两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水方法及系统与流程

文档序号:11098505阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种自结晶流化床反应器,其特征在于,该自结晶流化床反应器包括:

反应器筒体;

设置于反应器筒体底部的布水器(22),反应器运行时,布水器(22)下方为配水区(23)、布水器(22)上方空腔将形成流化床层(24);

反应器筒体顶部周边设有收水堰(26),该收水堰(26)下方为固液分离区(25),该固液分离区(25)及流化床层(24)之间设置有环状收水管(27);

反应器筒体侧壁设有进水口(30)、排渣口(31)、加药口(32)、出水口(33)、及取样管(35),

其中,所述进水口(30)、排渣口(31)分别位于布水器(22)的下方、上方;所述加药口(32)位于反应器筒体中部;所述出水口(33)位于反应器顶部侧壁;

反应器筒体侧壁上方和底部连接有循环水系统(28),该循环水系统(28)包括循环泵、出水管路及回水管路;其中,出水管路的一端与所述环状收水管(27)相连,出水管路的另一端经由循环泵再通过回水管路与反应器筒体的底部相连接;

所述取样管(35)均匀分布于循环水系统(28)出水管路和布水器(22)之间的反应器筒体侧壁上;

优选地,所述取样管(35)为3-4根。

2.根据权利要求1所述的自结晶流化床反应器,其特征在于,所述排渣口(31)上方设置有用于与酸洗装置相连的酸洗进药口(34);且布水器(22)上方及下方的反应器筒体侧壁上连接有酸洗循环系统(29),该酸洗循环系统(29)包括酸洗循环泵及酸洗出水管路、酸洗回水管路,其中,所述酸洗出水管路设置于布水器(22)上方且位于酸洗进药口(34)的下方;所述酸洗回水管路位于布水器(22)下方。

3.根据权利要求1或2所述的自结晶流化床反应器,其特征在于,反应器筒体的固液分离区(25)设有可拆卸的斜管填料或斜板填料(36),且该斜管填料或斜板填料(36)固定在收水堰下方的反应器筒壁上。

4.一种两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水的系统,其包括:两个权利要求1-3任一项所述的自结晶流化床反应器:分别记为一级反应器(1)、二级反应器(2);药剂A投加装置(3)、药剂B投加装置(4)、一级物料池(7)及二级物料池(9);

其中,原水池通过进水管路(15)经由进水泵(5)与一级反应器(1)的进水口相连;

药剂A投加装置(3)通过药剂A加药管路(13)与一级反应器(1)的加药口相连;

一级反应器(1)的排渣口通过一级反应器排泥管(17)与所述一级物料池(7)相连;

一级反应器(1)的出水口通过一级出水管路(11)与所述二级反应器(2)的进水口相连;

药剂B投加装置(4)通过药剂B加药管路(14)与二级反应器(2)的加药口相连;

二级反应器(2)的排渣口通过二级反应器排泥管(19)与所述二级物料池(9)相连;

二级反应器(2)的出水口(33)通过二级出水管路(12)与回收装置相连;

优选地,所述一级物料池(7)及二级物料池(9)内底部均设有栅网。

5.根据权利要求4所述的系统,其特征在于,该系统还包括酸洗装置(10),所述酸洗装置(10)通过一级酸洗管路(20)、二级酸洗管路(21)分别与一级反应器(1)的酸洗进药口、二级反应器(2)的酸洗进药口相连。

6.一种两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水的方法,其是采用权利要求4或5所述的两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水的系统实现的,其特征在于,该方法包括以下步骤:

启动阶段:

(1)、首先将原水按最大水力停留时间计算出的流量注入一级反应器,至一级反应器内的液位淹没循环水系统的出水管路;同时投加药剂A至一级反应器的空腔内;

然后启动循环水系统,回流水送至一级反应器配水区与原水混合后,再通过布水器均匀上升至一级反应器的空腔内,使一级反应器内废水上升流速达到最小设计上升流速,形成过饱和溶液;在一级反应器内的循环流动过程中,Ca2+与F-或Ca2+与CO32-的过饱和溶液发生自结晶反应,生成CaF2或CaCO3细小晶体粒子,随后形成流化态颗粒床层;

(2)、一级出水自流进入二级反应器配水区,至二级反应器内的液位淹没循环水系统的出水管,同时投加药剂B至二级反应器空腔内;

然后启动二级反应器循环水系统,回流水送至二级反应器配水区与一级出水混合后,再通过布水器使混合后的废水均匀上升至二级反应器的空腔内;

此条件下形成过饱和溶液;在二级反应器内的循环流动过程中,Ca2+与CO32-的过饱和溶液发生自结晶反应,生成CaCO3细小晶体粒子,随后形成流化态颗粒床层;

启动阶段,二级出水中[Ca2+]、[F-]浓度较高,因此还需将二级出水返回原水池继续处理;

优选地,当去除目标为氟离子时,

启动阶段一级反应器的参数:药剂A为CaO或Ca(OH)2与CaCl2的混合液,其中,CaCl2占干物质混合物总质量的0~25%;药剂A按[Ca2+]/[F-]摩尔比=1.5~2:1进行添加;

所述最大水力停留时间为4~5h,所述一级反应器内pH值=6~7.5,所述最小设计上升流速为4-10m/h;

启动阶段二级反应器的参数:药剂B为Na2CO3的水溶液,其按[Ca2+]/[CO32-]摩尔比=1:1.5~2进行添加;

所述一级出水的最大水力停留时间为1~1.5h;所述混合后的废水上升流速达到10~20m/h,并控制二级反应器内的pH值=9~10;

还优选地,当去除目标为暂时钙硬度时,

启动阶段一级反应器的参数:药剂A为CaO或Ca(OH)2的乳浊液,其投加量按水中总碱度的2~2.5倍计,

所述最大水力停留时间为1~1.5h,所述一级反应器内pH值9.5~10,所述最小设计上升流速为10-20m/h,

启动阶段二级反应器的参数:药剂B为Na2CO3的水溶液,其按[Ca2+]/[CO32-]摩尔比=1:1.5~2进行添加;

所述一级出水的最大水力停留时间为1~1.5h;所述混合后的废水上升流速达到10~20m/h,并控制二级反应器内的pH值=9~10;

运行阶段:

(1)、原水和一级反应器回流水从一级反应器底部进入配水区混合,通过布水器均匀布水后,以一定的空塔上升流速均匀上升至一级反应器流化态颗粒床层中,同时以一定的[Ca2+]/[F-]摩尔比或一定的总碱度质量比将药剂A注入一级反应器流化态颗粒床层中,形成过饱和溶液;在流化床反应器的特定水力条件下,构晶离子自结晶,并生长成一定粒径的晶体颗粒,一级反应器空腔内部逐渐形成流化态的结晶颗粒床层,原水自下而上通过流化床层的过程中,原水中的F-或Ca2+得以从水中去除;原水进一步上升至固液分离区,晶体颗粒保留在一级反应器中,上清液经由顶部收水堰收集,自流进入二级反应器底部的配水区;

(2)、一级出水与二级反应器回流水在二级反应器的配水区混合,通过布水器均匀布水后,以一定的空塔上升流速均匀上升至二级反应器空腔内部,同时以一定的[Ca2+]/[CO32-]摩尔比将药剂B注入于此;在二级反应器空腔内,源源不断进入的一级出水、二级反应器回流水和药剂B形成过饱和溶液,在流化床反应器的特定水力条件下,构晶离子自结晶,并生长成一定粒径的晶体颗粒,反应器空腔内部逐渐形成流化态的结晶颗粒床层,一级出水自下而上通过流化床层的过程中,水中的Ca2+得以去除;一级出水进一步上升至固液分离区,晶体颗粒在重力沉淀作用下保留在二级反应器中,上清液经由顶部收水堰收集,最后通过二级出水管排出系统进行回收;

优选地,该方法还包括反应器停运后的处理操作,其包括以下步骤:

a、反应器停运后,立即放空反应器内的全部废水和颗粒至一级物料池或二级物料池;

b、开启酸洗装置,向一级反应器、二级反应器注入酸溶液,当该酸溶液液面没过酸洗出水管路后,开启酸洗循环系统对所述布水器进行酸洗清洗后排空酸洗废液,再用清水冲洗反应器内部,反应器放空、酸洗后,即可长期停运。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当所述原水为高氟高硬废水时,

运行阶段一级反应器的参数:药剂A为CaO或Ca(OH)2与CaCl2的混合液,其中,CaCl2占干物质混合物总质量的0~25%;药剂A按[Ca2+]/[F-]摩尔比=0.7~1.5:1进行添加;

水力停留时间HRT为1~4h,表面分离负荷为1~4m/h,空塔上升流速v为10~60m/h,反应器内pH值<7.5,优选为4~7;回流比为1~20:1,温度范围为10~50℃;

一级反应器底部排出的晶体颗粒为粒径60~200μm的CaF2晶体颗粒;

运行阶段二级反应器的参数:药剂B为Na2CO3的水溶液,其按[Ca2+]/[CO32-]摩尔比=1:1~2进行添加;

水力停留时间HRT为0.1~1h,表面分离负荷为4~10m/h,空塔流速为20~100m/h,反应器内pH值为8~10,回流比为1~24:1,温度范围为10~50℃;

二级反应器底部排出的晶体颗粒为粒径1~3mm的CaCO3晶体颗粒。

8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当所述原水为高硬度废水时,

运行阶段:药剂A为CaO或Ca(OH)2的乳浊液,其投加量按水中总碱度的1.5~2倍计,控制反应器内pH值为8.5~10;

二级反应器中,药剂B为Na2CO3的水溶液,其按[Ca2+]/[CO32-]摩尔比=1:1~2进行添加,控制反应器内的pH值为8~10;

一级反应器、二级反应器运行参数:水力停留时间HRT为0.1~1h,表面分离负荷为4~10m/h,空塔流速为20~100m/h,温度范围为10~50℃,回流比为1~24:1;

一级反应器、二级反应器中的晶体颗粒为粒径1~3mm的CaCO3晶体颗粒。

9.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,当所述原水为高氟废水时,

运行阶段一级反应器的参数:药剂A为CaO或Ca(OH)2与CaCl2的混合液,其中,CaCl2占干物质混合物总质量的0~25%,药剂A按[Ca2+]/[F-]摩尔比=0.7~1.5:1进行添加;

水力停留时间HRT为1~4h,表面分离负荷为1~4m/h,空塔上升流速v为10~60m/h,回流比为1~20:1,反应器内pH值<7.5,优选为4~7;

一级反应器底部排出的晶体颗粒为粒径60~200μm的CaF2晶体颗粒;

运行阶段二级反应器的参数:药剂B为Na2CO3的水溶液,其按[Ca2+]/[CO32-]摩尔比=1:1~2进行添加;

水力停留时间HRT为0.1~1h,表面分离负荷为4~10m/h,空塔上升流速v为20~100m/h,温度范围为10~50℃,回流比为1~24:1,反应器内pH值为8~10;

二级反应器中的晶体颗粒为粒径1~3mm的CaCO3晶体颗粒。

10.根据权利要求6-9任一项所述的方法,其特征在于,该方法还包括确定一级反应器、二级反应器的流化床层高度及排渣频次的步骤:

优选地,一级反应器、二级反应器流化床层高度的确定包括以下步骤:从取样管取出一定量的反应器内混合液,静置后,所沉降的可沉固体体积与静置前混合液体积之比达到10%~30%以上时,即认为床层高度已达到该取样口高度;

还优选地,所述一级反应器、二级反应器的排渣频次根据其所对应的流化床层高度确定,即保持流化床层高度占反应器空腔部分的3/4以下为宜,若流化床层高度占反应器空腔部分超过3/4时,即需要排渣;

更优选地,保持流化床层高度占反应器空腔部分的1/2-3/4。

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