本发明涉及水处理，具体涉及一种废水的结晶造粒流化床处理装置及其处理方法。
背景技术：
1、工业生产产生许多废水，如反渗透浓水等。其处理回用需要去除硬度和浊度。此外，采用结晶造粒流化床去除硬度时，也会产生大量的浊度物质。通常，采用“化学结晶造粒流化床”和“固液分离流化床”二个装置进行组合，以完成去除硬度和浊度的任务(麻璐，化学结晶造粒流化床软化技术在中水深度处理中的应用，化工设计通讯，2021，47(11):86～86)。目前，针对废水处理，迫切需要兼具除硬、除浊功能的一体化设备。化学结晶造粒流化床可用于废水去除硬度、重金属、氟等，主要是通过添加药剂和晶种，利用化学沉积原理诱导沉积物附着在晶种上。晶种通常采用密度大、粒度小、比表面积大的矿物颗粒，晶种有一定粒级范围，实践中通常为60～100目。晶种有一定的粒度范围，化学结晶流化床内上升水流一定时，通常容易发生粗粒晶种沉淀、细粒晶种流失的现象。所以，如何优化化学结晶造粒流化床的结构，保证所有晶种悬浮而不流失，是一个亟待解决的问题。
2、在现有专利申请中，专利申请“一种高效结晶流化床设备”(申请号202410191422.5)，在流化床内部增加隔板，并使用多点进水的方式，划分大小晶种的流化区域，使进水和颗粒分布均匀；专利申请“一种针对高硬度废水的结晶流化床处理装置”(申请号201510864696.7)，采取内外筒结构，利用外筒循环水流冲击布水区附近的粗粒晶种，但外筒循环水量有限，作用区域很小，不能解决根本问题。该申请底部有一小段变径结构，但位于布水区以下，目的是用于管道布置和连接，对改变反应器的流态无任何帮助；专利申请“同步去除高价离子和有机物的核晶凝聚诱导造粒水处理装置”(申请号202010278446.6)，结晶流化床也采用内外双筒结构，顶部设置固液分离的斜板除浊，通过添加臭氧去除有机物；专利申请“一种针对高硬度废水的结晶流化床处理装置”(申请号201510864696.7)基础上添加斜板和臭氧气管，未涉及解决粗粒晶种的悬浮问题；此外，筒的顶部设置固液分离斜板，下沉的污泥将与晶种混合，污染晶种表面；专利申请“一种组合式流化床多功能水处理系统”(申请号202120594164.7)将化学结晶循环造粒流化床与固液分离循环造粒流化床组合起来，实现除硬度和浊度，技术思想与文献相同(麻璐，化学结晶造粒流化床软化技术在中水深度处理中的应用，化工设计通讯，2021，47(11):86～86)；专利申请“一种针对高硬度废水的结晶流化床处理装置”(申请号202122857047.8)，采用流化床、搅拌池和沉淀池串联来软化废水并去除悬浮物。通过流化床软化和药剂混凝沉淀来处理高硬度废水，设备占地面积大，操作较为繁琐。
3、由此，现有文献表明，针对废水的处理，至少还存在以下问题没有：(1)针对一定粒度范围的外加晶种，防止粗粒晶种沉淀、细粒晶种流失的问题；(2)兼备去除硬度、浊度功能，且避免二者相互干扰的一体化设备；(3)泥含水率高的问题。因此，针对以上技术问题，本发明申请提出一种废水的结晶造粒流化床处理装置。
技术实现思路
1、本发明申请提供了一种废水的结晶造粒流化床处理装置及其处理方法，旨在部分或全部解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
2、第一方面，本发明申请提供一种废水的结晶造粒流化床处理装置，包括晶种投放系统、碱液加药系统、混凝系统、排泥系统、粗颗粒收集系统及流化床反应器；
3、晶种投放系统包括进水泵、晶种投放斗、晶种混合斗、晶种投加泵和晶种投加管；晶种投放斗将晶种通过晶种投加管投入晶种混合斗，进水泵将水泵入晶种混合斗，水与晶种充分混合后在通过投加泵打入流化床内，避免晶种堵塞；
4、碱液加药系统包括碱储罐、碱液泵、碱液投加控制阀、爪形碱液加药管；碱储罐、碱液泵、碱液投加控制阀、爪形碱液加药管次连接；碱液投加控制阀通过ph实时在线检测仪检测ph值，并反馈处理控制碱液的投加量；爪形碱液加药管设置在多孔固定盘中心，爪形碱液加药管分为三只支管，支管上设置直径为1mm的孔洞，通过小孔投加碱液，实现碱液的均匀投加；
5、排泥系统包括斜板、排泥筒、污泥泵、污泥收集池，斜板、排泥筒、污泥泵、污泥收集池依次对应设置，斜板上端为出水溢流堰；流化床反应器包括圆柱形外筒、进水泵、压力表、多孔固定盘、宝塔型布水帽、ph值实时在线检测仪、在线浊度检测仪；圆柱形外筒、进水泵、压力表依次连接，ph值实时在线检测仪、在线浊度检测仪连接；多孔固定盘上分布通孔，用于固定宝塔型布水帽；多孔固定盘预留孔洞固定爪形碱液加药管；宝塔型布水帽缝隙为0.5mm，出水设置ph实时在线检测仪、在线浊度检测仪实现软化除浊的自动化。
6、可选地，混凝系统包括加药罐、加药泵、药剂投加控制阀、药剂投加管、管道混合器、导流板、出水槽；加药罐、加药泵、药剂投加控制阀、药剂投加管、管道混合器依次连接；药剂投加控制阀通过在线浊度检测仪检测浊度，并反馈处理控制絮凝剂的投加量；药剂投加管设置于管道混合器的前端，位于管道的中心轴；管道混合器设置有前后多孔板用于混合进出水，两板之间设置三组桨叶用于水和絮凝剂的混匀；导流板与管壁连接，夹角为45°；粗颗粒收集系统包括颗粒排放阀、颗粒收集斗，颗粒排放阀、颗粒收集斗连接。
7、可选地，所述结晶造粒流化床处理装置包括第一废水处理控制系数d1和第二废水处理控制系数d2，第一废水处理控制系数d1和第二废水处理控制系数d2分别为：d1＝a1/da-a3/dc，d2＝a1/da+a3/dc-2a2/db，满足：1.15<d1<2.15，1.51<d2<2.55，其中，da为反应器底部的碱液和进水混合区域a的直径，a1为反应器底部的碱液和进水混合区域a的流速大小，db为混合区域a的上部中间区域b的直径，a2为混合区域a的上部中间区域b的流速大小，dc为中间区域b的上部区域c的直径，a3为中间区域b的上部区域c的流速大小。
8、可选地，反应器底部的碱液和进水混合区域a，混合区域a的直径da；混合区域a的上部为中间区域b，中间区域b的直径db，中间区域b的上部为区域c，区域c的直径为，满足：da<db<dc。
9、可选地，所述结晶造粒流化床处理装置包括：第三废水处理控制系数d3，第三废水处理控制系数d3为：d3＝da2/dc2+da2/db2+dc2/db2，满足：1.6<d3<4.1。
10、可选地，晶种为石榴石晶种，晶种的受力平衡公式为：(q晶-q水)πd2g/3＝cdq水(a2)2πd2/8，颗粒雷诺数：re＝q晶da2/μ，q晶，q水分别表示晶种和水的密度，单位kg/m3，d表示晶种的直径，单位m；a2表示中间区域b的流速，单位m/h；μ表示液体的粘滞系数；cd代表阻力系数，根据颗粒雷诺数re的数值进行取值；
11、当re<1时，cd＝24/re；
12、当1<re<1000时，cd＝30/re0.625；
13、当re>1000时，cd＝0.44。
14、第二方面，本发明申请提供一种废水处理方法，其采用上述第一方面任一所述的结晶造粒流化床处理装置，包括以下步骤：
15、步骤s100：流化床设备总高度为4.5m，混凝沉降端高度为1.5m；反应器底部的碱液和进水混合区域a直径为da，其上为中间区域b直径为db，上部为区域c直径为dc；废水经过多孔固定盘上的宝塔型布水帽，布水帽上分布着0.5mm的缝隙，使进水均匀分散至流化床筒内；调节进水使区域b流速为a2m/h，此时区域a流速为a1m/h，此时区域c流速为a3m/h，能保证60-80目颗粒不会溢出；
16、步骤s200：药剂naoh通过加药泵加入流化床，加药管独立于流化床，与多孔固定盘中心连接，上接爪形碱液加药管，三个支管上设置直径为1mm的孔洞用于碱液散布，使得碱液与进水均匀接触；控制出水ph值为10.5-10.9；
17、步骤s300：将60-80目石榴石添加至晶种投加斗，投放斗通过传送带连接晶种混合斗；进水泵将水泵入晶种混合斗，水与晶种充分混合后在通过投加泵打入流化床内，避免晶种堵塞；随着结晶反应的进行，晶种变大后，打开晶种排放管，粗颗粒排空收集至收集池；
18、步骤s400：经过软化的废水混合着mg(oh)2絮体上升至混凝区域，絮凝剂控制阀开启，通过药剂投加管投加至管道混合器前端，与水混合进入管道混合器；混合后的水经过导流板四散；在沉降区域中的絮团落入污泥收集斗；清水溢流至出水槽收集，进而完成废水处理。
19、可选地，针对总硬度为2000mg/l caco3、总碱度为900mg/l的废水，其中mg含量为110mg/l，经过步骤s100至步骤s400后，出水总硬度、ca2+、mg2+浓度分别为315.98mg/l、78.43mg/l和28.23mg/l，且出水浊度为2ntu，排出污泥含水率为85％；或者，针对总硬度为4000mg/lcaco3、总碱度为120mg/l的废水，其中mg2+含量为300mg/l，经过步骤s100至步骤s400后，出水总硬度、ca2+、mg2+浓度分别为394.97mg/l、94.11mg/l和37.64mg/l，且出水浊度为3.6ntu，排出污泥含水率为85％。本发明与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
20、(1)通过设计不同直径的反应区域，使流化床内的有不同的上升流速，从而使不同粒级晶种悬浮。反应器底部的碱液和进水混合区域a，采用较小的直径da，使上升水速增加，以避免底部的晶种堆积，从而提高晶种利用率；此外，流速大，紊流程度高，便于水和碱液之间的混合。其上为中间区域b，采用稍大的直径db，上升水速稍大，使中间粒级晶种悬浮。上部为区域c，直径dc最大，流速进一步变小，避免小颗粒晶种溢出导致晶种不足。三个区域直径之间的关系为da<db<dc，根据晶种粒级范围、密度、废水处理，可以定量确定da、db、dc值；通过变径设计，使上升水速随高度分布，便于不同粒径的晶种悬浮，提高晶种的利用率和硬度去除效率；兼备去除硬度、浊度功能，且避免二者相互干扰的一体化设备，减小了占地面积，便于自动控制；
21、(2)第一废水处理控制系数d1、第二废水处理控制系数d2和第三废水处理控制系数d3范围，避免da过小，dc过大，区域a、区域b的过渡区域ab，区域b、区域c的过渡区域bc出现水流的流速过小(甚至为0)的情况，同时也能避免结晶造粒流化床处理装置的整体结构强度下降，通过对区域a、区域b、区域c的直径进行控制，防止区域a、区域b、区域c的尺寸过大或过小，也适当控制结晶造粒流化床处理装置的成本；
22、(3)结晶造粒流化床顶部设置出水溢流堰，设置排水管，管内安置管道混合器，絮凝剂加药管接入管道内，之后与水一起通过管道混合器进行混合；水向下流动，遇到挡流板后，向上流动，进入污泥沉降区，沉降区顶部设置斜板/管，强化固液分离；清水穿过斜板/管后外排，外排管安置ph值、浊度在线检测仪，数据反馈至pcl控制器，控制碱液和絮凝剂的投加量；采用高水柱、小锥角设计方案，强化污泥的压缩，从而降低污泥含水率，浊度去除率高，污泥含水率低，实现了高浊度、高硬度废水兼具去除硬度和浊度的一体化处理。
1.一种废水的结晶造粒流化床处理装置，包括晶种投放系统、碱液加药系统、混凝系统、排泥系统、粗颗粒收集系统及流化床反应器；
2.根据权利要求1所述的一种废水的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，混凝系统包括加药罐、加药泵、药剂投加控制阀、药剂投加管、管道混合器、导流板、出水槽；加药罐、加药泵、药剂投加控制阀、药剂投加管、管道混合器依次连接；药剂投加控制阀通过在线浊度检测仪检测浊度，并反馈处理控制絮凝剂的投加量；药剂投加管设置于管道混合器的前端，位于管道的中心轴；管道混合器设置有前后多孔板用于混合进出水，两板之间设置三组桨叶用于水和絮凝剂的混匀；导流板与管壁连接，夹角为45°；粗颗粒收集系统包括颗粒排放阀、颗粒收集斗，颗粒排放阀、颗粒收集斗连接。
3.根据权利要求2所述的一种废水的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，所述结晶造粒流化床处理装置包括第一废水处理控制系数d1和第二废水处理控制系数d2，第一废水处理控制系数d1和第二废水处理控制系数d2分别为：d1＝a1/da-a3/dc，d2＝a1/da+a3/dc-2a2/db，满足：1.15<d1<2.15，1.51<d2<2.55，其中，da为反应器底部的碱液和进水混合区域a的直径，a1为反应器底部的碱液和进水混合区域a的流速大小，db为混合区域a的上部中间区域b的直径，a2为混合区域a的上部中间区域b的流速大小，dc为中间区域b的上部区域c的直径，a3为中间区域b的上部区域c的流速大小。
4.根据权利要求3所述的一种废水的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，反应器底部的碱液和进水混合区域a，混合区域a的直径da；混合区域a的上部为中间区域b，中间区域b的直径db，中间区域b的上部为区域c，区域c的直径为，满足：da<db<dc。
5.根据权利要求4所述的一种废水的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，所述结晶造粒流化床处理装置包括：第三废水处理控制系数d3，第三废水处理控制系数d3为：d3＝da2/dc2+da2/db2+dc2/db2，满足：1.6<d3<4.1。
6.根据权利要求5所述的一种废水的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，晶种为石榴石晶种，晶种的受力平衡公式为：(q晶-q水)πd2g/3＝cdq水(a2)2πd2/8，颗粒雷诺数：re＝q晶da2/μ，q晶，q水分别表示晶种和水的密度，单位kg/m3，d表示晶种的直径，单位m；a2表示中间区域b的流速，单位m/h；μ表示液体的粘滞系数；cd代表阻力系数，根据颗粒雷诺数re的数值进行取值；
7.一种废水处理方法，其采用上述权利要求2-6任一项所述的结晶造粒流化床处理装置，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种废水处理方法，其特征在于，针对总硬度为2000mg/lcaco3、总碱度为900mg/l的废水，其中mg含量为110mg/l，经过步骤s100至步骤s400后，出水总硬度、ca2+、mg2+浓度分别为315.98mg/l、78.43mg/l和28.23mg/l，且出水浊度为2ntu，排出污泥含水率为85％；
