公布日：2023.11.21
申请日：2023.08.04
分类号：C02F1/52(2023.01)I;C02F1/62(2023.01)I;C02F5/02(2023.01)I;C02F101/20(2006.01)N
摘要
本发明涉及水处理技术领域，具体而言涉及诱导结晶造粒流化床设备以及废水处理方法，流化床设备包括：筒体，被构造成直筒形状；收流混合罩，设置在所述筒体的底部；进水管，连接到所述筒体的底部，所述进水管的出水端延伸到所述收流混合罩内侧；药剂投加管、晶种投加管，连接到所述筒体，所述药剂投加管、晶种投加管的出口延伸到所述收流混合罩的内侧。本发明采用诱导结晶造粒技术，与传统工艺相比，水力负荷高，沉淀速率能提高2-5倍；本发明采用两段式混合系统，混合效果好，设备无需投加助凝剂和絮凝剂，根据诱导结晶原理，促成过饱和溶液所使用的化学药剂的使用量会比传统方法少很多，本设备因为体积小，比传统工艺更加节省投资成本。
权利要求书
1.一种诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，包括：筒体(22)，被构造成直筒形状；收流混合罩(5)，设置在所述筒体(22)的底部；进水管(24)，连接到所述筒体(22)的底部，所述进水管(24)的出水端(17)延伸到所述收流混合罩(5)内侧；药剂投加管(11)、晶种投加管(10)，连接到所述筒体(22)，所述药剂投加管(11)、晶种投加管(10)的出口延伸到所述收流混合罩(5)的内侧，并处于进水管(24)出水端(17)的延伸处；结晶排料管(19)，连接到所述筒体(22)的底部，所述结晶排料管(19)上设有控制所述结晶排料管(19)通断的阀门(25)；导流筒(6)，设置在所述收流混合罩(5)的上方，被构造成直筒型；搅拌电机(9)，连接到所述筒体(22)的顶部，所述搅拌电机(9)的输出端连接有反射助沉搅拌器(8)和推进式搅拌器(7)，所述推进式搅拌器(7)处于导流筒(6)中，所述射助沉搅拌器(8)处于所述导流筒(6)的上方；溢流出水堰(21)，处于所述筒体(22)内的顶部；排水管(20)，连接到所述筒体(22)，并对应于所述溢流出水堰(21)的高度；其中，所述收流混合罩(5)被构造成下部宽上部窄的结构；所述射助沉搅拌器(8)设有锥形的第一斜面(12)；所述导流筒(6)与所述筒体(22)之间形成第一环形通道，所述收流混合罩(5)与所述导流筒(6)之间形成第二环形通道。
2.根据权利要求1所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述推进式搅拌器(7)设置在所述导流筒(6)的底部，所述收流混合罩(5)的输出端作为所述导流筒(6)的第一输入通道，所述第二环形通道作为所述导流筒(6)的第二输入通道，在所述导流筒(6)内形成混合区域(1)。
3.根据权利要求1所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述导流筒(6)的输出端在其轴线上的投影处于第一斜面(12)的轮廓范围以内，所述第一斜面(12)的下方、导流筒(6)的外侧至所述第一环形通道的区域形成晶核重复反应区域(2)，其中，所述第一环形通道和所述收流混合罩(5)的入口形成晶核回用区(16)。
4.根据权利要求1所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述第一斜面(12)在径向平面内的夹角范围α＝120-146°,所述反射助沉搅拌器(8)的上端面设有第二斜面(13)，所述第二斜面(13)在径向平面内的夹角范围α’＝120-146°。
5.根据权利要求4所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述第二斜面(13)上设有搅拌栅条(14)，所述搅拌栅条(14)用于对第二斜面(13)上方的水体形成搅拌，在所述第二斜面(13)上方至溢流出水堰(21)之间的区域形成澄清区域(3)。
6.根据权利要求4所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述反射助沉搅拌器(8)的直径是导流筒(6)直径的1.2-1.35倍。
7.根据权利要求1所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述筒体(22)的底部被构造成弧形，所述结晶排料管(19)处于弧形底面的最低点，所述弧形底面还设有压力检测以及取样装置(18)，用于检测所述弧形底面的压力。
8.根据权利要求1所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，所述药剂投加管(11)的出料口处于所述晶种投加管(10)的出料口的下方，所述药剂投加管(11)的出料口、晶种投加管(10)的出料口以及进水管(24)的出料口与导流筒(6)的轴线重合。
9.一种废水处理方法，使用根据权利要求1-8中的任意一项所述的诱导结晶造粒流化床设备，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过进水管(24)向收流混合罩(5)的内侧注入废水，同时向收流混合罩(5)内加入预定量的药剂以及晶种，启动搅拌电机(9)，在导流筒(6)对注入的废水形成搅拌，晶种生长直至形成大颗粒结晶；步骤2、当排水管(20)中溢出废水后，持续的对筒体(22)的底部进行压力检测，定义废水溢出时刻的压力为P1，当前时刻的压力为P2，在废水持续注入筒体(22)内后，产生的大颗粒结晶增多，P2增加；步骤3、当P2停止增加时，打开结晶排料管(19)，排出筒体(22)底部的大颗粒结晶；步骤4、重新向筒体(22)内加入预定量的药剂以及晶种；步骤5、重复步骤3-4，直至废水停止向筒体(22)内注入。
发明内容
针对现有技术中流化床存在的技术问题，本发明的第一方面提出诱导结晶造粒流化床设备，包括：
筒体，被构造成直筒形状；
收流混合罩，设置在所述筒体的底部；
进水管，连接到所述筒体的底部，所述进水管的出水端延伸到所述收流混合罩内侧；
药剂投加管、晶种投加管，连接到所述筒体，所述药剂投加管、晶种投加管的出口延伸到所述收流混合罩的内侧，并处于进水管出水端的延伸处；
结晶排料管，连接到所述筒体的底部，所述结晶排料管上设有控制所述结晶排料管通断的阀门；
导流筒，设置在所述收流混合罩的上方，被构造成直筒型；
搅拌电机，连接到所述筒体的顶部，所述搅拌电机的输出端连接有反射助沉搅拌器和推进式搅拌器，所述推进式搅拌器处于导流筒中，所述射助沉搅拌器处于所述导流筒的上方；
溢流出水堰，处于所述筒体内的顶部；
排水管，连接到所述筒体，并对应于所述溢流出水堰的高度；
其中，所述收流混合罩被构造成下部宽上部窄的结构；
所述射助沉搅拌器设有锥形的第一斜面；
所述导流筒与所述筒体之间形成第一环形通道，所述收流混合罩与所述导流筒之间形成第二环形通道。
优选的，所述推进式搅拌器设置在所述导流筒的底部，所述收流混合罩的输出端作为所述导流筒的第一输入通道，所述第二环形通道作为所述导流筒的第二输入通道，在所述导流筒内形成混合区域。
优选的，所述导流筒的输出端在其轴线上的投影处于第一斜面的轮廓范围以内，所述第一斜面的下方、导流筒的外侧至所述第一环形通道的区域形成晶核重复反应区域，其中，所述第一环形通道和所述收流混合罩的入口形成晶核回用区。
优选的，所述第一斜面在径向平面内的夹角范围α＝120-146°,所述反射助沉搅拌器的上端面设有第二斜面，所述第二斜面在径向平面内的夹角范围α’＝120-146°。
优选的，所述第二斜面上设有搅拌栅条，所述搅拌栅条用于对第二斜面上方的水体形成搅拌，在所述第二斜面上方至溢流出水堰之间的区域形成澄清区域。
优选的，所述反射助沉搅拌器的直径是导流筒直径的1.2-1.35倍。
优选的，所述筒体的底部被构造成弧形，所述结晶排料管处于弧形底面的最低点，所述弧形底面还设有压力检测以及取样装置，用于检测所述弧形底面的压力。
优选的，所述药剂投加管的出料口处于所述晶种投加管的出料口的下方，所述药剂投加管的出料口、晶种投加管的出料口以及进水管的出料口与导流筒的轴线重合。
本发明第二方面提出一种技术方案，一种废水处理方法，上述的诱导结晶造粒流化床设备，包括以下步骤：
步骤1、通过进水管向收流混合罩的内侧注入废水，同时向收流混合罩内加入预定量的药剂以及晶种，启动搅拌电机，在导流筒对注入的废水形成搅拌，晶种生长直至形成大颗粒结晶；
步骤2、当排水管中溢出废水后，持续的对筒体的底部进行压力检测，定义废水溢出时刻的压力为P1，当前时刻的压力为P2，在废水持续注入筒体内后，产生的大颗粒结晶增多，P2增加；
步骤3、当P2停止增加时，打开结晶排料管，排出筒体底部的大颗粒结晶；
步骤4、重新向筒体内加入预定量的药剂以及晶种；
步骤5、重复步骤3-4，直至废水停止向筒体内注入。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.效果好：本发明采用诱导结晶造粒技术，在设备内部设置混合反应系统和晶体重复利用反应区，应用0.04mm-0.6mm的硅砂或自然矿物颗粒作为诱导结晶晶种，促使废水中的多价金属离子、重金属离子等物质以不溶性盐或氢氧化物沉淀等形式，在晶种表面结晶析出，成品的结晶颗粒，可以达到2～3mm左右，诱导结晶造粒技术，提高了去除效率的同时，保证了良好的结晶造粒效果，成品结晶颗粒含水率低，可以直接回用。
2.负荷高：本发明设备通过诱导结晶造粒技术，与一般的药剂软化法有所不同，较高的流速能够给结晶颗粒带来产生较高的动能，高流速的设计和混合反应系统中反射盘设置，加速了结晶颗粒的碰撞，因此，多价金属离子以及重金属氢氧化物沉淀等极易附着在晶核上，形成晶体析出，可以实现设备高负荷运转。
3.占地小：本发明采用诱导结晶造粒技术，与传统工艺相比，水力负荷高，沉淀速率能提高2-5倍，设备本身集成化程度高，体积小，占地面积也小，因此设备安装使用条件更加灵活多变，适应性更强。
4.投资省：本发明采用两段式混合系统，混合效果好，设备无需投加助凝剂和絮凝剂，根据诱导结晶原理，促成过饱和溶液所使用的化学药剂的使用量会比传统方法少很多，本设备因为体积小，加工方便，比传统工艺更加节省投资成本。
5.零排放：本发明中，结晶浓缩沉淀区的大体积结晶颗粒，通过结晶外排管道排出系统，经过分离可得到纯度极高的结晶颗粒，结晶颗粒可以回用做工业原料实现系统的零排放，有一些重金属离子或者有机化合物盐，可以探索重金属回收，以及有机磷盐的回用等。传统工艺对于沉淀废物的处置方面，成本也比较高，本发明在这方面有较大优势。
（发明人：胡卜元;高桂新;缪强强;郑建伟;董凯）