CN116947179A - 一种流化床深度除氟装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理技术领域，具体地涉及一种流化床深度去除氟、磷等污染物的装置及工艺，包括主体设备、管路系统和自控系统；所述主体设备包括从外至内依次设置的外筒体、中筒体和内筒体；外筒体上端一侧设置出水管；内筒体内为悬浮层区，外筒体内依次分为澄清区、沉淀区、污泥浓缩区；外筒体、中筒体和内筒体底部分别设置底板；外筒体顶部设置盖板；盖板上设置电机，电机输出端与搅拌桨连接；搅拌桨延伸至内筒体中，底部与底板三连接；搅拌桨底部设置配水栅；内筒体顶部高度低于盖板的高度，内筒体底部与原水及药剂进水管连通；中筒体底部封堵，内筒体底部开口。本发明以络合吸附工艺为核心，极大改善提高了除氟效率，降低出水污染物浓度。

Description

一种流化床深度除氟装置及工艺

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体地涉及一种流化床深度去除氟、磷、氨氮等污染物的装置及工艺。

背景技术

如今，工业进程的加快导致含氟废水排放逐年增加，对生物和环境造成极大危害，含氟废水的高效环保处理方法成为世界各国研究的热点。特别是氟化工、电子、冶金、炼钢、铝电解、化工、农药等行业的大量建厂，含氟废水每年大幅增加，如果处理不当会对环境、土壤、人体健康产生极大危害。目前，较为常用的除氟水处理办法有沉淀法、电化学法、吸附法、离子交换树脂法等。化学沉淀法和混凝沉淀法是我国目前使用较为普遍的方法。传统的化学沉淀法投加石灰，尽管形成的氟化钙溶解度较低，水溶液中钙离子无法达到较高浓度，因而去除率有限，出水氟离子浓度可降低至10mg/L左右；传统混凝沉淀法，尽管混凝剂投加量较大，处理效果有所提高，但仅能将出水氟离子浓度降低至3～5mg/L。上述方法同时存在污泥量大、二次污染严重等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种流化床深度除氟装置及工艺，以解决现有技术除氟效果不佳的问题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种流化床深度除氟装置，包括主体设备、管路系统和自控系统；所述主体设备包括从外至内依次设置的外筒体、中筒体和内筒体；所述外筒体上端一侧设置出水管；所述内筒体内为悬浮层反应区，所述外筒体内自上而下依次分为澄清区、沉淀区、污泥浓缩区，澄清区设有出水堰和环形集水渠；所述外筒体、中筒体和内筒体底部分别设置锥形结构的底板一、底板二、底板三；所述外筒体顶部设置盖板；所述盖板上设置电机，电机输出端与搅拌桨连接；搅拌桨延伸至内筒体中，底部通过轴承座与底板三连接；搅拌桨底部设置配水栅；内筒体顶部高度低于盖板的高度，内筒体底部与原水及药剂进水管连通；中筒体底部封堵，内筒体底部开口。

进一步的，所述搅拌桨的桨片为具有流体提升功能的折桨或螺旋桨，便于将水流向上推动。

进一步的，所述自控系统与控制器连接；所述自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；所述信号输入单元包括位于原水及药剂进水管上的电磁流量计、位于外筒体内部的低液位传感器、位于出水管上的氟离子在线检测仪；所述信号输出控制单元包括位于原水及药剂进水管上的提升泵和电动调节阀、位于外筒体顶部的减速电机和位于控制器系统内的接线切换系统。正常运行工况下，进水电动调节阀处于常开状态，排泥气动蝶阀处于常闭状态。当出水管氟离子仪检测的氟离子检测值达到预设值时，调整加药泵流量。

进一步的，所述流化床深度除氟装置实现除氟的工艺，包括：

A、原水和药剂由原水及药剂进水管自下而上进入内筒体内的悬浮层区；

B、原水与药剂在悬浮层中产生大量悬浮絮体，这些絮体具有较大的比表面积和高体积浓度；絮体在重力和上升水流冲击力作用下形成悬浮层；

C、悬浮层絮体从悬浮层区顶部进入中筒体，较大的絮体直接沉降至污泥浓缩区，而较小的絮体在内筒体5底部折桨或螺旋桨提升作用所形成的上向水流挟带下返回悬浮层区，在悬浮层内高浓度的絮体作用下实现对氟离子的深度去除；在此过程中，小颗粒絮体随水流循环经过内筒与中筒，保持悬浮层体积浓度及除氟效果；较大絮体经中筒下沉淀区后最后进入设备下端的污泥浓缩区，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积；

D、悬浮层泥水分界面上部为澄清区，原水经过深度除氟区后，絮体进入沉淀区，清水进入澄清区。在澄清区中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落；清水经澄清区上端的出水堰均匀分配后进入环形集水渠，随后经出水管排水。

进一步的，反应器工作一段时间后，经在出水管设置的出水管在线氟离子仪检测，氟离子浓度超出预设值时，需调整加药量。

进一步的，所述药剂为铝系或铁系絮凝剂，或三价铝离子及铁离子的无机盐类。

本发明的技术效果：

与现有技术相比，本发明的一种流化床除氟深度装置，具有以下优点：

1、本发明以络合及絮体吸附工艺为核心，作为一种可控的除氟技术，极大提高了除氟效果，并利用悬浮层内絮体的自加载絮凝作用提高了工艺出水水质，实现高效稳定净化效果的水质净化工艺；

2、本发明在主体设备中将深度除氟、絮凝、澄清、沉淀及污泥浓缩等诸多工艺单元集于一体，实现了深度除氟、絮凝和固液分离的一体化，对各种含氟污废水具有高效、稳定的处理效果，同时占地面积小，自动化程度高，操作简单，处理成本低，可广泛应用于各种含氟、含磷或其它离子废水的深度处理；

3、本发明外筒体、中筒体和内筒体的配合设置，使得在工艺运行过程中，有效去除水中的氟离子，大大提高循环水的浓缩倍率。

附图说明

图1为本发明流化床深度除氟装置主体结构示意图；

图2为本发明图1的A-A向剖视图。

图中，原水及药剂进水管1、提升泵2、电动调节阀3、电磁流量计4、内筒体5、搅拌桨6、中筒体7、外筒体8、出水堰9、环形集水渠10、出水管11、排泥管12、气动蝶阀13、电机14、肋板15、低液位传感器16、氟离子在线检测仪17、底板三18、底板二19、配水栅20、盖板21、减速电机22、底板一23、悬浮层区a、澄清区b、沉淀区c、污泥浓缩区d。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：

如图1-2所示，本实施例涉及的一种流化床深度除氟装置，包括主体设备、管路系统和自控系统；所述主体设备包括从外至内依次设置的外筒体8、中筒体7和内筒体5；所述外筒体8上端一侧设置出水管11；所述内筒体5内为悬浮层区a，所述外筒体8内自上而下依次分为澄清区b、沉淀区c、污泥浓缩区d，澄清区b设有出水堰9和环形集水渠10，保证出水均匀稳定；所述外筒体8、中筒体7和内筒体5底部分别设置锥形结构的底板一23、底板二19、底板三18；所述外筒体8顶部设置盖板21；所述盖板21上设置电机14，电机14输出端与搅拌桨6连接；搅拌桨6延伸至内筒体5中，底部通过轴承座与底板三18连接；搅拌桨6底部设置配水栅20；内筒体5顶部高度低于盖板21的高度，内筒体5底部与原水及药剂进水管1连通；中筒体7底部封堵，内筒体5底部开口。

所述外筒体8与中筒体7之间、中筒体7与内筒体5之间均由若干肋板15焊接固定；实例性的，所述肋板15的安装位置如图1、图2所示，肋板15一端满焊于中筒体7内壁上，另一端满焊于内筒提5外壁上，肋板15分上下两组，每组各四个。上肋板为矩形，下肋板为图1中所示的多边形，保证底板三18能与下肋板焊接在一起，对内筒体7起一定的支撑作用。在外筒体8内壁、内筒体5、肋板15、出水堰9、环形集水渠10、原水及药剂进水管1管内部分均做防腐处理，防止原水对罐体腐蚀，影响设备使用寿命。

所述搅拌桨6的底部桨片为折桨或螺旋桨，便于将水流向上推动。

所述自控系统与控制器连接；所述自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；所述信号输入单元包括位于原水及药剂进水管1上的电磁流量计4、位于外筒体8内部的低液位传感器16、位于出水管11上的氟离子在线检测仪17；所述信号输出控制单元包括位于原水及药剂进水管1上的提升泵2和电动调节阀3、位于排泥管12的气动蝶阀13、位于外筒体8顶部的减速电机22和位于控制器系统内的接线切换系统。正常运行工况下，进水电动调节阀3处于常开状态，排泥气动蝶阀13处于常闭状态。当出水管氟离子在线检测仪17检测的氟离子浓度达到预设值时，对加药量进行调整。

所述高效流化床除氟装置实现除氟的工艺，包括：

A、原水和药剂由原水及原水及药剂进水管1自下而上进入内筒体5内的悬浮层区a；

B、原水在悬浮层区a中搅拌，产生大量悬浮絮体，这些絮体具有比表面积大、体积浓度高等优点；絮体在重力和上升水流冲击力作用下在悬浮层区a形成悬浮层；

C、悬浮层絮体自顶部进入中筒体7后进行拥挤沉降，较大的絮体从悬浮层区a出来后直接沉降，而较小的絮体在内筒体5底部具有提升功能的折桨或螺旋桨的搅拌形成的上向水流作用下，经水流挟带重新进入悬浮层区a，与新产生的絮体又继续对悬浮层进行补充，维持高体积浓度；在此过程中，水循环经过内筒与中筒，提高絮凝效果；较大絮体经中筒下沉淀区c后最后进入设备下端的污泥浓缩区d，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积；

D、悬浮层泥水分界面上部为澄清区b，原水经过悬浮层区a后，絮体进入沉淀区c，清水进入澄清区b。在澄清区b中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落；清水经澄清区b上端的出水堰9均匀分配后进入环形集水渠10，随后经出水管11排水。

反应器工作一段时间后，经在出水管11设置的出水管氟离子在线检测仪17检测，氟离子浓度达到预设值时，需进行加药量调整。

所述药剂为铝系或铁系絮凝剂，或高价态铝系及铁系无机盐类。

本发明氟离子与多数金属离子发生的化学反应均为如下所述的可逆反应：

本发明通过大幅度增大水溶液中金属离子Mⁿ⁺的浓度(M为金属元素，n为金属离子价态)，可提高反应物浓度积，从而促使反应由左往右进行，提高氟离子去除率。本发明反应过程中，铝系、铁系絮凝剂形成的絮体颗粒在上向水流作用下可形成高体积浓度悬浮层，该悬浮层内存在远高于传统絮凝工艺的金属离子浓度及絮体浓度，从而大幅度提高目标离子去除率。即通过向废水中投加铝离子、铁离子等金属离子，导入反应器后，通过改善搅拌条件形成絮体悬浮层，悬浮层内高浓度的金属离子与氟离子发生化学反应，从而有效提高除氟效果，工艺运行中可将出水氟离子降低至1mg/L以下。

本发明通过控制流化床结构，搅拌强度与絮凝剂的投加量，能够很好的促进悬浮絮体层的形成，适用于多种水处理场合的氟离子、磷酸盐等多种目标污染物的深度处理。

本发明以流化床为核心，通过控制搅拌G值和上升流速控制悬浮絮体的生成，机械搅拌作用在药剂上，使其在溶液中均匀分散，增大药剂与废水的接触面积以及接触时间，使得废水中目标离子更容易被悬浮层拦截吸附；通过控制G值使药剂在水中充分分散并水解且保持絮体生长不至于破碎。上升流速会对絮体悬浮层的厚度与高度造成影响，本申请通过控制上升流速，可有效增大絮体颗粒在上向水流的作用下形成高浓度絮体悬浮层，逐步实现絮体悬浮层的拦截、络合与吸附作用，在重力的作用下过剩絮体颗粒沉降至反应器排泥区，浓缩之后排出，固液分离上清液继续向上流入出水区，从而在流化床除氟装置内自动完成固液分离，能够有效去除氟、磷等污染物，保证出水水质达到要求。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式及实施对象，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (6)

1.一种流化床深度除氟装置，包括主体设备、管路系统和自控系统；其特征在于：所述主体设备包括从外至内依次设置的外筒体、中筒体和内筒体；所述外筒体上端一侧设置出水管；所述内筒体内为悬浮层反应区，所述外筒体内自上而下依次分为澄清区、沉淀区、污泥浓缩区，澄清区设有出水堰和环形集水渠；所述外筒体、中筒体和内筒体底部分别设置锥形结构的底板一、底板二、底板三；所述外筒体顶部设置盖板；所述盖板上设置电机，电机输出端与搅拌桨连接；搅拌桨延伸至内筒体中，底部通过轴承座与底板三连接；搅拌桨底部设置配水栅；内筒体顶部高度低于盖板的高度，内筒体底部与原水及药剂进水管连通；中筒体底部封堵，内筒体底部开口。

2.根据权利要求1所述的高效流化床除氟装置，其特征在于：所述搅拌桨的桨片为具有流体提升功能的折桨或螺旋桨。

3.根据权利要求1所述的高效流化床除氟装置，其特征在于：所述自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；所述信号输入单元包括位于原水及药剂进水管上的电磁流量计、位于外筒体内部的低液位传感器、位于出水管上的氟离子在线检测仪；所述信号输出控制单元包括位于原水及药剂进水管上的提升泵和电动调节阀、位于外筒体顶部的减速电机和位于控制器系统内的接线切换系统。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高效流化床除氟装置，其特征在于：所述流化床深度除氟装置实现除氟的工艺，包括：

A、原水和药剂由原水及药剂进水管自下而上进入内筒体内的悬浮层区；

B、原水与药剂在悬浮层中产生大量悬浮絮体，这些絮体具有较大的比表面积和高体积浓度；絮体在重力和上升水流冲击力作用下形成悬浮层；

C、悬浮层絮体从悬浮层区顶部进入中筒体，较大的絮体直接沉降至污泥浓缩区，而较小的絮体在内筒体5底部折桨或螺旋桨提升作用所形成的上向水流挟带下返回悬浮层区，在悬浮层内高浓度的絮体作用下实现对氟离子的深度去除；在此过程中，小颗粒絮体随水流循环经过内筒与中筒，保持悬浮层体积浓度及除氟效果；较大絮体经中筒下沉淀区后最后进入设备下端的污泥浓缩区，进行压缩沉淀，从而减小污泥含水率及污泥体积；

D、悬浮层泥水分界面上部为澄清区，原水经过深度除氟区后，絮体进入沉淀区，清水进入澄清区。在澄清区中一些未被悬浮层截留的絮体碰撞聚合重新长成大絮体后回落；清水经澄清区上端的出水堰均匀分配后进入环形集水渠，随后经出水管排水。

5.根据权利要求4所述的流化床深度除氟装置，其特征在于：经在出水管设置的出水管在线氟离子仪检测，氟离子浓度超出预设值时，需调整加药量。

6.根据权利要求5所述的高效流化床除氟装置，其特征在于：所述药剂为铝系或铁系絮凝剂，或三价铝离子及铁离子的无机盐类。