[发明专利]一种基于超声技术强化新型晶种结晶除磷的装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程水处理技术领域，尤其涉及一种基于超声技术强化新型晶种结晶除磷的装置及方法。

背景技术

由于氮磷等植物性营养元素排入水体，造成水体富营养化引发一系列的环境问题；同时磷矿石资源面临着匮乏的局面，去除水体中过剩的磷并回收作为新型磷资源成为废水处理领域研究的热点。城市废水在其大流量前提下，具有很大的回收潜力，目前主要除磷工艺包括化学沉淀除磷、生物除磷、诱导结晶除磷。针对化学法、生物法处理成本及运行稳定性上的缺陷，诱导结晶除磷技术已成为一种广泛认可的既能高效除磷，又能实现磷资源的可持续利用的有效方法。通过调控水质及反应条件产生具有一定晶形的沉淀进并回收，实现处理回收一体化。较之化学法可大幅度减少剩余污泥和运行成本，运行稳定性远高于生物法。Battistoni等以石英砂为晶种，采用吹脱CO₂的方法，利用原水中的Mg⁺和NH₄⁺，不用添加化学药剂，可以以MAP（磷酸铵镁又称“鸟粪石”）的形式回收80%的磷，实现了磷资源的可持续利用。目前相关诱导结晶反应器如DHV反应器，在日本、荷兰等地已得到实际应用，此类反应器多采用石英砂作为晶种。依据结晶反应中自由能最小原理，石英砂结晶界面自由能较高故其结晶效率较低且诸如此类反应器其结晶周期较长；利用钢渣制造的具有吸附-缓释能力的新型晶种（专利号：ZL201010176250.2），可有效降低结晶界面自由能，实际运用中亦展现了良好的处理能力。目前强化结晶反应的措施主要投加药剂降低过饱和度，药剂成本较高同时运行管理较为复杂。考虑到现有的结晶反应工艺对反应条件要求较高、低浓度含磷废水处理难度大等问题，利用此类新型晶种并施以强化成为问题关键。

另一方面，有关利用声波能量影响结晶反应中热力学平衡及动力学方程进而促进结晶过程的研究在材料、化工及食品领域已较多。超声作用于二相或多相体系会产生空化效应、微扰效应、界面效应、湍动效应、聚能效应等对晶体的成核和成长过程有明显的影响。有关超声对味精结晶过程的影响实验表明，超声可以减弱分子间的作用力，降低溶液黏度使得结晶浓度低，晶体产量明显提高。在超声场对蔗糖溶液结晶成核过程的影响研究中发现，结晶成核过程可在低饱和度下实现。从上述有关实验可以看出超声波在晶核的生成速率、晶体的生长速率以及结晶量上有明显的诱导促进作用。

综上所述目前大多数结晶除磷都是针对高浓度含磷废水的情况，对诸如城市低浓度含磷废水的处理效果较差，且传统投加药剂强化法成本较高；目前结晶反应装置，晶种上多选择石英砂，晶种难以再循环利用其结晶反应速率较低，反应运行周期长且运行负荷低；有关诱导结晶反应器的研究领域目前大多数仍限于高浓度的模拟含磷废水且出水磷浓度较大，对低浓度含磷废水处理效率较低，在设计上，多采用流化床技术，其处理能耗大，运行管理复杂。在水处理领域，利用超声强化结晶除磷方面的研究仍为一空白区域，未见相关报道。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供了一种基于超声技术强化新型晶种结晶除磷的装置及方法。本发明耦合超声技术，利用新型晶种作为滤料形成固定床系统，促进新型晶种的结晶除磷效能，可解决低浓度城市含磷废水难处理的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于超声技术强化新型晶种结晶除磷的装置，包括柱状过滤器和超声波发生装置，所述超声波发生装置的一端与原水管连接，另一端通过进水管与过滤器的底部连接，所述过滤器内有滤料层，过滤器的上部有出水管。组合方式上采用前置超声-晶种过滤的形式，该形式将超声置于过滤装置前段，对进水进行超声处理，降低进水粘度、缩短诱导期，进而促进晶种的诱导结晶过程，装置构建简易。

所述过滤器的底部连接有反冲洗水管。反冲洗水管接反冲洗水箱。

所述过滤器的下部连接有曝气管。

在所述滤料层的下部有承托层。为砾石承托层。

在所述过滤器滤料层的侧壁上有取样口，在滤料层沿程设有取样口用于水样测定与滤料镜检。

在过滤器的的上部有溢流口。在所述进水管和反冲洗水管上分别有阀门。在进水管上有水泵。

所述滤料层为改性颗粒钢渣。利用钢渣通过水热法制备的具有一定的缓释吸附能力的改性颗粒钢渣除磷晶种作为固定床滤料。