[发明专利]一种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

说明书

技术领域

本发明涉及一种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，属于农业资源环境技术领域。

背景技术

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。

发明内容

本发明的目的是提供一种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，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。

本发明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；

所述集晶罐的高径比为1～2：1；

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1～2：1。

本发明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：

（1）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；