本发明专利技术公开了废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法。本发明专利技术装置：结晶调控器通过排泥管与过滤器连接，过滤器通过泵液管与饱和液缓冲槽连接，饱和液缓冲槽分别与动态监控槽连接和结晶调控器连接，动态监控槽与结晶调控器连接。本发明专利技术方法：调控动态监控槽中废水磷素浓度、镁盐浓度和pH值，动态监测并调控鸟粪石诱晶液过饱和状态处于亚稳态，与饱和液缓冲槽加入的晶种在结晶调控器中流化态反应，晶泥经过滤器分离，晶渣外排，饱和液排入饱和液缓冲槽分层后，澄清饱和液排入动态监控槽，沉淀细晶排入结晶调控器。本发明专利技术废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置及其动态监测与调控方法，可提高鸟粪石晶析效能，废水磷素晶析效率大于99%。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于农业资源环境
。
技术介绍
近年，随着全球经济社会的迅猛发展，环境污染与资源紧张的矛盾日益严重，大量含磷废水的过量排放，不仅造成水体富营养化情况日益加剧，而且造成磷素资源的巨大浪费。从废水中回收磷素资源，对于解决全球范围日益严峻的环境污染问题和人类可持续发展问题，具有非常重要的意义。因此，废水磷素回收技术的开发与应用，成为目前资源环境领域的重要内容。磷素晶析技术通过投加成晶剂镁盐，与废水中磷素结晶，生成鸟粪石晶体而被回收，回收产品鸟粪石是良好的肥料资源，相比于过磷酸钙等常规磷肥，具有重金属含量低、释放周期长、植物吸收效率高，无环境二次污染等优点。因此，磷素晶析技术已成为废水磷素高效回收的国内外研究热点方向。国内外学者在磷素晶析的最佳结晶条件、反应器构造、数学建模等方面开展了深入的研究工作。但是，由于废水存在大量可溶性有机质和无机杂质，使鸟粪石以异相结晶的方式析出，导致大量鸟粪石细晶形成而随出水流失，影响磷素回收效率，是目前该技术能否推广应用的焦点问题。针对此问题，国内外学者通过添加石英砂、不锈钢等晶种的方法，增加了鸟粪石结晶的介稳区宽度，使鸟粪石结晶过饱和状态易处于介稳区之间，促进鸟粪石结晶造粒，可有效防止细晶流失，提高废水磷素回收效率。但是，石英砂、不锈钢等晶种的添加会降低鸟粪石晶体纯度，影响其农用价值。因此，国内外学者进一步采用鸟粪石晶粒作晶种，可避免其它材质作晶种影响磷素产品鸟粪石纯度的缺点。专利CN202297252U公开了一种低能耗一体化氮磷回收装置，内置鸟粪石晶种颗粒，提高了磷素回收率。但是，由于废水水质水量、镁盐加药方式、pH值调控方式等诸多因素会造成鸟粪石结晶过饱和状态发生动态变化，现有投加鸟粪石晶粒作晶种的技术无法动态调控结晶介稳区位置和宽度，难以高效结晶造粒，影响磷素晶析效能。因此，开发设计一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，进行动态监测与调控，高效能鸟粪石结晶造粒，实现磷素的增效晶析，成为研究与实践的重点内容，目前未见文献报道和专利公开。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，有效克服鸟粪石晶析易受废水水质水量、镁盐加药方式、PH值调控方式等因素影响，难以监测鸟粪石结晶过饱和状态，无法有效调控鸟粪石结晶造粒过程，晶析效能有限等问题。本专利技术所提供的一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，它包括结晶调控器、过滤器、饱和液缓冲槽和动态监控槽；由上至下，所述结晶调控器包括相连通的养晶罐和集晶罐，所述养晶罐的顶端开口处连接一溢流堰；所述动态监控槽包括诱晶液槽、激光发射器、激光接收器和温控器，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述诱晶液槽相对的两侧，所述温控器设置于所述诱晶液槽的底部；所述诱晶液槽上设有进水管、镁剂进料管和pH值调液管；所述集晶罐的排泥管与所述过滤器相连通；所述过滤器的液体出口与所述饱和液缓冲槽相连通；所述饱和液缓冲槽的固体出口与所述养晶罐相连通，所述饱和液缓冲槽的液体出口与所述诱晶液槽相连通；所述诱晶液槽的液体出口与所述养晶罐相连通。上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述过滤器为布袋过滤器；所述布袋过滤器的高径比可为0.5~1:1。上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述溢流堰具有内外双层的正三角形结构。上述的循环流化结晶控制反应装置中，所述养晶罐的高径比可为2~4:1 ;所述集晶Sil的闻径比为I~2:1 ;所述饱和液缓冲槽的高径比可为2~4:1 ;所述诱晶液槽的高径比可为I~2:1。本专利技术进一步提供了一种废水磷素增效晶析的动态监测与调控方法，包括如下步骤:(I)将废水和镁盐溶液加入至所述循环流化结晶控制反应装置中的诱晶液槽中，并通过PH值调节液控制其pH值为8.0~10.0 ;然后与从所述饱和液缓冲槽中泵入的澄清鸟粪石饱和液混合得到鸟粪石诱晶液，并通过所述激光发射器和所述激光接收器监测所述鸟粪石诱晶液为过饱和状态时，将所述鸟粪石诱晶液泵入至所述养晶罐的底部；(2)所述饱和液缓冲槽中下层沉淀得到的鸟粪石细晶泵入所述养晶罐的底部，与步骤(1)中泵入的所述鸟粪石诱晶液进行上升流式流化态反应；经所述流化态反应后得到上清液和鸟粪石晶泥，所述上清液经所述溢流堰排出，所述鸟粪石晶泥沉淀于所述集晶罐后排入所述过滤器中；(3)所述鸟粪石晶泥经所述过滤器过滤后得到鸟粪石饱和液和鸟粪石晶渣；所述鸟粪石饱和液泵入至所述饱和液缓冲槽中；(4)所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中经静置分层，上层得到所述澄清鸟粪石饱和液，下层得到所述鸟粪石细晶；所述澄清鸟粪石饱和液泵入所述诱晶液槽中，所述鸟粪石细晶泵入所述养晶罐中。上述的动态监测与调控方法中，步骤(1)中，所述废水中磷酸盐的含量可为200~500mg/L ；所述镁盐溶液中镁离子与 所述磷酸盐中磷酸根的摩尔比可为I~2:1 ;所述镁盐可为氯化镁或硫酸镁；所述pH值调节液可为氢氧化钠或盐酸溶液。上述的动态监测与调控方法中，步骤(1)中，所述激光发射器以波长为632.8nm、输出功率为I~5mW的激光信号透射所述诱晶液槽，并用所述激光接收器接收激光信号；加热所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，所述激光接收器接收到的激光信号逐渐增强至信号稳定时，冷却所述诱晶液槽中的鸟粪石诱晶液，当所述激光接收器接收到的激光信号开始降低时，即得到过饱和状态的鸟粪石诱晶液。上述的动态监测与调控方法中，步骤(2)中，泵入的所述鸟粪石细晶与泵入的所述鸟粪石诱晶液的体积比可为1:10~50，具体可为 I:10,1:20,1:30 或 1:50 ;所述流化态反应的时间可为I~3h，具体可为lh、2h或3h，温度为10~60°C，具体可为 10。。、20。。、30。。、40。。、50。。或 60。。；所述鸟粪石诱晶液与鸟粪石细晶的混合液的上升流速可为0.1~lm/min，具体可为 0.1 ~0.5m/min、0.lm/min 或 lm/min ；所述集晶罐采用间歇式方式排出所述鸟粪石晶泥，如每个周期包括排泥0.5~1.5h、空载 0.5 ~1.5h。上述的动态监测与调控方法中，步骤(3)中，所述过滤器过滤时的压力可为0.1~0.3Mpa，且采用间歇式方式进行过滤，如每个周期包括排泥0.5~1.5h、空载0.5~1.5h，空载期间用于更换过滤袋并收集鸟粪石晶渣。上述的动态监测与调控方法中，步骤(4)中，所述鸟粪石饱和液在所述饱和液缓冲槽中静置的时间可为I~3h，具体可`为lh、2h或3h。本专利技术具有如下有益效果:(I)本专利技术提供了，可以提高鸟粪石晶析效能，废水磷素晶析效率大于99%。(2)本专利技术中采用激光透射响应法，可以动态监测鸟粪石诱晶液过饱和状态。(3)本专利技术中采用循环流化结晶控制反应装置，可以动态调控鸟粪石结晶造粒过程。【附图说明】图1为本专利技术废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置的结构示意图。图中各标记如下:I结晶调控器、2布袋过滤器、3饱和液缓冲槽、4动态监控槽、5养晶罐、6集晶罐、7溢流堰、8诱晶液槽、9激光发射器、10激光接收器、11温控器、12进水管、13镁剂进料管、14pH值调液管。【具体实施方式】下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于：所述反应装置包括结晶调控器、过滤器、饱和液缓冲槽和动态监控槽；由上至下，所述结晶调控器包括相连通的养晶罐和集晶罐，所述养晶罐的顶端开口处连接一溢流堰；所述动态监控槽包括诱晶液槽、激光发射器、激光接收器和温控器，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述诱晶液槽相对的两侧，所述温控器设置于所述诱晶液槽的底部；所述诱晶液槽上设有进水管、镁剂进料管和pH值调液管；所述集晶罐的排泥管与所述过滤器相连通；所述过滤器的液体出口与所述饱和液缓冲槽相连通；所述饱和液缓冲槽的固体出口与所述养晶罐相连通，所述饱和液缓冲槽的液体出口与所述诱晶液槽相连通；所述诱晶液槽的液体出口与所述养晶罐相连通。
【技术特征摘要】
1.一种废水磷素增效晶析的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于: 所述反应装置包括结晶调控器、过滤器、饱和液缓冲槽和动态监控槽； 由上至下，所述结晶调控器包括相连通的养晶罐和集晶罐，所述养晶罐的顶端开口处连接一溢流堰； 所述动态监控槽包括诱晶液槽、激光发射器、激光接收器和温控器，所述激光发射器和所述激光接收器分别设置于所述诱晶液槽相对的两侧，所述温控器设置于所述诱晶液槽的底部；所述诱晶液槽上设有进水管、镁剂进料管和PH值调液管； 所述集晶罐的排泥管与所述过滤器相连通；所述过滤器的液体出口与所述饱和液缓冲槽相连通；所述饱和液缓冲槽的固体出口与所述养晶罐相连通，所述饱和液缓冲槽的液体出口与所述诱晶液槽相连通； 所述诱晶液槽的液体出口与所述养晶罐相连通。2.根据权利要求1所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于:所述过滤器为布袋过滤器； 所述布袋过滤器的高径比为0.5~1:1。3.根据权利要求1或2所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于:所述溢流堰具有内外双层的正三角形结构。4.根据权利要求1-3中任一项所述的循环流化结晶控制反应装置，其特征在于:所述养晶SiS的闻径比为2~4:1 ; 所述集晶te的闻径比为I~2:1 ; 所述饱和液缓冲槽的高径比为2~4:1 ; 所述诱晶液槽的高径比为I~2:1。5.一种废水磷素增效晶析的动态监测与调控方法，包括如下步骤: (1)将废水和镁盐溶液加入至权利要求1-4中任一项所述循环流化结晶控制反应装置中的诱晶液槽中，并通过PH值调节液控制其pH值为8.0~10.0 ;然后与从所述饱和液缓冲槽中泵入的澄清鸟粪石饱和液混合得到鸟粪石诱晶液，并通过所述激光发射器和所述激光接收器监测所述鸟粪石诱晶液为过饱和状态时，将所述鸟粪石诱晶液泵入至所述养晶罐的底部； (2)所述饱和液缓冲槽中下层沉淀得到的鸟粪石细晶泵入所述养晶罐的底部，与步骤(I)中泵入的所述鸟粪石诱晶液进行上升流式流化态反应；经所述流化态反应后得到上...
【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，江荣风，方慈，李平，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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