CN105502692B - 一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置 - Google Patents

一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，筒体内从底部到顶部依次设置有布水区、布药区、造粒区和清水区；内筒将造粒区分为三个区，内筒内部靠近底部的区域为流化区，内筒内部靠近顶部的区域为分离区，内筒和筒体之间的夹层为静沉区；流化区与加晶种管相连通，晶种在流化区、分离区和静沉区之间循环流动，水中的离子在流动过程中实现化学结晶循环造粒；流化区还与排颗粒管相连通，化学结晶循环造粒形成的颗粒在流化区向底部沉降，最终从排颗粒管排出。本发明整体结构清晰，各功能单元衔接紧凑，平面利用率高，操作方便，能够去除多种离子中某单一离子，也可同步高效地去除水中的多种离子。

Description

一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及水处理装置，具体涉及一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置。
背景技术
水中存在的各种溶解性阳离子和阴离子，如Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、As3+、F-等离子，在水中少量存在时不会影响人的身体健康，甚至对人有益。但是一旦过量存在于水中，则会危害人体健康，需要去除，如Ca2+、Mg2+超标会导致水中硬度增加等。目前对于这些金属离子的去除，如对Ca2+、Mg2+的去除采用最多的是离子交换法和石灰软化法，离子交换法造价较高，受原水水质影响很大，容易产生二次污染，石灰软化法则存在处理效果差，排污量大，操作管理复杂等缺点；氧化法除Fe2+和生物法除Mn2+也存在受原水水质影响大，操作管理复杂等缺点；对F-的去除采用较多的有混凝沉降法、活性氧化铝吸附法、电渗析法等方法，这些方法在实际应用中都存在各种技术问题，或占地面积大，或处理效率低，或成本高等。由此可见，目前市场上缺少一种效率高，造价低，便于推广，出水效果稳定，又能同时去除Ca2+、Mg2 +、Fe2+、Mn2+、As3+和F-等离子的一体化设备。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，解决水处理过程中颗粒不能循环增长，颗粒排放周期较短导致水处理效果差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：
一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，包括筒体，所述的筒体内从底部到顶部依次设置有布水区、布药区、造粒区和清水区；
所述的造粒区包括设置在筒体内的内筒，内筒和筒体之间形成的夹层两端开放，内筒将造粒区分为三个区，内筒内部靠近底部的区域为流化区，内筒内部靠近顶部的区域为分离区，内筒和筒体之间的夹层为静沉区；
静沉区与加晶种管相连通，晶种在流化区、分离区和静沉区之间循环流动，水中的离子在流动过程中实现化学结晶循环造粒；
流化区与排颗粒管相连通，化学结晶循环造粒形成的颗粒在流化区向底部沉降，最终从排颗粒管排出。
本发明还具有如下区别技术特征：
具体的，所述的布水区包括进水腔体，进水腔体与进水管相连通，进水腔体通过布水器穿过布药区的加药夹层与造粒区直接连通供水。
优选的，所述的布水器分为布水器上部和布水器下部两部分，布水器下部穿过布药区的加药夹层，布水器上部伸出在造粒区布水，所述的布水器上部设置有出水孔，出水孔的出水方向与流化区中水流的主方向呈大于90°且小于180°的夹角设置。
更优选的，所述的出水孔为多个对称设置的出水孔。
更优选的，所述的布水器上部和布水器下部通过螺纹连接实现可拆卸连接。
具体的，所述的布药区包括与加药管相连通的加药夹层，加药夹层将布水区和造粒区隔离，加药夹层上靠近造粒区的一侧设置有微孔布药管。
优选的，所述的布药区的加药夹层为一层或两层以上。
优选的，所述的微孔布药管与加药夹层之间通过螺纹连接实现可拆卸连接。
具体的，所述的清水区包括集水槽，集水槽与出水管连通。
优选的，所述的内筒下端设置有向外扩张的挡流环。
本申请的技术方案的另一种表达方式为：
一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，包括筒体，筒体底部侧壁上设置有进水管、加药管和加晶种管，筒体底部设置有排颗粒管，筒体顶部侧壁上设置有出水管，所述的筒体内从底部到顶部依次设置有布水区、布药区、造粒区和清水区；
所述的布水区包括进水腔体，进水腔体与进水管相连通；进水腔体通过布水器穿过布药区的加药夹层与造粒区直接连通供水；
所述的布药区包括与加药管相连通的加药夹层，加药夹层将布水区和造粒区隔离，加药夹层上靠近造粒区的一侧设置有微孔布药管；
所述的造粒区包括设置在筒体内的内筒，内筒和筒体之间形成的夹层两端开放，内筒将造粒区分为三个区，内筒内部靠近底部的区域为流化区，内筒内部靠近顶部的区域为分离区，内筒和筒体之间的夹层为静沉区；
静沉区与加晶种管相连通，晶种在流化区、分离区和静沉区之间循环流动，水中的离子在流动过程中实现化学结晶循环造粒；
流化区与排颗粒管相连通，化学结晶循环造粒形成的颗粒在流化区向底部沉降，最终从排颗粒管排出；
所述的清水区包括集水槽，集水槽与出水管连通。
本发明还具有如下区别技术特征：
优选的，所述的布水器分为布水器上部和布水器下部两部分，布水器下部穿过布药区的加药夹层，布水器上部伸出在造粒区布水；所述的布水器上部设置有出水孔，出水孔的出水方向与流化区中水流的主方向呈大于90°且小于180°的夹角设置。
更优选的，所述的出水孔为多个对称设置的出水孔。
更优选的，所述的布水器上部和布水器下部通过螺纹连接实现可拆卸连接。
优选的，所述的布药区的加药夹层为一层或两层以上。
优选的，所述的微孔布药管与加药夹层之间通过螺纹连接实现可拆卸连接。
优选的，所述的内筒下端设置有向外扩张的挡流环。
本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：
(Ⅰ)本发明的水处理装置在水处理过程中颗粒能够循环增长，颗粒排放周期较长，水处理效果良好。采用筒体和内筒形成的双层结构，双层结构能够稳定固液界面，且上部小颗粒能循环流动到底部，增加颗粒接触面积，能有效加快结晶速度，能延长大颗粒排放周期，利于整个流化床内颗粒均化。
(Ⅱ)本发明的水处理装置通过添加化学药剂与反应器内含有Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、As3+和F-等离子或水中相关离子发生化学反应产生沉淀附着到晶种表面，进而去除目标离子。可根据水中要去除的目标离子选择投加不同的药剂。该设备整体结构清晰，各功能单元衔接紧凑，平面利用率高，操作方便，能够去除Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、As3+和F-等多种离子中某单一离子，也可同步高效地去除水中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+和F-等多种离子。
(Ⅲ)铸造布水器布水，通过进水量和流速等条件计算出布水器个数，并均匀安装在夹层上，均匀布水；出水孔向下倾斜布水，可有效避免细小晶种的进入，防止堵塞进水管。
(Ⅳ)微孔管进行布药，微孔管具有耐酸碱腐蚀且布药均匀的优点，在夹层上部焊接丝口，二者通过螺纹连接，简单便捷。
(Ⅴ)多层布药方式，可根据要去除污染物种类进行多层布药，布药夹层可以设置多个。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的布水器的结构放大示意图。
图3是本发明的布水器的出水孔的布设示意图。
图4是对比例的反应器结构示意图。
图5是对比例的布水布药头的结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-筒体，2-布水区，3-布药区，4-造粒区，5-清水区，6-布水布药头；
(2-1)-进水腔体，(2-2)-进水管，(2-3)-布水器；(2-3-1)-布水器上部，(2-3-2)-布水器下部，(2-3-3)-出水孔；
(3-1)-加药管，(3-2)-加药夹层，(3-3)-微孔布药管；
(4-1)-内筒，(4-2)-流化区，(4-3)-分离区，(4-4)-静沉区，(4-5)-加晶种管，(4-6)-排颗粒管，(4-7)-挡流环；
(5-1)-集水槽，(5-2)-出水管。
以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。
具体实施方式
遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
对比例：
本对比例给出一种流化床造粒软化反应器，如图4和图5所示，该反应器通过化学结晶造粒法去除水中的硬度(Ca2+、Mg2+)，该装置在软化中也有不错的效果，但是该装置存在加药夹层单一，加药类型单一，不能同时去除水中多种阴阳离子；筒体内晶种颗粒从下往上颗粒大小分层稳定，不能循环增长，颗粒排放周期较短等问题，实际运行中不是非常理想。
实施例：
本实施例给出一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，如图1至图3所示，包括筒体1，筒体1底部侧壁上设置有进水管2-2、加药管3-1和加晶种管4-5，筒体1底部设置有排颗粒管4-6，筒体1顶部侧壁上设置有出水管5-2，所述的筒体1内从底部到顶部依次设置有布水区2、布药区3、造粒区4和清水区5。
布水区2包括进水腔体2-1，进水腔体2-1与进水管2-2相连通，进水腔体2-1通过布水器2-3穿过布药区3的加药夹层3-2与造粒区4直接连通供水。
布药区3包括与加药管3-1相连通的加药夹层3-2，加药夹层3-2将布水区2和造粒区4隔离，加药夹层3-2上靠近造粒区4的一侧设置有微孔布药管3-3。
造粒区4包括设置在筒体1内的内筒4-1，内筒4-1和筒体1之间形成的夹层两端开放，内筒4-1将造粒区4分为三个区，内筒4-1内部靠近底部的区域为流化区4-2，内筒4-1内部靠近顶部的区域为分离区4-3，内筒4-1和筒体1之间的夹层为静沉区4-4；
静沉区4-4与加晶种管4-5相连通，晶种在流化区4-2、分离区4-3和静沉区4-4之间循环流动，水中的离子在流动过程中实现化学结晶循环造粒。
流化区4-2还与排颗粒管4-6相连通，化学结晶循环造粒形成的颗粒在流化区4-2向底部沉降，最终从排颗粒管4-6排出。
清水区5包括集水槽5-1，集水槽5-1与出水管5-2连通。
布水器2-3分为布水器上部2-3-1和布水器下部2-3-2两部分，布水器下部2-3-2穿过布药区3的加药夹层3-2，布水器上部2-3-1伸出在造粒区4布水；所述的布水器上部2-3-1设置有出水孔2-3-3，出水孔2-3-3的出水方向与流化区4-2中水流的主方向呈大于90°且小于180°的夹角设置，出水孔2-3-3向下倾斜布水，可有效避免细小晶种的进入，防止堵塞进水管。
出水孔2-3-3为多个对称设置的出水孔，优选六个，使得出水孔2-3-3的出水能够均匀布水。
布水器上部2-3-1和布水器下部2-3-2通过螺纹连接实现可拆卸连接，便于组装更换。
布药区3的加药夹层3-2为一层或两层以上，可根据要去除污染物种类进行多层布药，加药夹层3-2可以设置多个。
微孔布药管3-3与加药夹层3-2之间通过螺纹连接实现可拆卸连接，便于组装更换。
内筒4-1下端设置有向外扩张的挡流环4-7，挡流环使得流化区4-2内从底部向顶部流动的水流聚拢收集，避免大颗粒在向上的水流的带动下进入静沉区4-4。
下面以硬水(Ca2+、Mg2+含量较高)软化为例说明该装置具体实施方式与处理效果。
高硬度水(总硬度含量277.6mg/L，HCO3 -碱度含量297.5mg/L，煮沸后浊度大于98NTU)经过进水管进入腔体，通过腔体上部夹层上固定的布水器，每个布水器设有六个斜向下出水孔，通过六个出水孔均匀布水并以90m/h的上升流速沿筒体上升。同时质量浓度为30％的NaOH溶液通过加药管进入夹层，加药量110mg/L，通过微孔管加入水中，与进水快速混合。晶种填充在内筒之中，混合有NaOH的高硬度水由下而上进入流化区流动，而且使得晶种处于流化状态。在流动的过程中，NaOH与水中HCO3 -和Ca2+、Mg2+发生如下反应：
NaOH→OH-+Na+
OH-+Mg2+→Mg(OH)2
OH-+HCO3 -→CO3 2-+H2O，CO3 2-+Ca2+→CaCO3
生成的CaCO3和Mg(OH)2开始不断的附着在细小的晶种表面，细小晶种颗粒通过CaCO3和Mg(OH)2的结晶不断长大，大颗粒晶种在下，小颗粒晶种在上，并浮与内筒顶端，处于分离区。随着水流的不断上升和颗粒的膨胀，小颗粒在分离区通过内筒翻入内筒和外筒的间隙，进入静沉区，小颗粒达到底端重新被水流冲起进入流化区参与结晶。当晶种颗粒上结晶的CaCO3和Mg(OH)2质量达到颗粒总质量的98％以上时，通过压力控制由排晶种管道排出颗粒，并通过加晶种管道进行补给。如此循环往复，水中的Ca2+、Mg2+绝大部分以CaCO3和Mg(OH)2的形式结晶出来附着到晶种表面，使得水中硬度降低。清水上升达到清水区，翻入集水槽，通过出水管排水，出水pH约9.40，总硬度75～80mg/L，去除率71％～73％，出水浊度小于1.0NTU，煮沸后浊度0～2NTU。

Claims (10)

1.一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置，包括筒体(1)，其特征在于：所述的筒体(1)内从底部到顶部依次设置有布水区(2)、布药区(3)、造粒区(4)和清水区(5)；
所述的造粒区(4)包括设置在筒体(1)内的内筒(4-1)，内筒(4-1)和筒体(1)之间形成的夹层两端开放，内筒(4-1)将造粒区(4)分为三个区，内筒(4-1)内部靠近底部的区域为流化区(4-2)，内筒(4-1)内部靠近顶部的区域为分离区(4-3)，内筒(4-1)和筒体(1)之间的夹层为静沉区(4-4)；
静沉区(4-4)与加晶种管(4-5)相连通，晶种在流化区(4-2)、分离区(4-3)和静沉区(4-4)之间循环流动，水中的离子在流动过程中实现化学结晶循环造粒；
流化区(4-2)与排颗粒管(4-6)相连通，化学结晶循环造粒形成的颗粒在流化区(4-2)向底部沉降，最终从排颗粒管(4-6)排出。
2.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：所述的布水区(2)包括进水腔体(2-1)，进水腔体(2-1)与进水管(2-2)相连通，进水腔体(2-1)通过布水器(2-3)穿过布药区(3)的加药夹层(3-2)与造粒区(4)直接连通供水。
3.如权利要求2所述的水处理装置，其特征在于：所述的布水器(2-3)分为布水器上部(2-3-1)和布水器下部(2-3-2)两部分，布水器下部(2-3-2)穿过布药区(3)的加药夹层(3-2)，布水器上部(2-3-1)伸出在造粒区(4)布水；所述的布水器上部(2-3-1)设置有出水孔(2-3-3)，出水孔(2-3-3)的出水方向与流化区(4-2)中水流的主方向呈大于90°且小于180°的夹角设置。
4.如权利要求3所述的水处理装置，其特征在于：所述的出水孔(2-3-3)为多个对称设置的出水孔。
5.如权利要求3所述的水处理装置，其特征在于：所述的布水器上部(2-3-1)和布水器下部(2-3-2)通过螺纹连接实现可拆卸连接。
6.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：所述的布药区(3)包括与加药管(3-1)相连通的加药夹层(3-2)，加药夹层(3-2)将布水区(2)和造粒区(4)隔离，加药夹层(3-2)上靠近造粒区(4)的一侧设置有微孔布药管(3-3)。
7.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于：所述的布药区(3)的加药夹层(3-2)为一层或两层以上。
8.如权利要求6所述的水处理装置，其特征在于：所述的微孔布药管(3-3)与加药夹层(3-2)之间通过螺纹连接实现可拆卸连接。
9.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：所述的清水区(5)包括集水槽(5-1)，集水槽(5-1)与出水管(5-2)连通。
10.如权利要求1所述的水处理装置，其特征在于：所述的内筒(4-1)下端设置有向外扩张的挡流环(4-7)。
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Assignee: Hebei Jian to Water Environmental Engineering Co., Ltd.

Assignor: Xi'an Architectural Sci & Tech. Univ.

Contract record no.: 2018130000004

Denomination of invention: Fluidized bed water treatment device realizing chemical crystallization circulating granulation

Granted publication date: 20180112

License type: Exclusive License

Record date: 20180810

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