CN113908707B - 一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及水处理技术领域，尤其是提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置及方法，包括：原水主管、二氧化碳装置、气液混合分离装置和投加控制系统，所述原水主管被配置为检测水质，所述二氧化碳装置被配置为将液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，所述气液混合分离装置被配置为强化二氧化碳气体与原水混合，所述投加控制系统被配置为调节二氧化碳投加量及二氧化碳气体与原水的二次混合。通过上述实施方式，使得二氧化碳投加量更加准确，进而提高了二氧化碳利用效率，进而使出水水质较好。
Description
技术领域
本公开涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置及方法。
背景技术
原水pH值过高的条件下，由于混凝效果不佳会有部分铝残留在水中，进而导致净水厂出水溶解铝浓度升高，人体摄入过量的铝会导致老年痴呆等疾病，其中溶解性铝具有的毒性最大。发明人发现，利用二氧化碳调节原水pH值在国内净水工艺中，二氧化碳投加利用率较低，进而导致工艺出水水质较差。
发明内容
本公开提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置及方法，以解决发明人认识到的利用二氧化碳调节原水pH值在国内净水工艺中，二氧化碳投加利用率较低，进而导致工艺出水水质较差的技术问题。
本公开提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，包括：原水主管、二氧化碳装置、气液混合分离装置和投加控制系统，所述原水主管被被配置为检测水质，所述二氧化碳装置被配置为将液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，所述气液混合分离装置被配置为强化二氧化碳气体与原水混合，所述投加控制系统被配置为调节二氧化碳投加量及二氧化碳气体与原水的二次混合。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述二氧化碳装置包括液态二氧化碳储罐、汽化器和减压阀，所述汽化器的一端与所述液态二氧化碳储罐连接，所述汽化器的另一端与所述减压阀的一端连接。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述气液混合分离装置包括气体溶解室、曝气管、排气阀和气体收集室，所述气体溶解室与所述二氧化碳装置连通，所述曝气管设置于所述气体溶解室内，所述排气阀的一端与所述气体溶解室连接，所述排气阀的另一端与所述气体收集室连接。
通过该装置，强化二氧化碳气体与原水充分接触混合及二次混合，提高了二氧化碳溶解率和利用效率，延长了碳酸与原水的反应时间，避免产生由于二氧化碳气体溶解效率较低，直接大量涌入原水中造成大部分二氧化碳气体遗失，利用率不高，甚至发生后续混凝沉淀工艺气浮现象的问题，进而提高pH调节效率与效果。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述投加控制系统包括加压泵、水射器和PLC控制器，所述加压泵被配置为输送原水，所述水射器被配置为调节进水压力及流量，所述PLC控制器被配置为控制二氧化碳流量。
该装置将调节前后的在线pH信号和原水流量连接到PLC控制器，通过模型公式，编制控制程序，使得二氧化碳投加量更加准确合理，保证pH调节效果和出水水质，且通过上述装置强化了二氧化碳气体与原水的二次混合，提高二氧化碳的利用效率。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述投加控制系统还包括调节阀、气体流量计、第一在线pH计、第二在线pH计和原水流量计，所述调节阀被配置为调节所述水射器，所述气体流量计被配置为反馈二氧化碳流量信号，所述第一在线pH计被配置为检测调节前的pH值，所述第二在线pH计被配置为检测调节后的pH值，所述原水流量计被配置为检测原水流量。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述加压泵设置有止回阀。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述二氧化碳装置与所述气液混合分离装置之间设置有电磁阀，所述电磁阀被配置为控制二氧化碳进气的开闭。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述气液混合分离装置整体设置为密闭状态。
本公开还提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加方法，包括以下步骤：
(1)、由所述第一在线pH计检测调节前的原水pH值；
(2)、由所述第二在线pH计检测调节后的原水pH值；
(3)、设定原水pH控制目标值；
(4)、当所述第一在线pH计检测调节前的原水pH值低于或等于设定的原水pH控制目标值时，PLC控制器发出指令，停止投加二氧化碳。
在上述任一技术方案中，进一步地，所述第一在线pH计与所述第二在线pH计设置有检测时间间隔。
本公开的有益效果主要在于：通过上述实施方式，一方面将成品液态二氧化碳转化为气态二氧化碳后，与原水提前进行充分混合，提高了溶解效率，延长了混合与反应时间，而溢出的气态二氧化碳经水射器二次投加进原水进行混合，提高了二氧化碳利用效率，保证了pH调节效果；另一方面将原水pH值、加注二氧化碳后的原水pH值和二氧化碳投加量作为参数引入PLC控制器的计算程序中，使得二氧化碳投加量更加准确合理，使pH调节更加准确可控，保证了生产的稳定性。
应当理解，前述的一般描述和接下来的具体实施方式两者均是为了举例和说明的目的并且未必限制本公开。并入并构成说明书的一部分的附图示出本公开的主题。同时，说明书和附图用来解释本公开的原理。
附图说明
为了更清楚地说明本公开具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开实施例的整体结构框图示意图；
图2为本公开实施例的整体立体结构示意图；
图3为本公开实施例的部分装置立体结构示意图一；
图4为本公开实施例的部分装置立体结构示意图二；
图5为本公开实施例中连接组件的立体结构示意图；
图6为本公开实施例中连接组件爆炸立体结构示意图；
图7为本公开实施例中连接组件部分爆炸立体结构示意图。
图标：
100-原水主管；101-第一管道；102-第二管道；103-第三管道；200-二氧化碳装置；201-二氧化碳储罐；202-汽化器；203-减压阀；204-电磁阀；300-气液混合分离装置；301-气体溶解室；302-曝气管；303-排气阀；304-气体收集室；400-投加控制系统；401-加压泵；402-水射器；403-PLC控制器；404-调节阀；405-气体流量计；406-第一在线pH计；407-第二在线pH计；408-原水流量计；409-止回阀；500-连接组件；501-内管；502-第一棘轮；503-外管；504-第二棘轮；505-套环；506-卡槽；507-卡箍件；508-卡块；509-隔档板。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
在本公开的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
请参阅图1、图2、图3和图4，在一个或多个实施例中提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，包括：
原水主管100，原水主管100的一端连通有第一管道101，原水主管100的另一端连通有第二管道102。
二氧化碳装置200，二氧化碳装置200包括液态二氧化碳储罐201、汽化器202和减压阀203，液态二氧化碳储罐201内有液态二氧化碳，汽化器202的入口与液态二氧化碳储罐201连接，液态二氧化碳储罐201内的液态二氧化碳经汽化器202后转化为气态二氧化碳，汽化器202的出口与减压阀203的进气口连接，减压阀203用于调节气态二氧化碳的压力，减压阀203的出气口与气体溶解室301通过管道连通，将气态二氧化碳通过减压阀203送入气体溶解室301进行气液混合，减压阀203上设置有电磁阀204，电磁阀204与PLC控制器403连接，电磁阀204被配置为控制二氧化碳进气的开闭。
气液混合分离装置300，气液混合分离装置300包括气体溶解室301、曝气管302、排气阀303和气体收集室304，气体溶解室301开设有进水口和出水口，进水口设置于气体溶解室301一侧偏下部，出水口设置于气体溶解室301另一侧偏上部，进而使气体二氧化碳与原水充分接触，避免短流，气体溶解室301的进气口与减压阀203的出气口通过管道连通，气体二氧化碳通过气体溶解室301的进气口进入气体溶解室301，曝气管302铺设在气体溶解室301内部下端，气态二氧化碳通过曝气管302释放，排气阀303的一端连通于气体溶解室301，排气阀303的另一端连通于气体收集室304，气体二氧化碳在气体溶解室301内与原水混合溶解后形成碳酸，未充分溶解而溢出的气体二氧化碳经排气阀303进入气体溶解室301上端的气体收集室304。通过上述装置使气体二氧化碳与原水充分混合溶解，避免二氧化碳投加点距混凝剂投加点距离相近，碳酸与原水的反应时间不够充分，pH调节效果不佳。
投加控制系统400，投加控制系统400包括加压泵401、水射器402和PLC控制器403，加压泵401设置于原水主管100的第一管道101上，第一管道101上设置有止回阀409，止回阀409被配置为使加压泵401安全运转，第一管道101上连通有第三管道103，水射器402设置于第三管道103上，加压泵401用于将原水从原水主管100中通过第一管道101输送至气体溶解室301，且将原水从原水主管100中通过第三管道103输送至水射器402中，气体收集室304的上端开设有开口，水射器402与气体收集室304的开口连通，PLC控制器403被配置为控制二氧化碳流量。通过上述装置，利用PLC控制器403，精确二氧化碳的投加量，准确控制pH，使生产具有稳定性，且利用水射器402通过负压将二氧化碳气体与原水进行二次混合，提高二氧化碳气体的利用效率。
需要说明的是，在具体设置时，液态二氧化碳储罐201优选的采用钢材料制成，气液混合分离装置300整体保持密闭状态，且采用耐腐蚀材质制成，优选的采用不锈钢材质，气体溶解室301与气体收集室304之间用分隔板分开，起到气液分离作用，排气阀303固定于分隔板上，分隔板采用耐腐蚀材质制成，优选的采用钢制成，第二管道102采用耐腐蚀材料制成，优选的采用不锈钢材质，第二管道102还可采用PVC材质制成，曝气管302可设置为穿孔曝气管302，也可以设置为曝气盘等曝气器形式。
在上述任一技术方案中，进一步地，投加控制系统400还包括调节阀404、气体流量计405、第一在线pH计406、第二在线pH计407和原水流量计408，调节阀404固定于第三管道103上，调节阀404被配置为调节水射器402的进水压力和流量，气体流量计405设置于减压阀203上，第一在线pH计406设置于原水主管100的一端，第二在线pH计407设置于原水主管100的另一端，第一在线pH计406被配置为监测调节前的pH值，第二在线pH计407被配置为检测调节后的pH值，第一在线pH计406与第二在线pH计407分别与PLC控制器403连接，原水流量计408设置于原水管道内，原水流量计408被配置为检测原水流量。
需要说明的是，气体二氧化碳与原水混合溶解后会形成碳酸，进而输送碳酸的管道容易受到腐蚀，进而需要对输送管道进行定期更换，避免发生管道泄漏等安全事故。
请参阅图5、图6和图7，在本公开的一种实施例中，还包括连接组件500，连接组件500包括内管501、第一棘齿、外管503、第二棘齿和套环505，内管501安装在上述装置中，第一棘齿固定安装于内管501上，第二棘轮504固定安装于外管503上，第一棘轮502与第二棘轮504相互配合使用，内管501上开设有卡槽506，外管503上固定安装有卡箍件507，卡箍件507上固定安装有卡块508，卡块508能够容置于卡槽506，并能够沿着卡槽506滑动，内管501的一端设置有外螺纹，卡箍件507上设置有外螺纹，内管501上设置有套环505，套环505内设置有内螺纹，套环505通过螺纹将内管501与外管503上的卡箍件507连接，内管501内部设置有隔档板509，隔档板509被配置为隔档碳酸溶液，套环505外侧设置有防滑条纹，防滑条纹被配置为增大手部对套环505的摩擦力，在具体设置时，防滑条纹可以设置为便于扳手等工具驱动的形状，外管503可以是第一管道101、第二管道102和第三管道103之中的其中一个。
具体的，上述装置的使用方法是：将外管503上的第二棘轮504插接在内管501上的第一棘轮502，第一棘轮502与第二棘轮504相互配合，且外管503上的卡箍件507的卡块508卡接于内管501上的卡槽506，旋转防滑条纹，进而防滑条纹带动套环505旋转，进而套环505将内管501与外管503安装连接，在具体实施中，原水或碳酸溶液的流动方向是内管501向外管503输送，进而隔档板509可以防止原水或碳酸溶液对内管501及外管503连接处进行腐蚀，延长管道的使用时间。通过上述装置，可以快速对管道进行拆装，减少更换管道的时间，增大设备的水处理工作效率。
本公开还提供了一种用于调节原水pH的二氧化碳投加方法，包括以下步骤：
(1)、由第一在线pH计406检测调节前的原水pH值，第一在线pH计406设置在原水主管100加注点上游，加压泵401将原水主管100中的原水通过第一管道101输送到气体溶解室301，气体溶解室301内水深深度设置为1.5-2.0米深，气体二氧化碳通过气体溶解室301进气口进入，并通过气体溶解室301内铺设的曝气管302释放，与气体溶解室301内原水混合，混合时间为1-3分钟，混合后形成碳酸，未充分混合溶解而溢出的气体二氧化碳经排气阀303进入气体收集室304，气体收集室304内的气体二氧化碳通过负压进入水射器402中，通过调节阀404调节第三管道103内原水进入水射器402的进水压力为0.25-0.4MPa，第三管道103内的原水与水射器402中的气体二氧化碳进行二次混合溶解形成碳酸溶液，且与气体溶解室301内的碳酸溶液一并进入第二管道102，第二管道102插入至原水管道100的中下部，以利于碳酸溶液扩散溶解，进而加快降低原水pH至合适数值；
(2)、由第二在线pH计407检测调节后的原水pH值，第二在线pH计407设置在原水主管100加注点下游约8米处；
(3)、PLC控制器403基于气体流量计405反馈的二氧化碳流量信号，第一在线pH计406反馈的调节前的pH值信号，第二在线pH计407反馈的调节后的pH值信号，原水流量计408反馈的原水流量信号，原始设定的pH目标值得到气体二氧化碳的投加量，PLC控制器403将气体二氧化碳投加量的输出信号反馈至减压阀203，减压阀203控制进入气体溶解室301的气体二氧化碳量；
(4)、PLC控制器403对于气体二氧化碳投加量的内置程序计算公式如下：
q＝Q[A(pH1-pH0)+B(pH2-pH0)]
其中，q为气体二氧化碳投加量，单位为g/h；Q为进水流量，单位为m3/h，由原水流量计408实时测定；A为调节系数，本公开中A的取值范围为2-3；B为调节系数，本公开中B的取值范围为1-1.5；pH1为第一在线pH计406实时测定的调节前的原水pH值；pH2为第二在线pH计407实时测定的调节后的原水pH值；pH0为设定的原水pH控制目标值，本公开中pH0设定的范围为7.2-7.5。
当第一在线pH计406检测调节前的原水pH值pH1低于或等于设定的原水pH控制目标值pH0时，PLC控制器403发出指令，停止投加二氧化碳，为了避免调控动作过于频繁，第一在线pH计406与第二在线pH计407设置有检测时间间隔，时间间隔为0.5小时。
通过上述实施方式，将成品液态二氧化碳转化为气态二氧化碳后，与原水提前进行充分混合，提高了溶解效率，延长了混合与反应时间，而溢出的气态二氧化碳经水射器402二次投加原水进行混合，提高了二氧化碳利用效率，保证了pH调节效果。
通过本公开提供的一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置及方法，使得二氧化碳投加量更加准确合理，根据试验综合确定优选的pH目标值，使混凝剂投加量、出水水质、二氧化碳投加量等达到较优状态，可将原水pH值从8.0-8.7快速调节至7.2-7.5，与传统技术相比，混凝剂投加量降低15％以上，出厂水铝浓度和浊度均降低10％以上，实现安全达标出水。
需要说明的是，汽化器202、减压阀203、电磁阀204、排气阀303、加压泵401、水射器402、PLC控制器403、调节阀404、气体流量计405、第一在线pH计406、第二在线pH计407、原水流量计408和止回阀409具体的型号和规格需根据本公开设备的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故不在详细赘述。
汽化器202、减压阀203、电磁阀204、排气阀303、加压泵401、水射器402、PLC控制器403、调节阀404、气体流量计405、第一在线pH计406、第二在线pH计407、原水流量计408和止回阀409的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，包括：原水主管、二氧化碳装置、气液混合分离装置和投加控制系统，所述原水主管被配置为检测水质，所述二氧化碳装置被配置为将液态二氧化碳转换为气态二氧化碳，所述气液混合分离装置被配置为强化二氧化碳气体与原水混合，所述投加控制系统被配置为调节二氧化碳投加量及二氧化碳气体与原水的二次混合；
其中，所述气液混合分离装置包括气体溶解室、曝气管、排气阀和气体收集室，所述气体溶解室与所述二氧化碳装置连通，所述曝气管设置于所述气体溶解室内，所述排气阀的一端与所述气体溶解室连接，所述排气阀的另一端与所述气体收集室连接；
所述投加控制系统包括加压泵、水射器和PLC控制器，所述加压泵被配置为输送原水，所述水射器被配置为调节进水压力及流量，所述PLC控制器被配置为控制二氧化碳流量；
所述加压泵设置于原水主管的第一管道上，所述第一管道上设置有止回阀，所述第一管道上连通有第三管道，所述水射器设置于第三管道上，所述加压泵用于将原水从原水主管中通过第一管道输送至所述气体溶解室，且将原水从原水主管中通过第三管道输送至所述水射器中，所述气体收集室的上端开设有开口，所述水射器与所述气体收集室的开口连通。
2.根据权利要求1所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，所述二氧化碳装置包括液态二氧化碳储罐、汽化器和减压阀，所述汽化器的一端与所述液态二氧化碳储罐连接，所述汽化器的另一端与所述减压阀的一端连接。
3.根据权利要求1所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，所述投加控制系统还包括调节阀、气体流量计、第一在线pH计、第二在线pH计和原水流量计，所述调节阀被配置为调节所述水射器，所述气体流量计被配置为反馈二氧化碳流量信号，所述第一在线pH计被配置为检测调节前的pH值，所述第二在线pH计被配置为检测调节后的pH值，所述原水流量计被配置为检测原水流量。
4.根据权利要求1所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，所述二氧化碳装置与所述气液混合分离装置之间设置有电磁阀，所述电磁阀被配置为控制二氧化碳进气的开闭。
5.根据权利要求1所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，所述气液混合分离装置整体设置为密闭状态。
6.一种用于调节原水pH的二氧化碳投加方法，适用于权利要求1-5任一项所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加装置，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、由所述第一在线pH计检测调节前的原水pH值；
(2)、由所述第二在线pH计检测调节后的原水pH值；
(3)、设定原水pH控制目标值；
(4)、当所述第一在线pH计检测调节前的原水pH值低于或等于设定的原水pH控制目标值时，PLC控制器发出指令，停止投加二氧化碳。
7.根据权利要求6所述的用于调节原水pH的二氧化碳投加方法，其特征在于，所述第一在线pH计与所述第二在线pH计设置有检测时间间隔。
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