晶液槽、激光发射器、激光接收器和温控器，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述诱晶液槽相对的两侧，所述温控器设置于所述诱晶液槽的底部；所述诱晶液槽上设有进水管、镁剂进料管和pH值调液管；
所述集晶罐的排泥管与所述过滤器相连通；所述过滤器的液体出口与所述饱和液缓冲槽相连通；所述饱和液缓冲槽的固体出口与所述养晶罐相连通，所述饱和液缓冲槽的液体出口与所述诱晶液槽相连通；
所述诱晶液槽的液体出口与所述养晶罐相连通。
2.根据权利要求1所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于：所述过滤器为布袋过滤器；
所述布袋过滤器的高径比为0.5～1：1。
3.根据权利要求1或2所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于：所述溢流堰具有内外双层的正三角形结构。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于：所述养晶罐的高径比为2～4：1；
所述集晶罐的高径比为1～2：1；
所述饱和液缓冲槽的高径比为2～4：1；
所述诱晶液槽的高径比为1～2：1。
5.一种废水磷素增效晶析的动态监测与调控方法，包括如下步骤：
（1）将废水和镁盐溶液加入至权利要求1-4中任一项所述循环流化结晶控制反应装置中的诱晶液槽中，并通过pH值调节液控制其pH值为8.0～10.0；然后与从所述饱和液缓冲槽中泵入的澄清鸟粪石饱和液混合得到鸟粪石诱晶液，并通过所述激光发射器和所述激光接收器监测所述鸟粪石诱晶液为过饱和状态时，将所述鸟粪石诱晶液泵入至所述养晶罐的底部；
（2）所述饱和液缓冲槽中下层沉淀得到的鸟粪石细晶泵入所述养晶罐的底部，与步骤（1）中泵入的所述鸟粪石诱晶液进行上升流式流化态反应；经所述流化态反应后得到上清液和鸟粪石晶泥，所述上清液经所述溢流堰排出，所述鸟粪石晶泥沉淀于所述集晶罐后排入所述过滤器中；
（3）所述鸟粪石晶泥经所述过滤器过滤后得到鸟粪石饱和液和鸟粪石晶渣；所述鸟粪石饱和液泵入至所述饱和液缓冲槽中；
（4）所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中经静置分层，上层得到所述澄清鸟粪石饱和液，下层得到所述鸟粪石细晶；
所述澄清鸟粪石饱和液泵入所述诱晶液槽中，所述鸟粪石细晶泵入所述养晶罐中。
6.根据权利要求5所述的动态监测与调控方法，其特征在于：步骤（1）中，所述废水中磷酸盐的含量为200～500mg/L；
所述镁盐溶液中镁离子与所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比为1～2：1；
所述镁盐为氯化镁或硫酸镁；
所述pH值调节液为氢氧化钠或盐酸溶液。
7.根据权利要求5或6所述的动态监测与调控方法，其特征在于：步骤（1）中，所述激光发射器以波长为632.8nm、输出功率为1～5mW的激光信号透射所述诱晶液槽，并用所述激光接收器接收激光信号；
加热所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，所述激光接收器接收到的激光信号逐渐增强至信号稳定时，冷却所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，当所述激光接收器接收到的激光信号开始降低时，即得到过饱和状态的鸟粪石诱晶液。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的动态监测与调控方法，其特征在于：步骤（2）中，
泵入的所述鸟粪石细晶与泵入的所述鸟粪石诱晶液的体积比为1：10～50；
所述流化态反应的时间为1～3h，温度为10～60℃；
所述鸟粪石诱晶液与所述鸟粪石细晶的混合液的上升流速为0.1～1m/min；
所述集晶罐采用间歇式方式排出所述鸟粪石晶泥。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的动态监测与调控方法，其特征在于：步骤（3）中，所述过滤器过滤时的压力为0.1～0.3Mpa，且采用间歇式方式进行过滤。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的动态监测与调控方法，其特征在于：步骤（4）中，所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中静置的时间为1～3h。
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| CN110344115A (zh) * | 2019-08-13 | 2019-10-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种pH控制生长大尺寸鸟粪石晶体的方法 |
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2013
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