CN218435350U - 一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，包括进水池、药剂池、反应器以及循环泵，所述进水池和所述药剂池与所述反应器的底部连通，所述反应器的内部设置有过滤结晶层，所述循环泵将所述反应器上部的的溶液回流至所述反应器的底部；所述反应器的通过出水管连接有排水泵。本实用新型中的氯化钙与含磷废水混合形成钙磷絮体进入反应器中后通过粗粒径的玻璃珠填料层时，流速显著减慢，且部分絮体被截留，有效确保了钙磷絮体在后续中等粒径流化填料层和细粒径晶核材料层的颗粒结晶、成型与快速分离的效果；通过设置循环泵调节流化速率，有助于强化传质，增强反应速率和延长结晶反应时间，确保出水管排出的水达标。

Description

一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置

技术领域

本实用新型涉及一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，属于废水处理设备技术领域。

背景技术

随着国内畜禽养殖业、磷化工行业、制药废水、纺织印染等行业地持续发展，高磷废水的产生量和排放量也同步增加。

目前针对高磷废水的除磷处理，主要有生物法、化学沉淀法、电化学法、吸附法、膜技术等除磷技术。尽管上述物理/化学/生物除磷技术具有除磷效率较高、应用范围较广等优点，但是同样存在药剂成本高、处理费用昂贵、处理后产物可利用性低等缺点。

因此，基于逐年增加的高磷工业废水产生量排放量，和日益严格的排放标准，在全方位对比各工艺优缺点的情况下，某公司和某大学联合开发出了新型高效低耗、运维简单、具有可持续性的高磷废水处理方法，为了实现该高磷废水处理方法，因此需要设计出相应的装置。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，以解决上述现有技术中存在的问题。

本实用新型采取的技术方案为：一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，包括进水池、药剂池、反应器以及循环泵，所述反应器的轴线沿竖直方向布置，所述进水池内部的水和所述药剂池内的药剂分别通过进水泵以及药剂泵与所述反应器的底部连通，所述反应器的内部设置有过滤结晶层，所述循环泵将所述反应器内部位于所述过滤结晶层上方的部分的溶液回流至所述反应器的底部；所述反应器的通过出水管连接有排水泵。

优选的，所述过滤结晶层包括从下至上依次布置的粗粒径支撑层、中等粒径流化层以及细粒径晶核材料层。

优选的，所述反应器的顶部连接有溢流管。

优选的，所述反应器的底部设置有滤网，所述过滤结晶层放置在所述滤网上。

优选的，所述循环泵的进口端和出口端二者与反应器之间分别设置有阀门Ⅰ和阀门Ⅱ。

优选的，所述的出水管为向上倾斜的斜管。

优选的，所述循环泵与所述反应器之间设置有循环池

本实用新型的有益效果：本实用新型中通过在进水管的前端设置进水池和药剂池实现废水PH值的调节且形成钙磷絮体，钙磷絮体由进水管进入反应器中，废水通过粗粒径支撑层时，流速显著减慢，且部分絮体被截留，有效确保了钙磷絮体在后续中等粒径流化填料层和细粒径晶核材料层中进行异相结晶反应，磷酸钙絮体逐步转化为颗粒，进一步确保了反应器除磷效果；通过设置循环泵实现反应器的快速回流功能，并通过调节循环泵的流量调流化速率，有助于强化传质，增强反应速率和延长结晶反应时间，确保出水管排出的水达标；反应器制作和使用方便，可根据不同规模的高磷废水进行相应的参数尺寸设计，适用于不同规模的高磷废水。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本实用新型进行进一步介绍。

说明书附图中的附图标记包括：药剂池1、进水池2 、进水泵3 、进水管4、滤网5、粗粒径支撑层6、中等粒径流化层7、 细粒径的晶核材料层8 、溢流管9 、反应器10 、出水管11、回流管Ⅰ12 、阀门Ⅰ13、循环池14、磁力循环泵15 、回流管Ⅱ16 。

实施例1：

一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，如图1所示，包括机架，机架上安装有进水池2、药剂池1、反应器10以及循环泵，反应器10的外形为圆柱状，反应器10的轴线沿竖直方向布置，反应器10的高度为90cm，内径为5cm，总容积为1.8L，有效容积为1.5L，反应器10的上端开口，反应器10的底部同轴连接有进水管4，进水池2内部的水和药剂池1内的药剂分别通过进水泵3以及药剂泵与进水管4连通，进水泵3以及药剂泵均为计量泵，通过调节进水泵3以及药剂泵的流量比例便可调节污水与药剂的比例。

本实施例中，药剂池1中的药剂为氯化钙，进水池2中的水为高磷废水，高磷废水中的磷酸盐浓度为100 mg/L、氨氮含量为100 mg/L(高磷废水中经常含有高浓度的氨氮)。本实施例中，首先采用氢氧化钠碱液，调节高磷废水的pH为9-9.5。

如图1所示，反应器10的底部固定有滤网5，筒体底部格网为孔径约2mm的塑料网，反应器10内部位于滤网5上方，从下至上依次设置有粗粒径支撑层6、中等粒径流化层7以及细粒径晶核材料层，本实施例中的粗粒径支撑层6、中等粒径流化层7以及细粒径晶核材料层依次分别为：玻璃珠(粒径为2~4mm，填充密度为80g/L，填充高度为8cm)、中等粒径石英砂(粒径为0.3~0.5mm，填充密度为60g/L，填充高度约5cm)、细粒径的石英砂(粒径为0.05~0.2mm，10g/L，填充高度约3cm)。

如图1所示，反应器10的左顶部连接有沿水平方向布置溢流管9，反应器10的右上部连接有向上倾斜的出水管11，出水管11连接有排水泵，排水泵为蠕动泵，出水管11的长度为10cm，倾斜角度为45°，出水斜管的内径为7mm。通过蠕动泵和出水管11排出反应器10中的水，因为出水中含有部分絮体，需进行沉淀分离，斜管有助于絮体沉淀分离。

循环泵的进口端连接有循环池14，循环池14的体积约为5L，循环池14的进口端通过回流管Ⅰ12与反应器10的右上部连通，回流管Ⅰ12的进口端位于出水管11的下方，回流管Ⅰ12上设置有阀门Ⅰ13，循环泵的出口端连接有回流管Ⅱ16通过三通管与进水管4连通，回流管Ⅱ16上设置有阀门Ⅱ。循环泵为磁力循环泵15。循环池14的主要作用是控制反应器10液面稳定，防止顶部溢流，同时便于实时监测反应器10中磷浓度、酸度等指标。

循环泵将反应器10上部的溶液回流至反应器10的底部，实现溶液的循环流化结晶，强化磷回收的效果。

本实用新型的工作原理为：首先采用氢氧化钠碱液将进水池2中的高磷废水pH调节为9-9.5，然后在药剂池1中投加钙盐，控制计量泵将废水和药剂通过进水管4混合后从反应器10底部的输入反应器10中，并实现高磷废水和钙药剂在进水管4道中进行混合及反应；通过调节磁力循环泵15以及回流管Ⅰ12道上的阀门Ⅰ13，控制循环流量及时间，并同步实现反应器10体内不同高度区域的流化混合，以及结晶反应，反应后的出水经由出水管11出水口适当静置后，通过管道及出水泵排出。

本实施例中的反应器10筒体上的进水管4、回流管Ⅰ12及溢流管9的内径均为7mm。

本实施例中，反应器10的进水流速以及出水流速均为0.6L/h，含磷废水在反应器10中反应时间为2.5h，磁力循环泵15的流速为8.0L/min，相应的流化速率也为8L/min。反应过程中按Ca:P摩尔比2:1，通过计量泵将药剂池1钙溶液输入到进水管4中，本实用新型出水管11出水磷浓度低至8mg/L，污水中磷去除与磷回收率达到92%，其中磷去除与磷回收率的计算公式为R=(进水P-出水P)*100/进水P。溢流比例(0-25%)计算公式为：Y=每天溢流总体积*100/每天进水总体积。

实施例2

实施例2与实施例1的却别在于：磁力循环泵15的流速为3L/min，相应的反应器的流化速率也为3L/min，除磷与磷回收效率为52%。

实施例3

实施例3与实施例1的却别在于：磁力循环泵15的流速为6.5L/min，相应的反应器的流化速率也为6.5L/min ，除磷与磷回收效率为74%。

实施例4

实施例4与实施例1的却别在于：磁力循环泵15的流速为12L/min，相应的反应器的流化速率也为12L/min ，除磷与磷回收效率为61%。

实施例1-实施例5表明，反应器10中混合液上升流速低于3 L/min时，反应器10中流化状态与颗粒结晶效果较差，除磷与磷回收效率低于52%；流化速率为6.5-8L/min时，反应器10中流化状态与颗粒结晶效果较稳定，除磷与磷回收效率可稳定达到74-92%；流化速率高于12L/min时；反应器10中流化状态过于剧烈，颗粒难以结晶，除磷与磷回收效率降至61%以下。因此，反应器的最佳的流化速率为6.5-8L/min。

效果验证实验：循环流化除磷反应器10对实际养猪废水中高浓度磷的去除效果。

本实验中，在循环流化结晶除磷与回收磷反应器10中，以某种猪场排放的养猪废水为处理对象，考察循环流化除磷反应器10对实际养猪废水中高浓度磷的去除效果。该实际养猪废水中，磷酸盐浓度为55mg/L，以精选河砂为晶核，调节进水初始pH为9，投加0.3 g/LCaCl2，反应过程中按Ca:P摩尔比2:1，通过计量泵将药剂池1钙溶液输入到进水管4中，磁力循环泵15的流速为8L/min，相应的流化速率也为8L/min ，反应器10的进水流速以及出水流速均为0.6L/h，结果表明，循环流化除磷反应器10运行2.5小时后，除磷率达到92%。

参数优化实验：

实验1：细粒径晶核材料层采用不同种类晶核材料时对除磷效率的影响。

在循环流化结晶除磷与回收磷反应器10中，分别以白云石、石英砂和精选河砂为流化层晶核(三种材料的粒径和填充高度相同)，对比不同晶核种类对除磷效率的影响。在106 mg/L的模拟含磷废水中，调节进水初始pH为9，投加0.3 g/LCaCl2溶液，分别以白云石、石英砂和精选河砂为晶核，循环流化结晶反应3h，结果表明，流化床在2h内即可实现高效除磷，以白云石、石英砂和精算河砂作为晶核的流化反应器10，除磷效果分别可达74%、81%和86%，上述晶种种类比选实验表明，循环流化反应器10中选用石英砂与精选河砂作为晶核有一定的除磷优势。

实验2：对比不同进水初始pH值对除磷效率的影响。

本实验中，在循环流化结晶除磷与回收磷反应器10中，通过设置高磷废水的初始pH值为8.0，8.5，9.0和9.5试验，对比不同进水初始pH值对除磷效率的影响。在106 mg/L的模拟含磷废水中，以石英砂为晶核，投加0.3 g/LCaCl2，分别调节进水初始pH为8.0，8.5，9.0和9.5。结果表明，含磷废水的初始pH在8-8.5时，除磷效率仅为55-68%，当含磷废水的初始pH在9-9.5时，除磷效果可达81-92%。

实验3：对比不同Ca/P比对除磷效率的影响

本实验中，在循环流化结晶除磷与回收磷反应器10中，通过设置Ca/P摩尔比为Ca/P=1、2、3和5，对比不同Ca/P比对除磷效率的影响。在106 mg/L的模拟含磷废水中，调节进水初始pH为9，以石英砂为晶核。结果表明，当Ca/P为5时，磷的去除率最高可达87%。当Ca/P为3时，磷去除率达到72%-97%；当Ca/P为2时，磷去除率达到86%～95%。当Ca/P为1时，磷去除率为68%～80%。对比可知，在循环流化反应器10中，以石英砂为晶核材料时，最优Ca/P为2:1~3:1时除磷效果最佳。

实验4：对比不同混合方式的除磷效率。

本实施例中，选取三种溶液混合方式，包括机械搅拌式、磁力搅拌式、流化混合式，对比不同混合方式的除磷效率。在100 mg/L的磷溶液中，CaCl2投加量为0.2-0.5 g/L，并投加1 mL PAM。反应后械搅拌式、磁力搅拌式、流化混合式除磷效率分别为52.3%，55.1%和74%。对比机械搅拌式、磁力搅拌式可知，流化混合式反应器10体现出明显的除磷优势。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内，因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：包括进水池(2)、药剂池（1）、反应器(10)以及循环泵（15），所述反应器(10)的轴线沿竖直方向布置，所述进水池(2)内部的水和所述药剂池（1）内的药剂分别通过进水泵(3)以及药剂泵与所述反应器(10)的底部连通，所述反应器(10)的内部设置有过滤结晶层，所述循环泵（15）将所述反应器(10)内部位于所述过滤结晶层上方的部分的溶液回流至所述反应器(10)的底部；所述反应器(10)的通过出水管(11)连接有排水泵。

2.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述过滤结晶层包括从下至上依次布置的粗粒径支撑层(6)、中等粒径流化层(7)以及细粒径晶核材料层(8)。

3.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述反应器(10)的顶部连接有溢流管(9)。

4.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述反应器(10)的底部设置有滤网(5)，所述过滤结晶层放置在所述滤网(5)上。

5.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述循环泵（15）的进口端和出口端二者与反应器(10)之间分别设置有阀门Ⅰ(13)和阀门Ⅱ。

6.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述的出水管(11)为向上倾斜的斜管。

7.根据权利要求1所述的一种循环流化结晶除磷并回收磷的装置，其特征在于：所述循环泵（15）与所述反应器(10)之间设置有循环池(14)。

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