CN111498967B - 结晶流化床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于废水脱氟、除磷、除硬处理用的结晶流化床。其在传统结晶流化床的基础上，改进了布水单元结构，使用由双层孔板及引水管、引水套等部件构造而成的差速布水器，相较于传统的多孔布水器，所述差速布水器能在流化床本体的底部区域处形成在横截面上均匀交替分布的多个高、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，从而能够在床层总体流量不变的情况下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。

Description

结晶流化床

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。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种结晶流化床。本发明的结晶流化床能够在床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：一种结晶流化床，包括流化床本体1，第一药剂箱2，第二药剂箱3，晶粒收集箱4，静态混合器5，所述流化床本体1的底部不同高度处分别设有两个原水进口，分别为上进水口11和下进水口12；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；所述流化床本体1的底部还设有回流水进口，其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；所述流化床本体1的底部还设置有卸料口，其通过卸料管7连接晶粒收集箱4；所述流化床本体1的顶部连接有排水管10，用于排放处理后的溢流水；所述流化床本体1的内部设置有差速布水器9，所述差速布水器9分别连通两个原水支管6从而能够在流化床本体1底部形成在横截面上差异化的进水流速分布。

所述的差速布水器9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。

在该差异化的出口流速作用下，低流速区域的原水流受到高流速区域原水流的卷吸，从而在高、低流速边界区产生微湍动和旋流，而相比于于流化床本体1的整体高度，该微湍动和旋流仅发生在流化床本体1的底部区域，上部区域则未出现明显的流速差异和湍动。令人惊奇的是，上述布置形成的区域性微湍动和旋流能够阻滞晶体颗粒的下沉，在流化床本体1的上部区域长大到一定尺寸的晶体颗粒在下沉到底部微湍动区域时，受高流速区域的影响，下沉的晶体颗粒向低流速区域集中，而下沉的同时又受到高流速区域的卷吸而再次被“扬起”，从而在该微湍动区域持续环流，直至进一步长大并克服所述卷吸作用，从所述低流速区下沉至上原水腔或下原水腔，富集后外排。

所述的引水管94和引水套93优选沿“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。

所述差异化出口流速的形成可以通过调节两个原水支管6的调节阀实现，也可以在两个原水支管6内原水流量相同的情况下，通过选择回流水的接入位置实现（例如接入上原水腔或下原水腔），当然也可以组合利用这两种方式。

所述的流化床本体1底部还设有与卸料管7连通的卸料口71，所述卸料口71布置在具有低出口流速的原水腔上。当所述卸料口71设在上原水腔侧壁时，优选所述卸料口71布置在上进水口11的相反一侧，以避免进水对卸料过程的干扰。

所述的高、低出口流速差值存在一个上限，较大的流速差异在卷吸过程中会使晶体颗粒之间产生严重的撞击，从而产生大量的小晶体，不利于晶体的持续生长。所述的流速差值优选的小于4倍。

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为实施例1的管路连接示意；

图2为差速布水器在实施例1的流化床本体内的布置示意；

图3为实施例2的管路连接示意；

图4 为差速布水器在实施例2的流化床本体内的布置示意；

图5为引水管与引水套的十字交替布置示意。

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，81为回流口，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。

提供一种结晶流化床，所述结晶流化床用于处理低浓度含氟废水，包括流化床本体1，所述流化床本体1包括位于中下部的圆柱状流化区和位于顶部的圆柱状沉降区，其中所述流化区的内径为600mm高度为3000mm，所述沉降区的内径为1200mm，高度为800mm；所述流化区的顶部与所述沉降区的底部通过一个倒圆锥台结构连接，所述倒圆锥台结构的高度为300mm；所述结晶流化床还包括第一药剂箱2，第二药剂箱3，所述第一、第二药剂箱内均放置等浓度的CaCl溶液，晶粒收集箱4，静态混合器5；在所述流化床本体1的流化区底部不同高度处分别设有上进水口11和下进水口12；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的出口端，该静态混合器的进口端则分别连接原水总管和第一药剂箱2；所述流化床本体1的底部还设有回流水进口，其通过管道连接另一静态混合器的出口端，该静态混合器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；所述流化床本体1的底部还设置有卸料口，其通过卸料管7连接晶粒收集箱4；所述流化床本体1的顶部连接有排水管10；其中原水中氟离子浓度为2000ppm。

实施例1

在流化床本体1的内部设置差速布水器9，其包括上孔板91和下孔板92，其中上孔板91的开孔数量164孔，下孔板92的开孔数82孔；所述上下孔板上开设的孔均为圆形孔。孔内径均为37.5mm。当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；对应的开孔内套接有引水管94，所述引水管94的壁厚为1mm；上孔板91上剩余的开孔形成引水套93。引水套93的总开口面积为0.09m²；引水管94的总开口面积为0.08 m²；

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；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。

将回流管8连通于流化床本体1的底端；将所述卸料口71设于上原水腔侧壁的底端。

调节两条原水支管6上的调节阀和回流泵的功率，进而调节引水套93和引水管94的出口流速。其中回流水与原水中的药剂添加比例相同。处理后的水从排水管10排出，晶体颗粒从引水套93掉落至上原水腔，富集后从卸料管71排出至晶粒收集箱4。检测出水中氟离子浓度是否达到排放标准，并分析收集的晶体颗粒数均粒径。结果见表1。

实施例2

区别于实施例1的是，在上原水腔侧壁设置回流口81，并将其连通于回流管8；将卸料管7连通于流化床本体1的底端。其他条件保持不变。

处理后的水从排水管10排出，晶体颗粒从引水管94掉落至下原水腔，富集后从流化床本体1的底部经卸料管71排出至晶粒收集箱4。检测出水中氟离子浓度是否达到排放标准，并分析收集的晶体颗粒数均粒径。结果见表1。

对比例1

区别于实施例1的是，在流化床本体1的内部设置筛板布水器，将第一、第二原水支管6及回流管8的接入口均设在筛板布水器下方；将所述卸料口71设在筛板布水器上表面一侧的流化床本体内壁上。所述筛板布水器上的开孔数量、开孔位置及孔径与实施例1中所述差速布水器9的上孔板91上的开孔参数相同。其他条件与实施例1保持一致。

处理后的水从排水管10排出，晶体颗粒掉落至筛板布水器上表面的未开孔处，富集后经卸料管71排出至晶粒收集箱4。检测出水中氟离子浓度是否达到排放标准，并分析收集的晶体颗粒数均粒径。结果见表1。

表1

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 (6)

1.一种结晶流化床，包括流化床本体（1），第一药剂箱（2），第二药剂箱（3），晶粒收集箱（4），静态混合器（5），其特征在于：所述流化床本体（1）的底部不同高度处分别设有两个原水进口，分别为上进水口（11）和下进水口（12）；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）；所述流化床本体（1）的底部还设有回流水进口，其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；所述流化床本体（1）的底部还设置有卸料口（71），其通过卸料管（7）连接晶粒收集箱（4）；所述流化床本体（1）的顶部连接有排水管（10）；所述流化床本体（1）的内部设置有差速布水器（9），所述差速布水器（9）分别连通两个原水支管（6）从而能够在流化床本体（1）底部形成在横截面上差异化的进水流速分布；所述差异化的进水流速分布能够在流化床本体（1）的底部区域形成高流速区域和低流速区域，所述高流速区域和低流速区域形成区域性微湍动和旋流，并借助高流速区域对低流速区域的卷吸作用阻滞晶体颗粒下沉，直至所述晶体颗粒进一步长大至一定尺寸后，克服所述卷吸作用，并从所述低流速区域下沉至所述差速布水器（9）中或其下方后外排；所述的差速布水器（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）。

2.如权利要求1所述的结晶流化床，其特征在于：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。

3.如权利要求2所述的结晶流化床，其特征在于：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。

4.如权利要求1所述的结晶流化床，其特征在于：所述的引水管（94）和引水套（93）沿“十字”方向交替间隔布置，从而使差异化流速引起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；所述差异化的进水流速分布的形成通过调节两个原水支管（6）的调节阀实现，或在两个原水支管（6）内原水流量相同的情况下，通过选择回流水的接入位置实现，或组合利用这两种方式。

5.如权利要求3所述的结晶流化床，其特征在于：所述卸料口（71）布置在具有低出口流速的原水腔上。

6.如权利要求5所述的结晶流化床，其特征在于：当所述卸料口（71）设在上原水腔侧壁时，所述卸料口（71）布置在上进水口（11）的相反一侧。

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