CN204607756U - 一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，包括依次连通的混凝沉淀预处理室、结晶室和沉淀回收室，所述结晶室包括依次串联的若干个结晶区，每个结晶区的上游为加药反应区，下游为内置插板式结晶器的主结晶区；所述的插板式结晶器包括支撑架以及安装在支撑架上的若干块结晶插板，每块结晶插板包括与支撑架相配合的外框以及设置在外框内的结晶笼。本实用新型公开了一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，通过将多级结晶区串联，通过对药剂投加量及反应条件的精确调控，促进MAP结晶反应的彻底进行，高产率地获得高纯度的MAP晶体。
Description
技术领域
本实用新型涉及废水处理的技术领域，尤其涉及一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置。
背景技术
工业废水含有大量高浓度的氨氮或磷酸根，如煤气化废水、合金废水、炼油废水、磷酸盐工业废水。尤其是在节能减排的背景下，工业用水循环使用次数增加，导致污染物浓度不断提高。
由于氮、磷是水体富氧化的重要诱因，无水的脱氮除磷是水处理的主要任务之一。然而，磷在自然界中单项循环造成磷资源日趋减少，全球磷矿资源将于本世纪中叶出现枯竭的状况，而我国磷矿资源已成为2010年不能满足国民经济发展需求的20种矿产之一。为满足日益严格的氮磷排放标准和资源科持续利用的要求，研发控制磷氮污染同时回收可利用资源的技术已成为污水处理技术领域的前沿课题。
当污水中存在NH4 +、Mg2+和PO4 3-时，发生如下反应：NH4 ++Mg2++PO4 3-→MgNH4PO4·6H2O，↓生成物MgNH4PO4·6H2O即为磷酸铵镁，简称为MAP，俗称鸟粪石，为白色晶体，是一种良好的缓释肥。磷酸铵镁(MAP)结晶法技术因其可以实现同时去除和回收污水氮磷的“双赢”目标，近年来备受关注，发展前景广阔。
现有的MAP结晶技术大多采用搅拌-沉淀一体化设计，但是运行过程中存在搅拌区搅拌不均匀，搅拌转速过高，沉淀区受搅拌区搅动影响导致MAP晶体沉淀效果下降，少量MAP晶体流出结晶反应器。
钱峰等(钱峰,宋永会,向连城,袁芳,葛杰,MAP晶体捕集反应器回收猪场厌氧消化液中磷的研究,环境科学学报,第34卷第12期,2014年12月)研究了MAP结晶法晶体捕集反应器在曝气条件下回收猪场厌氧消化液中磷元素的能力，该MAP晶体捕集反应器为一圆锥型反应器，内部以两层不锈钢丝网作为载体起到晶体捕集作用，连接空气压缩机、流量计和曝气头，曝气头置于反应器底部。
该MAP晶体捕集反应器中采用的是常用的平面结构形式的捕集网，结构简单，但捕集效率不高。尤其是该反应器中采用的是单级结晶收集，仅通过一级调节反应组分，较难控制，不能得到最优化的反应条件，同时不能及时地收集磷酸铵镁晶体，导致有很多磷酸铵镁没有结晶而成为沉淀形式，因此高纯MAP晶体产品的产率较低。
实用新型内容
本实用新型公开了一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，通过将多级结晶区串联，通过对药剂投加量及反应条件的精确调控，促进MAP结晶反应的彻底进行，高产率地获得高纯度的MAP晶体。
一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，包括依次连通的混凝沉淀预处理室、结晶室和沉淀回收室，所述结晶室包括依次串联的若干个结晶区，每个结晶区的上游为加药反应区，下游为内置插板式结晶器的主结晶区；
所述的插板式结晶器包括支撑架以及安装在支撑架上的若干块结晶插板，每块结晶插板包括与支撑架相配合的外框以及设置在外框内的结晶笼。
所述的混凝沉淀预处理室包括上游的混凝区和下游的沉淀区，混凝区可采用常规的隔板反应器，隔板反应器由隔板分隔成至少三格，第一格设置搅拌器；沉淀区可采用常规的竖流式沉淀池或辐流式沉淀池，以实现泥水分离。
本实用新型中，含高浓度的氨或磷酸根的废水经由设置在混凝区第一格侧壁上的进水口进入该结晶装置，经混凝剂和助凝剂的混凝作用后，再流经沉淀区后，去除废水中的胶体及悬浮杂质。一方面防止胶体、悬浮物等杂质影响磷酸铵镁结晶，另一方面提高磷酸铵镁结晶的纯度。
经混凝沉淀预处理后的废水进入结晶区，首先流经单个结晶区的加药反应区，该加药反应区内通过投加氢氧化钠调节pH值，再投加镁盐、磷酸盐(或铵盐)，调节实现磷酸铵镁反应的离子条件，随着预处理后的废水的进入，MAP晶体不断析出，并附着在插板式结晶器上，经结晶区处理后的废水中还残留有磷酸铵镁及其它混凝形式的絮状杂质，在沉淀回收室内实现泥水分离，视处理程度，出水可排放或纳入下一级污水处理系统进行深度处理。
作为优选，所述插板式结晶器中的结晶笼为螺旋结构，该结构可以保障结晶空间，同时也可以保护结晶体防止被水力搅拌打碎晶体而流失。
进一步优选，所述的结晶笼的表面为经磨砂处理的粗糙面；一旦MAP结晶体附着在该粗糙面上，有助于磷酸铵镁在晶体表面进一步结晶。
作为优选，各结晶区依次相邻布置，相邻的结晶区通过开设在侧壁上的流道相互连通。
作为优选，各结晶区布置在同一水平高度；所述结晶区内设有立置的折流挡板，在该折流挡板的两侧均设有插板式结晶器。
作为优选，所述插板式结晶器的下方设有曝气管，由外置风机通入空气，进行曝气。
作为优选，所述结晶区的加药反应区内设有搅拌器，便于反应进行的更加充分；进一步地，所述的搅拌器相互对正。
所述的插板式结晶器可通过两种方法固定在结晶区内，一种是在插板式结晶器上焊接吊杆与挂杆，这种方式可以人工将插板式结晶器提起，回收MAP晶体；另一种是在插板式结晶器上焊接吊孔，在结晶区底部安装支架，通过机械起吊完成MAP晶体的回收。
根据实验及反应公式可知，MAP不断结晶析出的过程中，pH值不断下降，镁离子、铵根离子(或磷酸根离子)数量也不断减少，但该反应为可逆反应，当MAP结晶体产生量过多时，反应逆向，所以必须不断地收集MAP结晶体，同时不断地投加氢氧化钠以调节pH值，并投加镁离子、铵根离子(或磷酸根离子)，才能保证以下反应连续、彻底的进行。
Mg2++NH4++HPO4 2-+6H2O←→MgNH4PO4·6H2O↓+H+ (Ⅰ)；
Mg2++NH4++PO4 3-+6H2O←→MgNH4PO4·6H2O↓ (Ⅱ)；
Mg2++NH4++H2PO4 -+6H2O←→MgNH4PO4·6H2O↓+2H2O (Ⅲ)。
本实用新型采用多个结晶区串联，第一级结晶区通过投加部分药剂析出磷酸铵镁晶体至饱和；在第二级可增投药剂进一步实现结晶；以此类推，结晶区串联数量越多，越容易实现收集，直至系统离子达到平衡。
与现有技术相比，尤其是单级结晶的形式相比，本实用新型中采用多级结晶串联反应系统的结晶装置，其结晶区的药剂投加量与单级结晶的是相同的，但还具有以下的优势：
一是多级结晶反应系统可以逐级收集晶体，有助于反应彻底进行；
二是多级投加药剂，第一级是粗投，第二级及后几级是精投，可以较容易控制药剂投加量；
三是多级串联结晶法可以减少沉淀形式的磷酸铵镁，获得更大产量的以晶体形式存在的高纯度MAP。
附图说明：
图1为本实用新型的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置的俯视图，图中，横向的箭头代表废水的流向；
图2为本实用新型的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置沿A-A向的剖面图；
图3为本实用新型的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置B-B向的剖面图；
图4为插板式结晶器的结构示意图；
图5为结晶插板的结构示意图；
图中，1-进水口，2-混凝区，3-沉淀区，4-加药反应区，5-主结晶区，6-沉淀回收室，7-出水口，8-插板式结晶器，9-曝气管，10-折流挡板，11-结晶区搅拌器，21-隔板，22-混凝区搅拌器，81-支撑架，82-结晶插板，83-吊杆，84-挂杆，821-外框，822-结晶笼。
具体实施方式
参见附图，本实用新型的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置包括依次连通的混凝沉淀预处理室、结晶室和沉淀回收室。
混凝沉淀预处理室包括上游的混凝区2和下游的沉淀区3，混凝区2可采用常规的隔板反应器，隔板反应器由隔板21分隔成至少三格，第一格设置混凝区搅拌器22；沉淀区3可采用常规的竖流式沉淀池或辐流式沉淀池，以实现泥水分离。
结晶室包括依次串联的若干个结晶区，每个结晶区的上游为加药反应区4，下游为内置插板式结晶器8的主结晶区5；该插板式结晶器8包括支撑架81以及安装在支撑架上的若干块结晶插板82，并在支撑架81上焊接吊杆83与挂杆84；每块结晶插板82又包括与支撑架相配合的外框821以及设置在外框内的具有螺旋结构的结晶笼822，该结晶笼822的表面为经磨砂处理的粗糙面。各结晶区依次相邻布置，相邻的结晶区通过开设在侧壁上的流道相互连通，且各结晶区布置在同一水平高度，结晶区内设有立置的折流挡板10，在该折流挡板10的两侧均设有插板式结晶器8；插板式结晶器8的下方设有曝气管9，由外置风机通入空气，进行曝气。
工作过程：
含高浓度的氨或磷酸根的废水经由设置在混凝区2第一格侧壁上的进水口1进入该结晶装置，经混凝剂和助凝剂的混凝作用后，再流经沉淀区2，去除废水中的胶体及悬浮杂质。一方面防止胶体、悬浮物等杂质影响磷酸铵镁结晶，另一方面提高磷酸铵镁结晶的纯度。
经混凝沉淀预处理后的废水进入结晶区，首先流经单个结晶区的加药反应区3，该加药反应区3内通过投加氢氧化钠调节pH值，再投加镁盐、磷酸盐(或铵盐)，调节实现磷酸铵镁反应的离子条件，随着预处理后的废水的进入，MAP晶体不断析出，并附着在插板式结晶器8上，当磷酸铵镁在插板式结晶器8内结晶饱和后，可将插板式结晶器8提出，放置在高幅机械振动筛上进行震荡脱落回收，完成初回收后，可将结晶插板82提出，进行人工击打脱落回收MAP晶体。经结晶区处理后的废水中还残留有磷酸铵镁及其它混凝形式的絮状杂质，在沉淀回收室内实现泥水分离后，视处理程度，出水可排放或纳入下一级污水处理系统进行深度处理。
Claims (9)
1.一种用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，包括依次连通的混凝沉淀预处理室、结晶室和沉淀回收室，其特征在于，所述结晶室包括依次串联的若干个结晶区，每个结晶区的上游为加药反应区，下游为内置插板式结晶器的主结晶区；
所述的插板式结晶器包括支撑架以及安装在支撑架上的若干块结晶插板，每块结晶插板包括与支撑架相配合的外框以及设置在外框内的结晶笼。
2.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所述插板式结晶器中的结晶笼为螺旋结构。
3.根据权利要求2所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所述的结晶笼的表面为经磨砂处理的粗糙面。
4.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，各结晶区依次相邻布置，相邻的结晶区通过开设在侧壁上的流道相互连通。
5.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，各结晶区布置在同一水平高度。
6.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所述结晶区内设有立置的折流挡板，在该折流挡板的两侧均设有插板式结晶器。
7.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所述插板式结晶器的下方设有曝气管。
8.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所述结晶区的加药反应区内设有搅拌器。
9.根据权利要求1所述的用于废水预处理及回收磷酸铵镁的结晶装置，其特征在于，所有结晶区的搅拌器相互对正。
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