磷石膏调节回水池设计方法与流程

1.本发明涉及磷石膏工程技术领域，特别涉及磷石膏调节回水池设计方法。


背景技术：

2.磷石膏是磷肥生产过程中产生的固体废物，属于二类一般工业固体废物，目前国内磷石膏的综合利用率比较低，大部分磷石膏采取湿法堆存处置，堆场渗滤液含有大量的磷、氟化物及重金属物质，对水体和土壤造成较大污染。国家标准要求磷石膏堆场必须配套建设渗滤液设施，但无渗滤液的产量计算，国内外对磷石膏堆场渗滤液产量的预测研究较少。
3.在磷石膏堆场中，渗滤液调节回水池存在多种功能作用，一是回用水储存池功能，这是由湿法磷石膏堆场自身特性决定的，大量渗滤液及堆场水需要储存在调节池后回用于车间进行载浆；二是均质渗滤液污染物，为了让渗滤液充分混合均匀，减少后续处理污染负荷，便于末端排放处理；三是缓冲渗滤液水力负荷，尤其是洪水季节时候短时间内产生的大量酸性废水，如果直接排入外环境的话，将可能造成重大环境污染事故；四是作为中转水池，作为其他用途的供应水池，比如回用于生产或矿山采选等。
4.现有技术中在调节回水池设计时，存在因渗滤液产量不确定，调节回水池的调节库容难以确定的问题。


技术实现要素：

5.针对现有技术不足，本发明解决的技术问题是提供磷石膏调节回水池设计方法，解决现有技术中在调节回水池设计时，存在因渗滤液产量不确定，调节回水池的调节库容难以确定的问题。
6.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种磷石膏调节回水池设计方法，调节回水池包括调节池和回水池，磷石膏堆场工艺水经过回水池澄清后流入调节池，渗滤液产量影响参数包括进降雨量、干基磷石膏含水量、沉降挤出水量三个进水参数，以及蒸发量、孔隙截留水两个出水参数，调节回水池设计包括以下步骤；
7.步骤s1：根据磷石膏堆场运行服务年限及每年设计堆体体积，确定渗滤液最大产量年份；
8.步骤s2：根据步骤s1得出的渗滤液最大产量年份，得出该年渗滤液产量影响参数值，并计算出各参数月平均值；
9.步骤s3：根据磷石膏堆场所在地近10年月最大降雨量，确定月渗滤液产量最大值；并取该年各月降雨量参数进行计算各月渗滤液产量；
10.步骤s4：最大渗滤液产量扣除当月的处理水量，得到月渗滤液最大剩余量，将月渗滤液剩余量连续出现正值月份的数据累加，得出调节回水池总的计算池容；
11.步骤s5：根据调节池回水的池容，进行调节回水池建设。
12.本方案产生的有益效果是：通过对磷石膏堆场各参数进行计算，并将月渗滤液产
量最大值确定出来进行调节池容量设计，解决了现有技术调节池容量难以确定的问题；经过容量设计后的调节池可以满足磷石膏堆场运营需求，且有效降低了由于渗滤液产量过大导致渗滤液外泄污染环境的情况出现。
13.进一步，步骤s11：根据磷石膏堆场运行服务年限及每年设计堆体体积，根据堆场截洪沟设计高程，计算出每年汇水面积，根据每年汇水面积及往年年平均降水量，计算出堆场运行期每年降水量；
14.步骤s12：根据堆体形态变化及堆场工程图纸，计算出堆场每年蒸发面积；
15.步骤s13：根据堆场设计每年进入的干基磷石膏量，计算出每年干基磷石膏含水量；
16.步骤s14：根据堆场每年进入的饱和初始磷石膏量，计算出每年磷石膏堆场孔隙截留水量；
17.步骤s15：根据堆场服务年限及每年设计堆体体积，计算出每年挤出沉降水量；
18.步骤s16：由步骤s12-s15得出的每年进水参数减去每年出水参数，得出磷石膏堆场每年渗滤液产量。首次将磷石膏挤出沉降水加入磷石膏渗滤液的产量计算中，有效提高了磷石膏渗滤液产量计算精准度，可推广适用于大部分磷石膏堆场渗滤液产量计算，便于相关技术人员参考进行磷石膏堆场水平衡系统设计。
19.进一步，所述回水池包括池体和压板，压板设置在池体内且与池体内壁滑动连接，所述压板固定连接有伸缩管，伸缩管贯穿压板，池体底部转动连接有翻板，翻板远离排淤管的一端沿竖直方向固定连接有支撑板，池体底部远离转轴的侧壁设有排淤管，电排淤管内设有电动阀，翻板远离排淤管的一端沿竖直方向固定连接有支撑板，池体下方右侧壁设有电动阀开关，且支撑板按压开关使得电动阀关闭，池体外部转动连接有第一齿轮，第一齿轮的转轴延伸至池体内部，压板上端固定连接有倒凹形杆，凹形杆一端设有与第一齿轮啮合的第二齿轮且位于池体外部，翻板下端设有支撑机构，转轴一端与支撑机构固定连接。
20.当水进入池内时，压板随着水位升高而升高，随着压板位置变化伸缩管被压缩，磷石膏工艺水经过伸缩管进入回水池内，由于伸缩管一直与水面接触起到引流的作用，所以进入的水流在回水池内产生的湍流较小，从而可以使得工艺水内含有的磷石膏等杂质进行快速沉淀；当回水池内水流减少时，压板逐渐下降，凹形杆随着压板一起下降，当凹形杆下降至第一齿轮与第一齿条啮合时，凹形杆带动第一齿轮转动，第一齿轮转动从而使得支撑机构不再对翻板限位，翻板在池内沉淀的废料重力作用下向下翻转，翻板转动后使得支撑板不再挤压电动阀开关，从而打开电动阀，翻板转动同时将翻板上的磷石膏杂质淤泥经过排淤口快速排出，支持机构配合翻板转动，当翻板水平时对翻板起支撑作用。
21.进一步，所述伸缩管包括第一伸缩管和第二伸缩管，第一伸缩管和第二伸缩管分别连接进水管和抽水管，所述抽水管一端位于调节池内且连接有抽水泵。抽水管一直位于回水池内废水表面，可以方便快速抽取，回水池内经过沉淀后的上清液，减少进入回水池的磷石膏等杂质。
22.进一步，所述压板下方靠近第二伸缩管的入口处可拆卸连接有滤网。通过滤网对磷石膏等杂质进行初步过滤，结构简单方便安装。
23.进一步，所述翻板远离排淤管的一端沿竖直方向固定连接有支撑板，翻板上表面滑动连接有推块，推块与支撑板之间固定连接有第一弹簧，所述滑块上端固定连接有挡板，
挡板倾斜设置，挡板一端与池体内壁接触。当翻板倾斜时，滑块在重力作用下沿翻板滑动，从而将残留在翻板上的杂物清除，可以实现定期自动清除回水池底部沉降废料，无需人工定时清理，有效降低生产运营成本；当回水池内的废料落在挡板上时可经过挡板斜面滑落至翻板上，同时挡板可以放置大体积废料落下挤压第一弹簧。
24.进一步，所述支撑机构包括支撑块、滑杆、棘轮和棘爪，支撑块与翻板下端面滑动连接，滑杆一端与支撑块转动连接，另一端与棘轮花键连接；棘轮转动连接在箱体底部，棘爪一端与棘轮啮合，另一端与箱体底部转动连接，棘爪的杆部固定连接有拉线，拉线另一端与转轴固定连接，棘爪的杆部下表面与箱体底部之间固定有第二弹簧。
25.第一齿轮转动时转轴卷收拉线，从而将棘爪拉开使其脱离棘轮，不再对棘轮进行限位，从而使得滑杆可以转动，令支撑块可以向右滑动；翻板向下转动时，使得支撑块相对向右滑动；然后棘轮在扭簧作用下回位，从而通过支持块推动翻板回位，翻板回位时转轴反向转动，从而放松拉线，棘爪在第二弹簧的弹力作用下回位从而与棘轮啮合，对棘轮转动进行限位，使得支撑块不再滑动，从而对翻板底部起到支撑作用。
附图说明
26.图1为堆场磷石膏渗滤液产量qn的随时间的变化情况；
27.图2为堆体上升高度实测值与计算值对比图；
28.图3为本发明实施例部分剖视图；
29.图4为本发明回水池正视图；
30.图5为本发明回压板结构侧视图。
具体实施方式
31.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
32.说明书附图中的附图标记包括：回水池1、调节池2、压板3、凹形杆31、第一齿条32、伸缩管4、进水管41、抽水管42、滤网43、翻板5、滑块51、挡板52、第一弹簧53、支撑板54、转轴55、第一齿轮56、排淤管6、开关61、水泵7、水泵阀71、支撑块8、棘轮81、棘爪82、第二弹簧83、拉线84、滑杆85、溢洪道9。
33.采用水量平衡分析法，按照系统进水和出水，将磷石膏堆场系统的水平衡分析的各因素分为：进水包括“降水量pn”、“干基磷石膏含水量rn”、“沉降挤出水sn”；出水主要包括“蒸发量en”、“孔隙截留水量in”。它们的代数和，为磷石膏堆场系统的“结余水”产生量qn，定义其为“磷石膏渗滤液产能qn”，渗滤液产能计算模型为“qn＝rn pn sn-en in”；降水量pn仅包含截洪沟范围内的降水，用式“pn＝p’*s
p-n”计算，pn为第n年进入磷石膏堆场的降水量(m3)；p’为堆场年平均降水(m2)；s
p-n
为第n年堆场截洪沟内汇水面积(m2)；堆场蒸发量按公式“s
e-n
＝c1s1 c2s2 c3s3 c4s4和en＝e
’×se-n”,s
e-n
为第n年堆场的有效蒸发面积；c1为开阔水面蒸发系数，取1，c2为磷石膏湿面蒸发系数，取0.8，c3为磷石膏干面蒸发系数，取0.4，c4为防渗膜裸露面蒸发系数，取0；s1为开阔水面面积(m2)，s2为磷石膏湿面面积(m2)s3为磷石膏干面面积(m2)，s4为防渗膜裸露面面积(m2)；en为第n年磷石膏堆场的蒸发量(m3)；e’为年平均蒸发量(m2)。
34.干基磷石膏含水量，用公式“rn＝(m
干基
*w
干基
)/[(1 w
干基
)*ρ
液
]”，：rn为第n年的干基
磷石膏含水量(m3)，m
干基
为第n年的干基磷石膏量(t)；w
干基
为压滤机排出的干基磷石膏含水率(％)，干基磷石膏中孔隙水的质量占其余磷石膏固体颗粒质量的比例，ρ
液
为孔隙水的密度(t/m3)，一般取1t/m3。孔隙截留水量用公式“in＝(m0*w0)/[(1 w0)*ρ
液
]”计算，in为第n年排入磷石膏堆场的饱和初始磷石膏孔隙截留水(m3)，m0为第n年的饱和初始磷石膏量(t)；w0为饱和初始磷石膏含水率(％)，为饱和初始磷石膏中孔隙水的质量占其余磷石膏固体颗粒质量的比例，ρ
液
为孔隙水的密度(t/m3)，一般取1t/m3。
[0035]
沉降挤出水需要首先计算出各层磷石膏层层高，通过堆场设计基本数据“累积容积-高程”函数关系(h高程＝f(v累积容积))折算出每层的层高，用(p
i,j
)矩阵表示各层受到的有效压力，矩阵的第i行第j列的数p
i,j
表示为第i年第j层受到的有效压力,按照分层理论，i≥j才有意义，则有公式式中γ为饱和磷石膏重度(kn/m3)、ρ为孔隙水的密度、g为重力加速度。用(e
i,j
)矩阵表示各层孔隙比，矩阵的第i行第j列的数e
i,j
表示为第i年第j层孔隙比。通过磷石膏固结排水特性研究试验，研究得出了以孔隙比变化表征的磷石膏沉降模型公式，当i＝j时，通过以下公式进行计算，
[0036][0037]
当i》j时，通过以下公式进行计算，
[0038][0039]
式中ei，j为第i年第j层孔隙比；e0＇为试验初始孔隙比e0＇取1.132；ei-1，j为第i-1年第j层孔隙比；cc为压缩指数，无量纲量，取1.21e-01；cα为次固结系数，无量纲量，取3.77e-05；k为次固结常数，无量纲量，取-3.37e-03；p0为饱和初始磷石膏受到初始有效压力(载荷)，取1kpa；t0为饱和初始磷石膏受到挤压的初始持续时间，取1s；pi，j与pi-1，j分别为第i年第j层有效压力与第i-1年第j层有效压力；ti，j与ti-1，j分别为第i年第j层与第i-1年第j层挤压持续的时间，即形成时间(s)；
[0040]
其中式子-为主固结作用引起的沉降，式子为次固结作用引发的沉降变化。用(v
i,j
)矩阵表示各层体积，矩阵的第i行第j列的数v
i,j
表示为第i年第j层体积,通过公式在第n年，各层磷石膏体积v
i,j
迭加，即为该年沉降挤出水排出后的磷石膏堆体总体积vn，有公式以v0表示每年进入堆场的饱和初始磷石膏体积，vn表示在第n年沉降挤出水排出后的磷石膏堆体总体积；若sn表示在第n年内磷石膏堆场产生沉降挤出水总量；tn表示在第n年磷石膏堆场累积产生沉降挤出水总量；易得公式“tn＝n*v0-vn；sn＝tn-tn-1”。
[0041]
实施例1以贵州省某磷酸生产企业为例，该企业年产80万吨的磷酸(以p2o5计)，年产磷石膏(纯磷石膏固体颗粒)约400万吨，磷石膏全部在其配套的磷石膏堆场处理，该企业配套的磷石膏堆场是属于山谷型磷石膏堆场，堆场为采用上游法筑坝的湿法堆场，采用防渗膜进行全库盆防渗。堆场的底部标高为海拔956米高程，最终高程为海拔1030m。该堆场设计服务年限6年。
[0042]
实例堆场厂区内无水文气象观测资料，实例采用距离堆场较近、高程相差不大的某县气象站水文气象观测资料。根据该县气象站近十年资料统计，区域多年平均降水量为1166.1mm；区域多年平均蒸发量为628.8mm；首先计算降雨量和蒸发量，据设计该堆场在985.3m和999.3m高程分别设置了截洪沟，两高程处对应的面积为241702.1m2和458498.86m2，
[0043]
表1磷石膏渗滤液产能演算(单位m3)
[0044][0045]
根据磷石膏堆场水平衡因素演算结果和磷石膏渗滤液产量计算公式，进行磷石膏渗滤液产能演算，演算结果详见表1磷石膏渗滤液产能演算；堆场磷石膏渗滤液产量qn随时间的变化情况如附图1所示；附图2为堆体上升高度实测值与计算值对比图；堆场磷石膏堆体上升速度实测值与计算值基本吻合，说明渗滤液产能计算模型与堆场的实际情况比较符合，但实际堆体上升高度较计算值稍微偏高，原因主要在于磷石膏的实际产生量多于计算值，每生产1吨磷酸产品(以p2o5计)产生的磷石膏大约为5-6吨，多于本文采用的磷石膏产量(5吨磷石膏/1吨磷酸产品)。
[0046]
本发明根据文献和工程实际资料，首次提出磷石膏堆场调节水池的设计计算方法，即采用10年一遇逐月最大降雨量确定的月渗滤液产量最大值，从中扣除当月的处理水量，得出月渗沥液最大剩余量；即采用第6年的月最大渗滤液产量扣除当月的处理水量，得到月渗滤液最大剩余量，将其按照最不利情况累加(即将月渗滤液剩余量连续出现正值月份的数据累加)，最终得出调节池的计算池容。以上述确定的磷石膏堆场为例，第6年每月最大降雨量、由降雨量和汇水面积确定的月最大渗滤液产量以及月最大渗滤液剩余量的计算情况如表2渗滤液调节池容积计算表所示。
[0047]
表2渗滤液调节池容积计算表
[0048][0049]
如图3、图4所示，调节回水池包括调节池2和回水池1，磷石膏堆场工艺水经过回水池1澄清后流入调节池2，调节池设有溢洪道9，回水池1包括池体和压板3，压板3设置在池体内且与池体内壁滑动连接，压板3焊接有伸缩管4，伸缩管4贯穿压板3，池体下方设有翻板5，翻板5与池体转动连接，池体下方左侧侧壁设有排淤管6，排淤管6内设有电动阀，电动阀开关61位于池体下方右侧壁，且支撑板54按压开关61使得电动阀关闭，池体外部转动连接有第一齿轮56，第一齿轮56的转轴55延伸至池体内与翻板转动连接，压板3上端固定连接有倒凹形杆31，凹形杆31如图5所示，凹形杆31一端位于池体外部，且设有与第一齿轮56啮合的第一齿条32。
[0050]
翻板5左端上方的箱体内壁沿水平方向固定有密封条，翻板5下端设有支撑机构，支撑机构包括支撑块8、滑杆85、棘轮81和棘爪82，支撑块8与翻板5下端面滑动连接，滑杆85一端与支撑块8转动连接，另一端与棘轮81花键连接，滑杆85向右倾斜设置，倾斜角度为45
°
～65
°
；棘轮81通过转动杆转动连接在箱体底部，棘轮81的转动杆连接有扭簧，棘爪82一端与棘轮81啮合，另一端与箱体底部转动连接，棘爪82的杆部上端固定连接有拉线84，拉线84另一端与转轴55固定连接，棘爪82的杆部下表面与箱体底部之间固定有第二弹簧83。
[0051]
伸缩管4采用波纹软管，伸缩管4包括第一伸缩管和第二伸缩管，第一伸缩管和第二伸缩管分别螺纹连接进水管41和抽水管42，所述抽水管42一端位于调节池2内且连接有抽水泵7，抽水管内设有水泵阀71。抽水管42一直位于回水池1内废水表面，可以方便快速抽取回水池1内经过沉淀后的上清液，减少进入调节池2的磷石膏等杂质。压板3下方靠近第二伸缩管4的入口处通过螺栓连接有滤网43。通过滤网43对磷石膏等杂质进行初步过滤，结构简单方便安装。
[0052]
当水进入池内时，压板3随着水位升高而升高，随着压板3位置变化伸缩管4被压缩，磷石膏工艺水经过伸缩管4进入回水池1内，由于伸缩管4一直与水面接触起到引流的作用，所以进入的水流在回水池1内产生的湍流较小，从而可以使得工艺水内含有的磷石膏等杂质进行快速沉淀；当回水池1内水流减少时，压板3逐渐下降，凹形杆31随着压板3一起下降，当凹形杆31下降至第一齿轮56与第一齿条啮合时，凹形杆31带动第一齿轮56转动，第一齿轮56转动使得转轴卷收拉线84，从而将棘爪82拉开使其脱离棘轮81，不再对棘轮81进行限位，从而使得滑杆85可以转动，令支撑块8可以向右滑动；翻板5在翻板上方沉淀的废料重力作用下向下转动时，使得支撑块8相对向右滑动，翻板5转动后使得支撑板54不再挤压电动阀开关61，从而打开电动阀，翻板5转动同时将翻板5上的磷石膏杂质淤泥经过排淤口快速排出。
[0053]
然后棘轮81在扭簧作用下回位，从而通过支撑块8推动翻板5回位，翻板5回位时转轴55反向转动，从而放松拉线84，棘爪82在第二弹簧83的弹力作用下回位从而与棘轮81啮合，对棘轮81转动进行限位，使得支撑块8不再滑动，从而对翻板底部起到支撑作用。
[0054]
实现了回水池1内废料快速沉淀，提高了生产回水效率，当回水池1内水量较少时可自动进行定期废料清理，无需人工进行清理，降低人力清洁成本。
[0055]
实施例2与实施例1相同部分不再赘述，翻板5远离排淤管6的一端沿竖直方向固定连接有支撑板54，翻板5上表面滑动连接有滑块51，滑块51与支撑板54之间固定连接有第一弹簧53，所述滑块51上端固定连接有挡板52，挡板52倾斜设置，挡板52一端与池体内壁接触。当翻板5倾斜时，滑块51在重力作用下沿翻板5滑动，从而将残留在翻板5上的杂物清除，可以实现定期自动清除回水池1底部沉降废料，无需人工定时清理，有效降低生产运营成本；当回水池1内的废料落在挡板52上时可经过挡板52斜面滑落至翻板5上，同时挡板52可以防止大体积废料落下挤压第一弹簧53。
[0056]
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。