CN108467135A - 一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，包括化学结晶循环造粒流化床单元，还包括药剂投加单元、pH调节单元﹑晶种投加单元和颗粒排放单元；所述的pH调节单元包括酸调节单元和/或二氧化碳调节单元。本发明的系统完全实现了药剂投加、pH调节和颗粒排放等操作单元的自动控制，大大减轻了系统运行过程中的各种复杂操作。而且该系统整体结构简单清晰，各功能单元衔接紧凑，平面利用率高，操作简便。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及造粒流化床，具体涉及一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统。
背景技术
水中存在Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、As3+和F-等离子，在水中过量存在时，会危害人体健康和降低生产设备效率。一般水厂需要通过药剂软化﹑曝气﹑过滤﹑电渗析等组合工艺才能保证出水效果，由此带来了包括占地面积大﹑工序复杂﹑操作管理困难，增加处理成本等问题。
申请人在先研究开发的化学结晶循环造粒流化床水处理装置(ZL201510864696.7)，以诱导结晶原理为基础，通过运行工况调整，将水中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、As3+和F-等离子发生化学反应结晶在诱晶载体表面，从而实现了水质的净化。虽然上述专利设备具有投药量少，成本低，不需要投加任何混凝剂和絮凝剂，结晶颗粒易于与水分离等优点，但是由于该系统运行中涉及到药剂投加、晶种投加、颗粒排放和pH调节等诸多问题，如何优化设计整个结晶造粒流化床系统并且使该系统完全达到自动控制，是后续亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供本发明提供一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，为化学结晶循环造粒流化床配套整体水处理系统，从水处理的整体系统方面进一步提高水处理效果。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，包括化学结晶循环造粒流化床单元，还包括药剂投加单元、pH调节单元﹑晶种投加单元和颗粒排放单元；
所述的化学结晶循环造粒流化床单元包括化学结晶循环造粒流化床主体，化学结晶循环造粒流化床主体上设置有进水管和出水管，所述的进水管上沿进水方向依次设有电磁变频原水泵和总进水阀；
所述的药剂投加单元包括依次连接的药剂储存罐﹑变频药剂投加泵﹑药剂投加控制阀，药剂投加控制阀与化学结晶循环造粒流化床主体相连通；
所述的pH调节单元包括酸调节单元和/或二氧化碳调节单元；所述的酸调节单元包括依次连接的酸液储存罐﹑酸液变频投加泵﹑酸液投加控制阀和连接在出水管上的管式静态混合器；
所述的二氧化碳调节单元包括电子秤，电子秤上放置有二氧化碳压力储存罐，二氧化碳压力储存罐上依次安装有气体调节阀﹑气体流量计和文丘里管水射器，文丘里管水射器的一端与高压进水泵相连，文丘里管水射器的另一端与二氧化碳出水管相连，二氧化碳出水管与出水管相连通；
所述的晶种投加单元包括依次相连的晶种输送罐进水泵﹑晶种输送罐﹑颗粒泵和晶种投加阀门相连通，晶种投加阀门与化学结晶循环造粒流化床主体相连通；
所述的颗粒排放单元沿颗粒排出方向包括连接在化学结晶循环造粒流化床主体上的颗粒排放阀门和颗粒收集储存箱。
本发明还具有如下技术特征：
还包括控制单元，所述的控制单元包括信号采集与控制中心，信号采集与控制中心的输入端与进水流量计、进水压力表、第一pH实时在线检测仪、第二pH实时在线检测仪、碱液液位计、碱流量计、酸液液位计、酸流量计、电子秤、气体流量计和压力表相连；信号采集与控制中心的输出端与变频药剂投加泵、酸液变频投加泵、气体调节阀和颗粒排放阀门相连。
所述的进水流量计安装在电磁变频原水泵和总进水阀之间，所述的进水压力表安装在总进水阀和化学结晶循环造粒流化床主体之间；
所述的第一pH实时在线检测仪安装在化学结晶循环造粒流化床主体和管式静态混合器之间，所述的第二pH实时在线检测仪安装在管式静态混合器和出水管的出水口之间；
所述的碱液液位计安装在药剂储存罐内，所述的碱流量计安装在药剂投加控制阀与化学结晶循环造粒流化床主体之间；
所述的酸液液位计安装在酸液储存罐内，所述的酸流量计安装在酸液投加控制阀和管式静态混合器之间；
所述的压力表安装在靠近颗粒排放阀门的化学结晶循环造粒流化床主体上；
所述的颗粒收集储存箱上连接有排水阀门。
所述药剂投加单元用于投加NaOH﹑Ca(OH)2或Na2CO3。
所述的酸调节单元中使用的酸化药剂为HCl或H2SO4，投加点位于管式静态混合器之前。
本发明还保护一种二氧化碳调节装置，包括电子秤，电子秤上放置有二氧化碳压力储存罐，二氧化碳压力储存罐上依次安装有气体调节阀﹑气体流量计和文丘里管水射器，文丘里管水射器的一端与高压进水泵相连，文丘里管水射器的另一端与二氧化碳出水管相连。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(Ⅰ)本发明的系统完全实现了药剂投加、pH调节和颗粒排放等操作单元的自动控制，大大减轻了系统运行过程中的各种复杂操作。而且该系统整体结构简单清晰，各功能单元衔接紧凑，平面利用率高，操作简便。
(Ⅱ)目前对于水的pH的调节大都采用酸调节，尤其对于结晶造粒流化床系统基本采用盐酸或者硫酸调节出水的pH。但是盐酸或者硫酸属于强酸，在购买、运输和储存方面都有诸多不变，且引入氯离子和硫酸根离子，对于后续某些工艺有影响(如阻垢)。本发明提出除了采用酸调节pH外，还可以采用CO2调节，CO2调节pH具有调节范围广，耐冲击性强，经济便捷等优点，更可以在某些CO2排放较多的工厂将CO2回收再利用。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中各个标号的含义为：1-化学结晶循环造粒流化床单元，2-药剂投加单元，3-pH调节单元，4-晶种投加单元，5-颗粒排放单元，6-控制单元；
11-化学结晶循环造粒流化床主体，12-进水管，13-出水管，14-电磁变频原水泵，15-进水流量计；
21-药剂储存罐，22-变频药剂投加泵，23-药剂投加控制阀；
31-酸调节单元，32-二氧化碳调节单元，311-酸液储存罐，312-酸液变频投加泵，313-酸液投加控制阀，314-管式静态混合器；321-电子秤，322-二氧化碳压力储存罐，323-气体调节阀，324-气体流量计，325-文丘里管水射器，326-高压进水泵，327-二氧化碳出水管；
41-晶种投加阀门，42-晶种输送罐进水泵，43-晶种输送罐，44-颗粒泵；
51-颗粒排放阀门，52-颗粒收集储存箱，53-排水阀门；
61-信号采集与控制中心，62-进水流量计，63-进水压力表，64-第一pH实时在线检测仪，65-第二pH实时在线检测仪，66-碱液液位计，67-碱流量计，68-酸液液位计，69-酸流量计，610-压力表。
以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图1所示，本实施例给出一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，包括化学结晶循环造粒流化床单元1，还包括药剂投加单元2、pH调节单元3﹑晶种投加单元4和颗粒排放单元5；
所述的化学结晶循环造粒流化床单元1包括化学结晶循环造粒流化床主体11，化学结晶循环造粒流化床主体11上设置有进水管12和出水管13，所述的进水管12上沿进水方向依次设有电磁变频原水泵14和总进水阀15；
所述的药剂投加单元2包括依次连接的药剂储存罐21﹑变频药剂投加泵22﹑药剂投加控制阀23，药剂投加控制阀23与化学结晶循环造粒流化床主体11相连通；
所述的pH调节单元3包括酸调节单元31和/或二氧化碳调节单元32；所述的酸调节单元31包括依次连接的酸液储存罐311﹑酸液变频投加泵312﹑酸液投加控制阀313和连接在出水管13上的管式静态混合器314；
所述的二氧化碳调节单元32包括电子秤321，电子秤321上放置有二氧化碳压力储存罐322，二氧化碳压力储存罐322上依次安装有气体调节阀323﹑气体流量计324和文丘里管水射器325，文丘里管水射器325的一端与高压进水泵326相连，文丘里管水射器325的另一端与二氧化碳出水管327相连，二氧化碳出水管327与出水管13相连通；
所述的晶种投加单元4包括依次相连的晶种输送罐进水泵42﹑晶种输送罐43﹑颗粒泵44和晶种投加阀门41相连通，晶种投加阀门41与化学结晶循环造粒流化床主体11相连通；
所述的颗粒排放单元5沿颗粒排出方向包括连接在化学结晶循环造粒流化床主体11上的颗粒排放阀门51和颗粒收集储存箱52。
作为本实施例的一种具体方案，化学结晶循环造粒流化床主体11采用专利号为ZL201510 864696.7中国发明专利“一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置”中公开的化学结晶循环造粒流化床水处理装置。
作为本实施例的进一步方案，还包括控制单元6，所述的控制单元6包括信号采集与控制中心61，信号采集与控制中心61的输入端与进水流量计62、进水压力表63、第一pH实时在线检测仪64、第二pH实时在线检测仪65、碱液液位计66、碱流量计67、酸液液位计68、酸流量计69、电子秤321、气体流量计324和压力表610相连；信号采集与控制中心51的输出端与变频药剂投加泵22、酸液变频投加泵312、气体调节阀323和颗粒排放阀门52相连。
具体的，进水流量计62安装在电磁变频原水泵14和总进水阀15之间，所述的进水压力表63安装在总进水阀15和化学结晶循环造粒流化床主体11之间。
具体的，第一pH实时在线检测仪64安装在化学结晶循环造粒流化床主体11和管式静态混合器314之间，所述的第二pH实时在线检测仪65安装在管式静态混合器314和出水管13的出水口之间。
具体的，碱液液位计66安装在药剂储存罐21内，所述的碱流量计67安装在药剂投加控制阀23与化学结晶循环造粒流化床主体11之间。
具体的，酸液液位计68安装在酸液储存罐311内，所述的酸流量计69安装在酸液投加控制阀313和管式静态混合器314之间。
具体的，压力表610安装在靠近颗粒排放阀门51的化学结晶循环造粒流化床主体11上。
本实施例中，信号采集与控制中心61根据进水流量计62和/或第一pH实时在线检测仪64采集的信息来控制变频药剂投加泵22的输送流量。
本实施例中，信号采集与控制中心61根据第二pH实时在线检测仪65和酸流量计69采集的信息来控制酸液变频投加泵312的输送流量。
本实施例中，信号采集与控制中心61根据电子秤321和气体流量计324采集的信息来控制气体调节阀323的开度。
本实施例中，信号采集与控制中心61根据压力表610采集的信息来控制颗粒排放阀门52的启动与关闭。
作为本实施例的一种优选方案，所述的颗粒收集储存箱52上连接有排水阀门53；所述的化学结晶循环造粒流化床主体11底部连接有颗粒排放阀门54。
本实施例中，药剂投加单元2用于投加NaOH﹑Ca(OH)2或Na2CO3等软化药剂或者其它有助于水中离子结晶的药剂。
本实施例中，酸调节单元31中使用的酸化药剂为HCl或H2SO4，投加点位于管式静态混合器314之前。
本实施例中，晶种投加单元4是通过控制投加晶种的质量来实现投加控制的。
本实施例的系统在使用时，晶种投加单元4在化学结晶循环造粒流化床主体11底部填充晶种，高硬度原水通过电磁变频原水泵14进入到化学结晶循环造粒流化床主体11底部使晶种处于流化态；变频药剂投加泵22将软化药剂投加到反应器，目标组分在晶种上沉淀结晶，颗粒不断增长、变重，逐渐沉到化学结晶循环造粒流化床主体11底部，定期通过颗粒排放阀门52排出一定数量的大颗粒晶体，并通过晶种输送罐43加入一定数量晶种，如此循环。本实施例的系统整体结构清晰，各功能单元衔接紧凑，平面利用率高，操作方便，能够去除多种离子中某单一离子，也可同步高效地去除水中的多种离子。
由以上方案可知，本水处理系统的发明完善了之前的单一设备，弥补了设备应用的不足，提出了流化床运行﹑药剂与晶种投加﹑pH调节和颗粒排放回收等系统的操作方式。
下面一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统去除地下水中的硬度为例，说明该装置具体实施方式与处理效果。
高硬度水(总硬度含量277.6mg/L，HCO3 -碱度含量297.5mg/L，煮沸后浊度大于98NTU)经过进水管进入流化床主体内部，并以90m/h的上升流速沿筒体上升，同时质量浓度为30％的NaOH溶液通过加药管进入流化床主体内，加药量110mg/L。晶种在颗粒泵的抽吸作用下进入腔体，用于初次投加晶种和定期补充晶种损失量。投加周期根据流化床主体底部的压力表调整，混合有NaOH的高硬度水由下而上进入流化区流动，而且使得晶种处于流化状态。在流动的过程中，NaOH与水中HCO3 -和Ca2+、Mg2+发生如下反应：
NaOH→OH-+Na+
OH-+Mg2+→Mg(OH)2；
OH-+HCC3 -→CC3 2-+H2O
GO3 2-+Ca2+→CaCO3
水中的Ca2+、Mg2+绝大部分以CaCO3和Mg(OH)2的形式结晶并附着到晶种表面，使得水中硬度降低。细小晶种颗粒通过CaCO3和Mg(OH)2的结晶不断长大，大颗粒晶种在下，小颗粒晶种在上。当晶种颗粒上结晶的CaCO3和Mg(OH)2质量达到颗粒总质量的98％以上时，通过压力控制由排晶种管道排出颗粒，并通过加晶种管道进行补给，如此循环往复。当投加质量浓度分数为30％的NaOH 110mg/L，出水pH约9.4，总硬度75～80mg/L，去除率70％～73％，出水浊度小于1.0NTU，煮沸后浊度0～2NTU，投加质量浓度分数为30％的HCl 36mg/L，出水pH约7.6。
实施例2：
本实施例给出一种二氧化碳调节装置，包括电子秤321，电子秤321上放置有二氧化碳压力储存罐322，二氧化碳压力储存罐322上依次安装有气体调节阀323﹑气体流量计324和文丘里管水射器325，文丘里管水射器325的一端与高压进水泵326相连，文丘里管水射器325的另一端与二氧化碳出水管327相连。
二氧化碳调节装置，即二氧化碳调节单元32，调节范围广、抗波动能力强、操作安全可靠，不存在过度酸化的危险。二氧化碳调节单元主要是先令小部分高压水和二氧化碳在文丘里水射器进行混合，然后富二氧化碳水再注入到流化床的出水管，调节pH。因为经过实验证明，相对于直接把二氧化碳投加到管道里面去，这样投加的效率更高。
Claims (7)
1.一种全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，包括化学结晶循环造粒流化床单元(1)，其特征在于，还包括药剂投加单元(2)、pH调节单元(3)﹑晶种投加单元(4)和颗粒排放单元(5)；
所述的化学结晶循环造粒流化床单元(1)包括化学结晶循环造粒流化床主体(11)，化学结晶循环造粒流化床主体(11)上设置有进水管(12)和出水管(13)，所述的进水管(12)上沿进水方向依次设有电磁变频原水泵(14)和总进水阀(15)；
所述的药剂投加单元(2)包括依次连接的药剂储存罐(21)﹑变频药剂投加泵(22)﹑药剂投加控制阀(23)，药剂投加控制阀(23)与化学结晶循环造粒流化床主体(11)相连通；
所述的pH调节单元(3)包括酸调节单元(31)和/或二氧化碳调节单元(32)；所述的酸调节单元(31)包括依次连接的酸液储存罐(311)﹑酸液变频投加泵(312)﹑酸液投加控制阀(313)和连接在出水管(13)上的管式静态混合器(314)；
所述的二氧化碳调节单元(32)包括电子秤(321)，电子秤(321)上放置有二氧化碳压力储存罐(322)，二氧化碳压力储存罐(322)上依次安装有气体调节阀(323)﹑气体流量计(324)和文丘里管水射器(325)，文丘里管水射器(325)的一端与高压进水泵(326)相连，文丘里管水射器(325)的另一端与二氧化碳出水管(327)相连，二氧化碳出水管(327)与出水管(13)相连通；
所述的晶种投加单元(4)包括依次相连的晶种输送罐进水泵(42)﹑晶种输送罐(43)﹑颗粒泵(44)和晶种投加阀门(41)相连通，晶种投加阀门(41)与化学结晶循环造粒流化床主体(11)相连通；
所述的颗粒排放单元(5)沿颗粒排出方向包括连接在化学结晶循环造粒流化床主体(11)上的颗粒排放阀门(51)和颗粒收集储存箱(52)。
2.如权利要求1所述的全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其特征在于，还包括控制单元(6)，所述的控制单元(6)包括信号采集与控制中心(61)，信号采集与控制中心(61)的输入端与进水流量计(62)、进水压力表(63)、第一pH实时在线检测仪(64)、第二pH实时在线检测仪(65)、碱液液位计(66)、碱流量计(67)、酸液液位计(68)、酸流量计(69)、电子秤(321)、气体流量计(324)和压力表(610)相连；信号采集与控制中心(51)的输出端与变频药剂投加泵(22)、酸液变频投加泵(312)、气体调节阀(323)和颗粒排放阀门(52)相连。
3.如权利要求2所述的全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其特征在于，所述的进水流量计(62)安装在电磁变频原水泵(14)和总进水阀(15)之间，所述的进水压力表(63)安装在总进水阀(15)和化学结晶循环造粒流化床主体(11)之间；
所述的第一pH实时在线检测仪(64)安装在化学结晶循环造粒流化床主体(11)和管式静态混合器(314)之间，所述的第二pH实时在线检测仪(65)安装在管式静态混合器(314)和出水管(13)的出水口之间；
所述的碱液液位计(66)安装在药剂储存罐(21)内，所述的碱流量计(67)安装在药剂投加控制阀(23)与化学结晶循环造粒流化床主体(11)之间；
所述的酸液液位计(68)安装在酸液储存罐(311)内，所述的酸流量计(69)安装在酸液投加控制阀(313)和管式静态混合器(314)之间；
所述的压力表(610)安装在靠近颗粒排放阀门(51)的化学结晶循环造粒流化床主体(11)上。
4.如权利要求1所述的全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其特征在于，所述的颗粒收集储存箱(52)上连接有排水阀门(53)。
5.如权利要求1所述的全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其特征在于，所述药剂投加单元(2)用于投加NaOH﹑Ca(OH)2或Na2CO3。
6.如权利要求1所述的全自动化学结晶循环造粒流化床水处理系统，其特征在于，所述的酸调节单元(31)中使用的酸化药剂为HCl或H2SO4，投加点位于管式静态混合器(314)之前。
7.一种二氧化碳调节装置，其特征在于，包括电子秤(321)，电子秤(321)上放置有二氧化碳压力储存罐(322)，二氧化碳压力储存罐(322)上依次安装有气体调节阀(323)﹑气体流量计(324)和文丘里管水射器(325)，文丘里管水射器(325)的一端与高压进水泵(326)相连，文丘里管水射器(325)的另一端与二氧化碳出水管(327)相连。
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