CN111498966A - 一种差速布水器及其在结晶流化床中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种差速布水器及其在结晶流化床中的应用，所述差速布水器采用双层孔板结构，其中上孔板的开孔数量大于下孔板，且上下孔板之间通过呈十字间隔布置或簇式布置的引水管连接，通过分别向上下孔板之间和下孔板下部空间引入至少两股水流，从而在上孔板上部的出口端处形成差异化的出口流速，该差异化的出口流速应用于结晶流化床反应器时，能够在保持床总体流量不变的情况下，迟滞晶体颗粒的沉积，进而促使其进一步长大，提高回收的晶体颗粒的利用价值并降低其后处理难度。

Description

一种差速布水器及其在结晶流化床中的应用

技术领域

本发明属于环保设备技术领域。具体的属于废水脱氟、除磷、除硬处理的结晶流化床技术领域。

背景技术

在废水处理领域，结晶流化床广泛用于废水除硬（细砂晶种，加碳酸钠药剂，生成碳酸钙晶体沉淀）；废水除氟（需添加CaF晶种和CaCl药剂，生成CaF晶体沉淀），和废水脱磷（使用鸟粪石晶种）；通过向水体中加入化学药剂，生成的CaF等难容性物质在水中过饱和，从而在晶种表面持续集聚，晶体长大到一定尺寸后会打破流化平衡，自动沉积到床层底部，并被排出。结晶流化床水处理过程产生的沉积物主要为颗粒形态，相较于传统沉淀法处理工艺产生的絮状沉淀而言结构更为紧密，含水率低，在水体中沉降速度快，通常无需附加混凝药剂。

在废水的脱氟、除硬等流化床处理过程中，进入结晶流化床的原水中氟离子、钙镁离子等目标离子的浓度通常均为较为微量的低浓度状态，通常均需经过回流提高对水质目标离子的去除率。另一方面，为避免流化的晶体颗粒，尤其是微小的晶种颗粒随水流从床顶部排出而影响水质（浊度增大），目前的结晶流化床装置均包括一个位于顶部的大直径沉淀装置，以使得水流在此处降低流速，被冲刷至此的微小晶体颗粒沉积。但是这种大直径沉淀装置的尺寸是受限的，处于结构稳定性的要求，其不能无限的增大。因此，在保证微小颗粒沉降效果的前提下（保证溢流水的浊度上限），结晶流化床中整体流量也是受限的，超出该流量上限则会导致大量微小颗粒不能再所述大直径沉淀装置中得到有效沉降而随溢流水外排，使外排水的浊度增大。

上述结晶流化床中受限的整体流量一方面体现了对水处理量的限制。另一方面也限制了对床层颗粒的流化能力。本发明的方案主要着眼于后者。该基于排放水的浊度要求而受限的整体流量导致其所能流化的晶体颗粒尺寸也存在一个上限，超出该颗粒尺寸上限的晶体颗粒会在床中下沉，随后被排出。以结晶流化床脱氟过程为例，目前主流的处理工艺得到的外排CaF晶体的数均粒径均为100-400微米。虽然，相较于传动沉淀方式得到的絮状沉积物而言，结晶沉积物含水率更低，但是过小的晶体粒径仍然会使得后续处理过程，如过滤等面临较严重的堵塞问题。并且，过小的晶体颗粒其利用价值也较低，不利于实现充分的资源化利用。

传统观念认为，结晶流化床中各区域的流速分布应当竟可能的均匀，以利于晶体生长和沉降。因此，现有的结晶流化床装置底部通常均设有布水装置，以促进原水流在床内的均匀分布，目前常用的布水装置以多孔筛板为主。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种差速布水器及其在结晶流化床中的应用。本发明的结晶流化床能够在整体流量不变的情况下，增大外排晶体颗粒的尺寸，从而简化外排晶体颗粒的后处理过程，并提高外排晶体颗粒的价值。

本发明的方案具体如下：一种差速布水器9，包括上孔板91和下孔板92，其中上孔板91的开孔数量大于下孔板92的开孔数，且当所述上下孔板安装在流化床本体1内部时，下孔板92上的每一个开孔均与上孔板91上的一个开孔对应；所述上下孔板上对应的开孔通过套接在开孔内部的引水管94密封连接；所述上孔板91上未被连接的开孔形成引水套93；所述引水管94的进口端位于下孔板92的下部（包括下表面）；所述引水套93的进口端位于上孔板91的下部（包括下表面）和下孔板92的上方（不包括上表面），所述引水管94和引水套93的出口端均位于上孔板91的上部（包括上表面），所述差速布水器允许通过将至少两股水流分别引入上下孔板之间和下孔板下方，并调整相应进水流量，使得引水套93和引水管94的出口处形成差异化的出口流速。

所述的上孔板91和下孔板92可以相互平行设置，且上下孔板上的开孔均为圆形孔；所述引水管94垂直于上下孔板布置形成所述差速布水器9的A构型。所述A构型结构简单，利于加工和组装。

所述的上孔板91和下孔板92还可以相互倾斜设置，两者夹角为15-45度，优选为30度。所述引水管94垂直于上孔板91设置。所述上孔板91上的开孔呈圆形；所述下孔板92上开孔呈椭圆形，所述圆形孔和椭圆形孔的内壁能够与所述引水管94的外壁密封贴合，从而形成所述差速布水器9的B构型。所述B构型的倾斜下孔板92利于富集在所述下孔板上表面的晶体颗粒外排。

所述的引水管94和引水套93可以沿“十字”方向交替间隔布置，从而使所述的微湍动和旋流在流化床本体1的底部横截面上均匀分布。当采用所述的十字交替布置时，在上孔板91上任意相邻的四个孔组成的正方形孔组上，引水管94或引水套93均分布在所述正方形孔组对角线两端位置。该种布置方式使得任意两个相邻的两个引水管94相互不接触，其间隙形成进入上下孔板间的原水的流动间隙。

所述引水管94和引水套93还可以按如下方式布置：多个引水管94紧邻布置成簇，任意相邻的簇之间被引水套93包围隔开。该种布置方式下，高流速区域和低流速区域都更加集中。分各包围所述成簇布置的引水管94的引水套93所对应的下部空隙形成进入上下孔板间的原水的流动间隙，该流动间隙大于十字型布置方式形成的间隙，因而原水在上下孔板间的流动分布更容易。

构成所述簇的引水管94的数量可以是2个（条形簇）、3个（三角形簇）、四个（正方形簇）、5个（星形簇）、6个（长方形簇）或更多。可以直接采用单种簇或采用多种不同簇的组合。

本发明还提供一种上述差速布水器9在结晶流化床中的应用。所述结晶流化床包括流化床本体1，所述流化床本体1包括位于底部的圆柱状流化区域和位于所述圆柱状流化区域上方的圆柱状沉降区域，所述沉降区域的直径大于流化区域的直径；两者通过一个倒圆台过渡连接；所述差速布水器9安装在所述流化区域的底部。所述的上孔板91的下壁和下孔板92的上壁、引水管94的外壁及流化床本体1的内壁构成上原水腔，其与上进水口11流体连通；所述下孔板92的下壁与流化床本体1的内壁构成下原水腔，其与下进水口12流体连通。

连通上下进水口的两个原水支管6上分别设有调节阀，用于调节输入所述上下原水腔中的原水流量，进而允许在引水管94的上端出口处和引水套93的上端出口处形成不同的原水出口流速。

卸料口71与回流口分别于不同的原水腔连通。例如当卸料口71设在上原水腔侧壁时，将回流口设在流化床本体1的底端使其与下原水腔连通，此连接方式下优选采用簇式引水管布置方案，以在上原水腔中提供较充足的原水和晶体颗粒流动间隙；而当卸料口71设在流化床本体1的底端从而与下原水腔连通时，将回流口设在上原水腔的侧壁；此连接方式下可以不对引水管布置方案进行限制，或根据实际进行选择。

所述差速布水器9的B构型优选用于卸料口71设在上原水腔侧壁的情形；并且优选所述卸料口71设在B构型形成的上原水腔的最下端，以利于富集在上原水腔中的晶体颗粒向外排出。基于促进晶体颗粒向卸料口71聚集的目的，可以进一步的将所述上进水口11设在所述卸料口71的相对侧，从而借助进入上原水腔的原水流动，促进晶体颗粒向卸料口71的聚集过程。相反的，基于改善原水流在上原水腔中的均匀分布目的，可以将所述上进水口11设在所述卸料口71同侧的上方，进而进入上原水腔的原水在远离上进水口11的区域可以因空间的减小而获得水压上的补偿，改善各引水套93出口处的水压和流速均匀性。

优选的，安装了所述差速布水器9的结晶流化床还包括，第一药剂箱2，第二药剂箱3，晶粒收集箱4，静态混合器5，所述上下进水口分别通过原水支管6连接同一个静态混合器5的出口端，该静态混合器5的进口端则分别连接原水总管和第一药剂箱2；回流口通过管道连接另一静态混合器5的出口端，该静态混合器5的进口端分别连接第二药剂箱3和流化床本体1中上部的回流水出口；卸料口71通过卸料管7连接晶粒收集箱4；流化床本体1的顶部连接排水管10。通过调整第一、第二药剂箱内装填的材料，实现对废水的脱氟、除磷和/或除硬净化处理。

相比于现有技术，本发明的方案至少能够取得如下有益效果：通过采用差速布水器在流化床本体的底部区域处形成了在横截面上均匀交替分布多个高、低速出口流速区域，从而对晶体颗粒形成卷吸作用，阻滞其下沉过程，使晶体颗粒形成在低流速区下沉—被卷吸至高流速区并上浮—再迁移至低流速区下沉的动态过程中进一步长大。

附图说明

图1为差速布水器的A构型示意；

图2为差速布水器的B构型示意；

图3为引水管的十字交替布置示意；

图4为引水管的条形簇和正方形簇组合布置示意；

图5为引水管的多种簇形布置示意；

图6为差速布水器在结晶流化床中的安装示意；

图7为A构型布水器在流化床本体中的安装位置示意；

图8为B构型布水器在流化床本体中的安装示意一；

图9为B构型布水器在流化床本体中的安装示意二。

图中：1为流化床本体，11为上进水口，12为下进水口，2为第一药剂箱，3为第二药剂箱，4为晶粒收集箱，5为静态混合器，6为原水支管，7为卸料管，71为卸料口，8为回流管，9为差速布水器，91为上孔板，92为下孔板，93为饮水套，94为引水管，10为排水管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明。

参见图1-2，提供一种差速布水器9，其包括上孔板91和下孔板92，其中上孔板91的开孔数量是下孔板92的开孔数的两倍，且当所述上下孔板安装在流化床本体1内部时，下孔板92上的每一个开孔均与上孔板91上的一个开孔对应；所述上下孔板上对应的开孔通过套接在开孔内部的引水管94密封连接；所述上孔板91上未被连接的开孔形成引水套93；所述引水管94的进口端位于下孔板92的下部（包括下表面）；所述引水套93的进口端位于上孔板91的下部（包括下表面）和下孔板92的上方（不包括上表面），所述引水管94和引水套93的出口端均位于上孔板91的上部（包括上表面），所述差速布水器允许通过将至少两股水流分别引入上下孔板之间和下孔板下方，并调整相应进水流量，使得引水套93和引水管94的出口处形成差异化的出口流速。

优选的，所述引水套93和引水管94的出口端不齐平，且其中一者的出口端位于上孔板91的上表面，另一者的出口端高出上孔板的上表面，具有较高出口端的一者内通高速水流（本优选方案未在图中示出）。例如，将引水管94的出口端设为高于上孔板94的上表面，相应的将引水套93的出口端设为与上孔板91的上表面齐平，在引水管94中通高流速原水和/或回流水流。当然，也可以采用相反的布置方式。该优选方案允许沉降至较高出口端下方的晶体颗粒得意顺利通过较低的出口端沉降，利于晶体颗粒的收集过程。

参见图1，所述的上孔板91和下孔板92可以相互平行设置，且上下孔板上的开孔均为圆形孔；所述引水管94垂直于上下孔板布置形成所述差速布水器9的A构型。所述A构型结构简单，利于加工和组装。

参见图2，所述的上孔板91和下孔板92还可以相互倾斜设置，两者夹角为15-45度，优选为30度。所述引水管94垂直于上孔板91设置。所述上孔板91上的开孔呈圆形；所述下孔板92上开孔呈椭圆形，所述圆形孔和椭圆形孔的内壁能够与所述引水管94的外壁密封贴合，从而形成所述差速布水器9的B构型。所述B构型的倾斜下孔板92利于富集在所述下孔板上表面的晶体颗粒外排。

参见图3，所述的引水管94和引水套93可以沿“十字”方向交替间隔布置，从而使所述的微湍动和旋流在流化床本体1的底部横截面上均匀分布。当采用所述的十字交替布置时，在上孔板91上任意相邻的四个孔组成的正方形孔组上，引水管94或引水套93均分布在所述正方形孔组对角线两端位置。该种布置方式使得任意两个相邻的两个引水管94相互不接触，其间隙形成进入上下孔板间的原水的流动间隙。

参见图4-5，所述引水管94和引水套93还可以按如下方式布置：多个引水管94紧邻布置成簇，任意相邻的簇之间被引水套93包围隔开。该种布置方式下，高流速区域和低流速区域都更加集中。分各包围所述成簇布置的引水管94的引水套93所对应的下部空隙形成进入上下孔板间的原水的流动间隙，该流动间隙大于十字型布置方式形成的间隙，因而原水在上下孔板间的流动分布更容易。

构成所述簇的引水管94的数量可以是2个（条形簇）、3个（三角形簇）、四个（正方形簇）、5个（星形簇）、6个（长方形簇）或更多。可以直接采用单种簇或采用多种不同簇的组合。

参见图6-9，本发明还提供一种上述差速布水器9在结晶流化床中的应用。所述结晶流化床包括流化床本体1，所述流化床本体1包括位于底部的圆柱状流化区域和位于所述圆柱状流化区域上方的圆柱状沉降区域，所述沉降区域的直径大于流化区域的直径；两者通过一个倒圆台过渡连接；所述差速布水器9安装在所述流化区域的底部。所述的上孔板91的下壁和下孔板92的上壁、引水管94的外壁及流化床本体1的内壁构成上原水腔，其与上进水口11流体连通；所述下孔板92的下壁与流化床本体1的内壁构成下原水腔，其与下进水口12流体连通。

连通上下进水口的两个原水支管6上分别设有调节阀，用于调节输入所述上下原水腔中的原水流量，进而允许在引水管94的上端出口处和引水套93的上端出口处形成不同的原水出口流速。

卸料口71与回流口分别与不同的原水腔连通。例如当卸料口71设在上原水腔侧壁时，将回流口设在流化床本体1的底端使其与下原水腔连通，此连接方式下优选采用簇式引水管布置方案，以在上原水腔中提供较充足的原水和晶体颗粒流动间隙；而当卸料口71设在流化床本体1的底端从而与下原水腔连通时，将回流口设在上原水腔的侧壁；此连接方式下可以不对引水管布置方案进行限制，或根据实际进行选择。

参见图8-9，所述差速布水器9的B构型优选用于卸料口71设在上原水腔侧壁的情形；此时，更有选采用簇式布置的引水管94；并且优选所述卸料口71设在B构型形成的上原水腔的最下端，以利于富集在上原水腔中的晶体颗粒向外排出。基于促进晶体颗粒向卸料口71聚集的目的，可以进一步的将所述上进水口11设在所述卸料口71的相对侧，从而借助进入上原水腔的原水流动，促进晶体颗粒向卸料口71的聚集过程。相反的，基于改善原水流在上原水腔中的均匀分布目的，可以将所述上进水口11设在所述卸料口71同侧的上方，进而进入上原水腔的原水在远离上进水口11的区域可以因空间的减小而获得水压上的补偿，改善各引水套93出口处的水压和流速均匀性。

参见图6，优选的，安装了所述差速布水器9的结晶流化床还包括，第一药剂箱2，第二药剂箱3，晶粒收集箱4，静态混合器5，所述上下进水口分别通过原水支管6连接同一个静态混合器5的出口端，该静态混合器5的进口端则分别连接原水总管和第一药剂箱2；回流口通过管道连接另一静态混合器5的出口端，该静态混合器5的进口端分别连接第二药剂箱3和流化床本体1中上部的回流水出口；卸料口71通过卸料管7连接晶粒收集箱4；流化床本体1的顶部连接排水管10。通过调整第一、第二药剂箱内装填的材料，实现对废水的脱氟、除磷和/或除硬净化处理。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种差速布水器，其特征在于：包括上孔板（91）和下孔板（92），其中上孔板（91）的开孔数量大于下孔板（92）的开孔数，且当所述上下孔板安装在流化床本体（1）内部时，下孔板（92）上的每一个开孔均与上孔板（91）上的一个开孔对应；所述上下孔板上对应的开孔通过套接在开孔内部的引水管（94）密封连接；所述上孔板（91）上未被连接的开孔形成引水套（93）；所述引水管（94）的进口端位于下孔板（92）的下部；所述引水套（93）的进口端位于上孔板（91）的下部和下孔板（92）的上方，所述引水管（94）和引水套（93）的出口端均位于上孔板（91）的上部；所述差速布水器允许通过将至少两股水流分别引入上下孔板之间和下孔板下方，并调整相应进水流量，使得引水套（93）和引水管（94）的出口处形成差异化的出口流速。

2.如权利要求1所述的差速布水器，其特征在于：所述引水套（93）和引水管（94）的出口端不齐平，且其中一者的出口端与上孔板（91）的上表面齐平，另一者的出口端高出上孔板（91）的上表面，具有较高出口端的一者内通高速水流。

3.如权利要求2所述的差速布水器，其特征在于：上孔板（91）和下孔板（92）相互平行设置，且上下孔板上的开孔均为圆形孔；所述引水管（94）垂直于上下孔板布置形成差速布水器的A构型。

4.如权利要求2所述的差速布水器，其特征在于：上孔板（91）和下孔板（92）相互倾斜设置，两者夹角为15-45度，所述引水管（94）垂直于上孔板（91）设置；所述上孔板（91）上的开孔呈圆形；所述下孔板（92）上开孔呈椭圆形，所述圆形孔和椭圆形孔的内壁能够与所述引水管（94）的外壁密封贴合，从而形成所述差速布水器的B构型。

5.如权利要求1-4中任一项所述的差速布水器，其特征在于：所述引水管（94）的布置方式包括十字交替间隔布置和簇式布置。

6.如权利要求1-5中任一项所述的差速布水器在结晶流化床中的应用，所述结晶流化床包括流化床本体（1），所述流化床本体（1）包括位于底部的圆柱状流化区域和位于所述圆柱状流化区域上方的圆柱状沉降区域，所述沉降区域的直径大于流化区域的直径；所述差速布水器（9）安装在所述流化区域的底部，其特征在于：所述流化床本体（1）的底部包括设在不同高度上进水口（11）和下进水口（12）；所述上孔板（91）的下壁和下孔板（92）的上壁、引水管（94）的外壁及流化床本体（1）的内壁构成上原水腔，其与上进水口（11）连通；所述下孔板（92）的下壁与流化床本体（1）的内壁构成下原水腔，其与下进水口（12）流体连通。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述流化床本体（1）的底部包括连接卸料管（7）的卸料口（71）和连接回流管（8）的回流口；其中卸料口（71）与回流口分别与不同的原水腔连通。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于：所述差速布水器的B构型用于卸料口（71）设在上原水腔侧壁的情形；同时采用簇式布置的引水管（94）；所述卸料口（71）设在B构型形成的上原水腔的最下端。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于：上进水口（11）可以设在所述卸料口（71）的相对侧，或者所述上进水口（11）可以设在所述卸料口（71）同侧的上方。

10.如权利要求6-9中任一项所述的应用，其特征在于：所述结晶流化床还包括第一药剂箱（2），第二药剂箱（3），晶粒收集箱（4），静态混合器（5）。

Images