[实用新型]两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种两级两相流化床自结晶处理高氟、高硬度废水的系统，属于废水处理技术领域。

背景技术

废水处理领域里，利用向废水中投加某种化学物质，使该化学物质和其中某些溶解物质产生反应，生成难溶盐而沉淀下来的方法，称为化学沉淀法。沉淀的形成经历着一个从无到有、从小到大的发生和发展的过程，这一过程十分复杂。

简单地说，沉淀形成的过程包括晶核的形成(成核作用)和沉淀颗粒的成长两个过程。

(1)晶核的形成—均相成核或异相成核，即：构晶离子在静电作用下均相成核形成离子对，离子对再形成离子聚集体；或者构晶离子在诱导作用下异相成核直接形成离子聚集体，然后由均相成核或异相成核形成的离子聚集体再形成小晶粒；

(2)沉淀颗粒的成长(或晶核的成长)—生成晶形沉淀或无定形沉淀，即：小晶核形成小沉淀微粒，然后小沉淀微粒再通过定向排列形成晶形沉淀，或通过凝聚形成无定形沉淀。

传统的化学沉淀法除氟、除硬，即是运用化学沉淀原理(溶度积原理)，借助化学药剂将氟离子、钙离子、镁离子转化成氟化钙、碳酸钙和氢氧化镁沉淀的过程，但此过程产生沉淀的往往是无定形沉淀，该无定形沉淀是由许多微小的沉淀颗粒疏松地聚集在一起而形成，沉淀颗粒的排列杂乱无序，其中又常包含有大量的水分及其他杂质，所以是疏松的絮状沉淀，整个沉淀的体积较大，因此其工艺过程往往需配有混凝、沉淀或澄清过程与其同时进行。传统沉淀工艺中，为加速沉淀而采取过量加药、投加混凝剂等措施，又增加了污泥的杂质，使得沉淀污泥无回收利用价值，增加了污泥处理的难度，且污泥体积大、含水率高，污泥的另行处置甚至比水处理更难。

由于晶形沉淀内部离子规则排列，结构紧密，若能使沉淀结果为晶形沉淀，则可大大提高沉淀效率，其好处在于：晶形沉淀致密、易沉淀到池底，无需投加混凝药剂， 污泥体积大为减小，含水率低，易于回收利用或最终处置。近年来，“诱导结晶沉淀技术”得到较快发展，该技术以诱导结晶为原理，并结合流化床或填料床反应器形式，所用结晶反应器内需要预置载体或填料作为晶种，使要去除的物质在晶种上发生诱导结晶反应，从而沉积在晶种上，然后通过底部排泥达到处理目的。诱导结晶的核心原理是：诱导作用下的异相成核→定向排列生长→生成晶形沉淀。晶种的作用在于：由于晶种的存在，沉淀反应的活化能降低，从而使溶液中较低饱和度的沉淀物质得以在晶种表面沉淀反应，以晶体的形式生长。为实现诱导结晶，要尽量避免沉淀物的构晶离子过饱和度较大，以免碳酸钙或氟化钙自发成核，这些细小晶体不能附着于晶种表面，会随着出水流出反应器，造成出水浊度增大。

目前以诱导结晶沉淀技术处理高氟高硬废水，主要基于诱导结晶原理，举例如下：

(1)《造粒反应器处理高硬度水试验研究》，顾艳梅，许航，孙宇辰等，土木建筑与环境工程，Vol.37，No.3，2015。文中所用技术是：采用流化床反应器，以一定粒径的细砂为晶种，运行过程中，细砂表面不断吸附反应中形成的碳酸钙，细砂的重量逐渐增加，流化床状态的平衡被打破，砂石填料渐渐沉在反应器底部，此时砂石填料失效，需将失效的填料取出，替换成新填料。试验在pH>12、砂石填料粒径为0.2-0.5mm等条件下获得较好效果，生成的碳酸钙晶体附着于细砂填料表面，运行15d左右填料表面所附着的碳酸钙晶体达到饱和，需将沉下的填料取出，更换成新的填料。

(2)《流化床结晶法处理高浓度含氟废水》，李程文，中南大学，环境工程硕士论文，2011。以诱导结晶为原理，采用流化床工艺处理含氟废水，预先向流化床中添加氟化钙晶种，再让废水与钙液进入流化床，使氟离子与钙离子晶种的表面异相成核长大。出水PH＝6-8，出水浊度控制在50NTU以下，氟回收率高达96％。生成的氟化钙产品粒度均匀，平均粒径100微米，可以作为萤石级氟化钙产品使用。

(3)《载体诱导沉淀结晶法软化水及脱氟的研究》，陈平，西安建筑科技大学，环境工程博士论文，2004。文中系统地研究了石英砂诱导CaCO₃沉淀反应动力学、热力学及其诱导机理，石英砂诱导沉淀结晶软化水，石英砂诱导CaF₂结晶脱氟及其诱导机理。

(4)荷兰的DHV公司和台湾工业化研究院，已成功实现了流化床结晶技术的工业化，其采用诱导结晶法，所用除氟沉淀剂为氯化钙，反应前需单独加碱调节废水pH至中性；所用除钙沉淀剂为氢氧化钠；运行前及运行过程中都需要不断地投加晶 种，一般为石英砂。