申请日2016.11.13
公开(公告)日2017.03.22
IPC分类号B01D9/02; C02F1/52; C01B25/45
摘要
污水氮磷回收循环式一体化流化床。一种污水氮磷回收流化床反应器，主要由流化床，圆柱体溢流出水区，循环水泵，配水箱，转子流量计，循环管路，阀门组成，流化床从下到上依次为圆锥体结晶区、圆柱体结晶沉淀区，配水箱底部通过管道与循环水泵相连，连接管段上设有转子流量计;循环水泵出水口连接流化床底部圆锥体锥角;圆柱体结晶沉淀区顶端连接集水围堰，堰底开孔口与出水、回流管段相连;回流管从上端接入配水箱;投药系统由碱式碳酸镁溶药罐、氯化铵溶药罐、计量泵、加药管路组成，与圆锥体结晶区下部相连。
权利要求书
1.一种污水氮磷回收流化床反应器，主要由圆锥体流化床(15、16)，圆柱体溢流出水区(17)循环水泵(8)，配水箱(1)，转子流量计(11)，循环管路，阀门组成，其特征在于：流化床从下到上依次为圆锥体结晶区(15)圆柱体结晶沉淀区(16)，配水箱(1)底部通过管道与循环水泵(8)相连，连接管段上设有转子流量计(11);循环水泵(8)出水口连接流化床底部圆锥体锥角;圆柱体结晶沉淀区(16)顶端连接集水围堰，堰下外侧与环形出水集水槽(17)、回流管(22)段相连;回流管(22)从上端接入配水箱(1);投药系统由碱式碳酸镁溶药罐(26)、氯化铵溶药罐(27)、计量泵、加药管路组成，与圆锥体结晶区(15)下部相连;所述配水箱(1)顶部接入原水进水管(2)，在水箱边壁距顶部不小于300mm高度处设置溢流管(4)，距水箱底部1/15不低于50mm处边壁上设置配水箱出水口(6)，外接出水管，管上设置出水管阀门(7)，同等高度上设置放空管(5)和阀门，所述流化床床身安装在矩形钢架上，圆锥体结晶区(15)锥形底端与配水箱(1)之间用管段连接，管段上设有循环水泵(8)和转子流量计(11)，循环水泵(8)固定在钢架底端横梁上，与流化床锥底接近。
2.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述配水箱(1)出口管段和循环水泵(8)吸水口相连，中间设有接头;循环水泵压水口和圆锥体结晶区(15)锥底进水口之间接“几”字形竖管2段，转弯处用90°弯头连接，竖管高度与围堰底部同高，分两段，流向相反，与水泵相连段设转子流量计(11)，位于管段中部偏上1/4处，转子流量计(11)下部流量控制阀(9)。
3.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述圆锥体结晶区(15)圆锥体的半扩角在15°左右;圆锥体结晶区(15)边壁上沿着母线等距安装3个取样口(18)，圆锥体底部接三通管，三通一侧接循环水泵出口，一侧接排空管(14)，排空管上设有阀门，可以将沉淀的大结晶物、即回收的磷酸铵镁沉淀颗粒排出回收。
4.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述圆柱体溢流出水区外侧的环形出水集水槽(17)外接的穿孔管(21)，再与回流管(22)相接，回流管(22)上设置三通和2个阀门，三通直向连接2个90°弯头，将水流导入所述配水箱(1)，完成循环，侧向安装外排管，将处理后净水送至后续处理单元。
5.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述循环管路上有7个90°弯头和2个等径三通，6个阀门。
6.根据权利要求1所述的流化床反应器，其特征在于：所述圆柱体溢流出水区外侧的环形出水集水槽(17)平行嵌套在所述圆柱体结晶沉淀区(16)外，形成“内外套筒式”外观的集水围堰，底部水平焊接到圆柱体结晶沉淀区(16)中部偏上1/3高度，圆柱体结晶沉淀区(16)顶部设有三角堰，通过溢流过水，出水跌入环形出水集水槽(17)，环形出水集水槽(17)外接回流管(22)。
7.权利要求1所述的一种污水氮磷回收流化床反应器的运行步骤为：准备阶段、启动阶段、运行阶段、收集阶段，准备阶段为：关闭配水箱出水管阀门(7)、流化床放空管(14)、排水阀(23)，打开流量控制阀(9)、回流管阀(25)，首先将工业纯的碱式碳酸镁、氯化铵按需用量分别投进碱式碳酸镁溶药罐(26)，氯化铵溶药罐(27)，加入适量自来水，启动溶药搅拌装置电机(28)，将药剂搅拌均匀，搅拌时间持续30min，让碱式碳酸镁部分溶解，然后打开进水管阀门，将包括污水厂厌氧段出水、污泥消化池出水、污泥脱水间上清液、工厂高浓度氮磷废水车间出水在内的待处理污水经过原水进水管(2)输送至配水箱(1)，过量的原水经溢流管(4)进入备用储水池，关闭进水管阀门(3)，进入启动阶段;
启动阶段：开启循环水泵(8)，原水通过出水管阀门(7)，循环水泵(8)，流量控制阀(9)，上流管(10)，转子流量计(11)，下流管(12)，流化床进水口(13)进入流化床圆锥体结晶区(15)，在水面上升时，开启碱式碳酸镁加药泵(29)和氯化铵加药泵(30)，按照配水箱(1)中水质与进水量计算总投药量，按需要控制加药流量，旋转出水管阀门(7)和流量控制阀(9)的开合度，观察转子流量计(11)读数，调节至所需流量并记录，当流化床内的混合液翻过溢流堰，在环状集水区环形出水集水槽(17)汇流，经过穿孔管(21)，进入回流管(22)，水流直接通过回流管阀(25)进入配水箱(1)，开始第一次循环，从水溢流时开始计时，流化床运行2h，完成启动阶段;
运行阶段：打开进水管阀门(3)、排水阀(23)和放空管(14)阀门，使系统处于连续进出水状态。运行过程中，流化床圆锥体结晶区(15)形成鸟粪石晶体，在下快上慢的上升流速冲击下，晶体不断上下翻腾，晶体外体表面不断有新的结晶粘附，不断壮大，最后定期沿放空管(14)间歇排出，浓缩后收集;系统内氮磷浓度减小后的废水，随着排水管(24)排出。运行过程中，要控制进出水量一致，循环水量控制要以流化床内的水力停留时间达到2h以上。放空管(14)排出鸟粪石晶体时，关闭循环水泵(8)和出水管阀门(7)。
8.根据权利要求1所述的流化床反应器，选用的碱式碳酸镁相对于MgSO4等可溶性镁源在流化床反应器中更具优势，微溶的细小颗粒作为现成的晶核参与鸟粪石晶体的形成与长大过程，可以提高流化床的结晶效果，有助于形成更大的鸟粪石颗粒，便于沉降。
说明书
污水氮磷回收循环式一体化流化床
技术领域
本发明涉及水污染控制工程和资源回收利用技术，具体涉及一种用以同时回收污水厂废水中氮磷的循环式一体化流化床。
背景技术
磷是一种不可再生、不可替代的矿产资源，目前在世界上的储量已难以满足未来社会发展的需要，然而在工农业生产中产生的大量氮磷进入水体，造成严重的水体富营养化，已成为目前我国面临的最主要环保问题之一。城市污水的排放是氮磷进入水体重要途径，因此，回收城市污水中的磷资源，对减少氮磷排放、保护环境具有重要的现实意义。磷酸铵镁结晶技术(俗称鸟粪石法)能同时实现氮磷资源回收和污水处理，具有广阔的开发应用前景。目前国内外关于鸟粪石法回收氮磷的研究大多处于实验室研究阶段，由于生成的鸟粪石结晶细小，难以与水分离，或者纯度下降，影响品质，故普通的沉淀设备很难用于鸟粪石沉淀法回收氮磷。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种循环式一体化流化床，设计理念符合鸟粪石结晶造粒的理论基础，应用晶种循环技术促进鸟粪石长大，减少了碱液投加费用;142L的有效容积可以用于小型污水处理站、工厂的高浓度氮磷废水处理;也可按比例放大加工成适用于污水厂、大水量的工业生产设备;生成的鸟粪石可以作为高品质的农业缓释肥料，在市场销售。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种污水氮磷回收流化床反应器，主要由流化床，圆柱体溢流出水区，循环水泵，配水箱，转子流量计，循环管路，阀门组成，流化床从下到上依次为圆锥体结晶区和圆柱体结晶沉淀区，配水箱底部通过管道与循环水泵相连，连接管段上设有转子流量计;循环水泵出水口连接流化床底部圆锥体锥角;圆锥体结晶沉淀区顶端连接集水围堰，堰底开孔口与出水、回流管段相连;回流管从上端接入配水箱;投药系统由碱式碳酸镁溶药罐、氯化铵溶药罐、计量泵、加药管路组成，与圆柱体结晶区上部相连。
所述配水箱顶部接入原水进水管，在水箱边壁距顶部1/15处设置溢流管，距水箱底部1/15不低于50mm处边壁上设置配水箱出水口，外接出水管，管上设置出水管阀门，同等高度上设置放空管和阀门。
所述流化床床身安装在矩形钢架上，圆锥体结晶区锥形底端与配水箱之间用管段连接，管段上设有循环水泵和转子流量计，循环水泵固定在钢架底端横梁上，与流化床锥底接近。
所述配水箱出口管段和循环水泵吸水口相连，中间设有接头;循环水泵压水口和圆锥体结晶沉淀区锥底进水口之间接“几”字形竖管2段，转弯处用90°弯头连接，竖管高度与围堰底部同高，分两段，流向相反，与水泵相连段设转子流量计，位于管段中部偏上1/4处，转子流量计下部流量控制阀。
所述圆锥体结晶沉淀区圆锥体的半扩角在15°左右;圆锥体结晶沉淀区边壁上沿着母线等距安装3个取样口，圆锥体底部接三通管，三通一侧接循环水泵出口，一侧接排空管，排空管上设有阀门。
所述圆柱体溢流出水区外接的穿孔管上设置三通和2个阀门，三通直向连接2个90°弯头，将水流导入所述配水箱，完成循环，侧向安装外排管，将处理后净水送至后续处理单元。
所述循环管路上有7个90°弯头和2个等径三通，6个阀门。所述圆柱体溢流出水区平行嵌套在所述圆柱体结晶区外，形成“内外套筒式”外观的集水围堰，底部水平焊接到圆柱体结晶沉淀区中部偏上1/3高度，器壁开孔过流，外接回流管。
流化床主体部分按水流流程，由下到上依次为进水管、排空管、圆锥体结晶区、圆柱体结晶沉淀区、圆柱体溢流出水区、取样口等组成。水流从流化床底端的圆锥体进入口泵入，随着过流断面的逐渐扩大，断面流速逐渐减小，由于扩角的合理设计，污水由下到上呈现不同流态，与结晶形成过程的成核、长大机理较好地相符。圆柱形结晶沉淀区设计，不但符合结晶机理，还能高效收集鸟粪石沉淀，含有构晶离子的高浓度氮磷废水在刚进入圆锥体结晶区下部时混合剧烈，增大了各离子接触的机会，有利于结晶初期晶核(晶胚)的形成。晶核随着水流上升，随着外层沉淀的反复覆盖而变大。流化床特殊的锥体结构，可使晶体上下翻腾，提高了晶体不断增大的速度。最后较大粒径的鸟粪石晶体克服浮力向下沉降，较小的颗粒在水中悬浮，继续变大，因此，由下到上，流化床内生成的鸟粪石粒径从大到小。同时锥面斜坡有利于收集重力沉降的大颗粒鸟粪石。在圆锥体斜面设置有3个不同高度的取样口，用来分析反应器内晶体的大小、监测水质是否稳定;圆柱体结晶沉淀区，下端与圆锥体结晶区相连，可以起到过渡作用，有效提高流体循环效果，相比于方形反应器可以有效防止死角的影响，同时防止细小的晶体随水排出，提高结晶效率;圆柱体溢流出水区作用是收集圆柱体结晶区上端溢流的出水。
圆柱体溢流出水区是套在圆柱体结晶区上端1/3处的同心圆柱套筒，比内简直径大150mm左右，高度高出内筒约50mm，外筒底部用同心圆环板焊接密实。反应配套设备主要由配水箱、循环泵、转子流量计、碱式碳酸镁溶药罐、氯化铵溶药罐、搅拌装置、碱式碳酸镁加药泵、氯化铵加药泵、管路阀门等组成。配水箱的功能是储水池，顶端进水管接入来自污水厂或工厂的高浓度氮磷废水，比如污泥区的厌氧消化液、脱水上清液。水箱上端边壁上的溢流管在进水超过容积时，使多余的原水溢流回备用储水池，起到水量调节的作用。放空管在溢流管下方距离箱底不低于50mm，可兼做排空管和排渣管，放空管上设置阀门。配水箱出水口位于距底部1/15高度处，外接配水管路和水量控制阀。
碱式碳酸镁溶药罐、氯化铵溶药罐用来配置生成鸟粪石所需要的镁源、氮源，因为原水含有一定浓度氮磷和镁离子，但是不符合鸟粪石生成的最佳比例，以回收磷为目的，因此需要补充投加一定量的氮源和大量镁源。碱式碳酸镁[(MgCO3)4·Mg(OH)2·5H2O]能贡献一定的OH-，无需用NaOH调节进水pH值到反应所需的8～9，节省了大量药剂投加所带来的费用，同时氯化铵溶药罐可按水质情况进行选用。溶药罐内设有搅拌溶药装置，电机带动浆板将投加进的固体药剂划开，搅拌均匀，碱式碳酸镁为微溶物，形成混浊液，底部设置阀门，连接计量泵，将药剂定量、缓慢投加到流化床反应器中。
配水管路和循环管路连接着配水箱和流化床的上下端，配水管路起于配水箱出水口，中间经过流量控制阀、循环水泵、转子流量计、倒“U”型管路，止于流化床进水口。流量控制阀紧接配水箱，控制配水流量，从而间接控制流化床内原水的水力停留时间。循环水泵将原水打入流化床，提供循环的动力。通过转子流量计可以理论计算流化床的断面流速，有利于对反应过程进行有效控制。倒“U”型管路是为了便于流量计安装、防止静沉时流化床内水回流至配水箱而设计的，分为上流管和下流管。配水管路与流化床进水口三通相连，直通另一侧安装放空管。
循环管路起于流化床圆柱体溢流出水区，中间经过排水管，止于配水箱。出水区安装穿孔管，外接回流管，回流管上安装三通分出排水管，直通通向配水箱，完成处理后水的回流，水中携带的鸟粪石晶体作为诱导晶核继续由配水箱进入流化床参与反应，排水管用来排放处理达标的出水，管段上设置排水阀。