本發(fā)明涉及一種高硬生活飲用水軟化裝置及方法，屬于給水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硬度大的生活飲用水由于存在煮沸后口感差、易生成水垢皂垢、降低洗滌效果和皮膚不適等問題，因此一直受到民眾詬病和抱怨。針對水質(zhì)高硬度問題，國內(nèi)外現(xiàn)有除硬工藝主要為藥劑軟化法、離子交換法、膜軟化法等，但是均存在一定的局限性。例如，藥劑軟化法雖然成本低，但是出水水質(zhì)不穩(wěn)定、產(chǎn)生泥渣量較多，而且管理較繁雜；離子交換軟化法不僅對預(yù)處理要求嚴(yán)格，費(fèi)用也較高，而且出水鹽度增大不適用于生活飲用；膜軟化工藝雖然出水水質(zhì)好，但是建造和運(yùn)行費(fèi)用高昂。出于經(jīng)濟(jì)成本、技術(shù)水平和標(biāo)準(zhǔn)要求等方面的考慮，目前我國硬水軟化處理主要針對工業(yè)用水。針對城鎮(zhèn)集中式供水和農(nóng)村小規(guī)模供水模式下的生活飲用水除硬技術(shù)還沒有在經(jīng)濟(jì)上適當(dāng)、在技術(shù)上成熟的方案。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種出水水質(zhì)穩(wěn)定性好、產(chǎn)生泥渣量小且除硬效果好的高硬生活飲用水軟化裝置及方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種高硬生活飲用水軟化裝置，其特征在于：它包括液固流化床反應(yīng)器，在所述液固流化床反應(yīng)器的底部設(shè)置有進(jìn)水口和進(jìn)藥口，在所述液固流化床反應(yīng)器的底部填充有誘晶材料，所述誘晶材料的頂面高于進(jìn)水口和進(jìn)藥口，在所述液固流化床反應(yīng)器的頂部設(shè)置有出水口，所述進(jìn)水口通過管路連接用于盛放待軟化原水的儲水裝置，所述進(jìn)藥口通過管路連接用于盛放軟化藥劑的罐體，在位于所述儲水裝置與所述進(jìn)水口之間的管路上以及位于所述罐體與所述進(jìn)藥口之間的管路上均設(shè)置有泵。
所述誘晶材料包括第一層石英砂和第二層石英砂；所述第一層石英砂的粒徑大于所述第二層石英砂的粒徑，所述第一層石英砂設(shè)置在所述液固流化床反應(yīng)器內(nèi)的底部，所述第二層石英砂位于所述第一層石英砂的頂部；所述第一層石英砂和所述第二層石英砂的粒徑均在0.2～1毫米之間。
所述出水口設(shè)置成齒形堰板或環(huán)形集水槽；所述出水口通過管路連接砂石過濾器。
在所述液固流化床反應(yīng)器上部的外壁上上下間隔設(shè)置有多個取樣口，在所述液固流化床反應(yīng)器、所述儲水裝置和所述罐體的底部設(shè)置有排空口，在所述罐體的頂部設(shè)置有用于加軟化藥劑或加水的開口。
在所述進(jìn)水口上間隔設(shè)置有多個進(jìn)水噴頭，所述進(jìn)藥口上位于所述進(jìn)水噴頭的上方。
所述軟化藥劑為氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鈣。
在位于所述罐體與所述進(jìn)藥口之間的管路內(nèi)設(shè)置有用于清除軟化藥劑內(nèi)雜質(zhì)的Y型過濾器；在位于所述儲水裝置與所述進(jìn)水口之間管路上的所述泵為離心泵，另一所述泵為計(jì)量泵，所述計(jì)量泵設(shè)置在所述罐體的頂部；在位于所述罐體與所述進(jìn)藥口之間的管路上間隔設(shè)置有壓力表和止回閥；在位于所述儲水裝置與所述進(jìn)水口之間的管路上間隔設(shè)置有壓力表、止回閥和電磁流量計(jì)。
一種高硬生活飲用水軟化方法，其特征在于，它包括以下步驟：1)利用位于儲水裝置與進(jìn)水口之間管路上的泵將儲水裝置內(nèi)待軟化的原水泵入液固流化床反應(yīng)器的底部，同時(shí)利用位于罐體與進(jìn)藥口之間管路上的另一泵將罐體內(nèi)的軟化藥劑泵入液固流化床反應(yīng)器的底部，使原水和軟化藥劑在液固流化床反應(yīng)器的底部混合；2)通過水流上推力使誘晶材料流化后沿液固流化床反應(yīng)器上升，位于流化床區(qū)域內(nèi)的原水中的致硬離子在誘晶材料表面上沉淀結(jié)晶，后附著在誘晶材料表面；3)位于液固流化床反應(yīng)器上部澄清后的水經(jīng)出水口流出。
在所述步驟2)中，通過水力條件中的水壓力和/或水流速調(diào)控液固流化床反應(yīng)器內(nèi)的流化床狀態(tài)，液固流化床反應(yīng)器內(nèi)流化床體的膨脹率在200～250％之間。
液固流化床反應(yīng)器內(nèi)原水堿度小于原水硬度的一半時(shí)，在罐體內(nèi)添加用于提高液固流化床反應(yīng)器內(nèi)原水堿度的碳酸鈉。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明裝置設(shè)置了液固流化床反應(yīng)器，在液固流化床反應(yīng)器的底部填充有誘晶材料，誘晶材料的頂面高于進(jìn)水口和進(jìn)藥口，能夠?qū)崿F(xiàn)集軟化藥劑、原水和誘晶材料混合、結(jié)晶、沉淀反應(yīng)為一體，本發(fā)明出水水質(zhì)穩(wěn)定性好、產(chǎn)生泥渣量小且除硬效果好，并且適用于大規(guī)模處理。2、本發(fā)明誘晶材料包括第一層石英砂和第二層石英砂，第一層石英砂的粒徑大于第二層石英砂的粒徑，第一層石英砂設(shè)置在液固流化床反應(yīng)器內(nèi)的底部，第二層石英砂位于第一層石英砂的頂部，通過水流上推力能夠使誘晶材料快速地流化后沿液固流化床反應(yīng)器上升，反應(yīng)時(shí)間快。3、本發(fā)明第一層石英砂和第二層石英砂的粒徑均在0.2～1毫米之間，以便于在液固流化床反應(yīng)器形成對原水進(jìn)行除硬的穩(wěn)定的流化床，進(jìn)一步提高除硬效果。4、本發(fā)明出水口設(shè)置成齒形堰板或環(huán)形集水槽，能夠降低出水口的流速，從而保證顆粒沉降效果。5、本發(fā)明出水口通過管路連接砂石過濾器，能夠降低出水濁度。6本發(fā)明方法通過水力條件中的水壓力和/或水流速調(diào)控液固流化床反應(yīng)器內(nèi)的流化床狀態(tài)，保證液固流化床反應(yīng)器內(nèi)流化床體的膨脹率在200～250％之間，以強(qiáng)化原水中致硬離子在誘晶材料表面上的沉淀。7、本發(fā)明原水在液固流化床反應(yīng)器內(nèi)停留的時(shí)間為1～2分鐘，停留時(shí)間短，能夠降本增效。8本發(fā)明液固流化床反應(yīng)器內(nèi)原水堿度小于原水硬度的一半時(shí)，可以在罐體內(nèi)添加用于提高液固流化床反應(yīng)器內(nèi)原水堿度的碳酸鈉，本發(fā)明使用方便，可以連續(xù)運(yùn)行。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本發(fā)明提出的高硬生活飲用水軟化裝置，它包括垂直布置的液固流化床反應(yīng)器1，在液固流化床反應(yīng)器1的底部設(shè)置有進(jìn)水口和進(jìn)藥口。在液固流化床反應(yīng)器1的底部填充有誘晶材料，誘晶材料的頂面高于進(jìn)水口和進(jìn)藥口。在液固流化床反應(yīng)器1的頂部設(shè)置有出水口11。其中，進(jìn)水口通過管路連接用于盛放待軟化原水的儲水裝置2，進(jìn)藥口通過管路連接用于盛放軟化藥劑的罐體3。在位于儲水裝置2與進(jìn)水口之間的管路上以及位于罐體3與進(jìn)藥口之間的管路上均連接泵4。
上述實(shí)施例中，誘晶材料包括第一層石英砂和第二層石英砂，其中，第一層石英砂的粒徑大于第二層石英砂的粒徑，第一層石英砂設(shè)置在液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)的底部，第二層石英砂位于第一層石英砂的頂部，通過水流上推力能夠使誘晶材料快速地流化后沿液固流化床反應(yīng)器上升。誘晶材料還可以為石榴石砂和金剛砂。
上述實(shí)施例中，第一層石英砂和第二層石英砂的粒徑均在0.2～1毫米之間，以便于在液固流化床反應(yīng)器1形成對原水進(jìn)行除硬的穩(wěn)定的流化床。
上述實(shí)施例中，出水口11設(shè)置成齒形堰板或環(huán)形集水槽，能夠降低出水口11的流速，從而保證顆粒沉降效果。
上述實(shí)施例中，出水口11通過管路連接砂石過濾器5，能夠降低出水濁度。
上述實(shí)施例中，在進(jìn)水口上間隔設(shè)置有多個進(jìn)水噴頭12，可以進(jìn)行反沖洗。其中，進(jìn)藥口位于各進(jìn)水噴頭12的上方。
上述實(shí)施例中，在液固流化床反應(yīng)器1、儲水裝置2和罐體3的底部均設(shè)置有排空口6。在罐體3的頂部設(shè)置有用于加軟化藥劑或加水的開口31。
上述實(shí)施例中，在液固流化床反應(yīng)器1上部的外壁上上下間隔設(shè)置有多個取樣口13。
上述實(shí)施例中，在位于罐體3與進(jìn)藥口之間的管路內(nèi)設(shè)置有用于清除軟化藥劑內(nèi)雜質(zhì)的Y型過濾器10。
上述實(shí)施例中，在位于儲水裝置2與進(jìn)水口之間管路上的泵4為離心泵。另一泵4為計(jì)量泵，可以設(shè)置在罐體3的頂部。
上述實(shí)施例中，在位于罐體3與進(jìn)藥口之間的管路上還間隔設(shè)置有壓力表7和止回閥8。
上述實(shí)施例中，在位于儲水裝置2與進(jìn)水口之間的管路上還間隔設(shè)置有壓力表7、止回閥8和電磁流量計(jì)9。
上述實(shí)施例中，軟化藥劑為氫氧化鈉、碳酸鈉或氫氧化鈣。
上述實(shí)施例中，儲水裝置2為PE(聚乙烯)儲水罐。罐體3為PE攪拌罐。
上述實(shí)施例中，液固流化床反應(yīng)器1為Amsterdam(阿姆斯特丹)型反應(yīng)器。
在上述裝置的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出的高硬生活飲用水軟化方法，它包括以下步驟：
1)利用位于儲水裝置2與進(jìn)水口之間管路上的泵4將儲水裝置2內(nèi)待軟化的原水泵入液固流化床反應(yīng)器1的底部，同時(shí)利用位于罐體3與進(jìn)藥口之間管路上的另一泵4將罐體3內(nèi)的軟化藥劑泵入液固流化床反應(yīng)器1的底部，使原水和軟化藥劑在液固流化床反應(yīng)器1的底部混合；
2)通過水流上推力使誘晶材料流化后沿液固流化床反應(yīng)器1上升，位于流化床區(qū)域內(nèi)的原水中的致硬離子在誘晶材料表面上沉淀結(jié)晶，后附著在誘晶材料表面；
3)位于液固流化床反應(yīng)器1上部澄清后的水經(jīng)出水口11流出。
上述實(shí)施例中，在進(jìn)行軟化處理前，可以用去離子水清洗誘晶材料，當(dāng)出水濁度和進(jìn)水濁度接近時(shí)停止。
上述實(shí)施例中，原水在液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)停留的時(shí)間為1～2分鐘。
上述實(shí)施例中，在步驟2)中，通過水力條件中的水壓力和/或水流速調(diào)控液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)的流化床狀態(tài)，保證液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)流化床體的膨脹率在200～250％之間，以便于強(qiáng)化原水中致硬離子在誘晶材料表面上的沉淀。
上述實(shí)施例中，液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)原水堿度小于原水硬度的一半時(shí)，可以在罐體3內(nèi)添加用于提高液固流化床反應(yīng)器1內(nèi)原水堿度的碳酸鈉。
實(shí)施例1
實(shí)驗(yàn)室模擬配水，使用CaCl2·2H2O(二水氯化鈣)配制成總硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))為330毫克/升的CaCl2溶液。配水堿度極低，因此使用碳酸鈉作為軟化藥劑。碳酸鈉溶液的配制：分別配制1％、2％、3％、5％的碳酸鈉溶液。在進(jìn)行軟化處理前，用去離子水清洗石英砂，當(dāng)出水濁度和進(jìn)水濁度接近時(shí)停止。通過調(diào)整入水流量，使反應(yīng)器內(nèi)石英砂的流化。發(fā)現(xiàn)當(dāng)入水流量為48升/小時(shí)時(shí)，石英砂的流化高度可以達(dá)到115厘米時(shí)，調(diào)節(jié)計(jì)量泵4的進(jìn)軟化藥劑量使進(jìn)軟化藥劑量為2.75毫摩爾/分鐘碳酸鈉，開始計(jì)時(shí)。固定時(shí)間間隔，從液固流化床反應(yīng)器1不同高度的取樣口13取樣。連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)，出水穩(wěn)定后每小時(shí)取樣。分別檢測水質(zhì)總硬度、濁度、pH指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)出水九分鐘后，出水硬度穩(wěn)定在40毫克/升左右，濁度也穩(wěn)定在1NTU(濁度單位)左右。硬度的去除率達(dá)到90％以上。
實(shí)施例2
實(shí)驗(yàn)室模擬配水總硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))350毫克/升，總堿度以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))250毫克/升，分別用CaCl2·2H2O(二水氯化鈣)和NaHCO3(碳酸氫鈉)配制。軟化藥劑為氫氧化鈣乳濁液，配水每小時(shí)進(jìn)水48升。調(diào)節(jié)計(jì)量泵4，使其進(jìn)藥量為1.5毫摩爾/分鐘、1.8毫摩爾/分鐘、2.0毫摩爾/分鐘、2.3毫摩爾/分鐘、2.5毫摩爾/分鐘、2.8毫摩爾/分鐘、3.0毫摩爾/分鐘、3.2毫摩爾/分鐘的一系列流化床除硬實(shí)驗(yàn)。整體操作和實(shí)施例1基本相同。研究發(fā)現(xiàn)，隨軟化藥劑的投加量的增加，出水濁度逐漸增加，硬度隨軟化藥劑投加量的增加而降低最后穩(wěn)定在120毫克/升。硬度去除率達(dá)到67％，但用氫氧化鈣處理之后的出水濁度很高，后續(xù)必須接續(xù)使用過濾處理。具體還得根據(jù)水質(zhì)情況、綜合運(yùn)營成本來考慮選擇何種工藝。
實(shí)施例3
實(shí)驗(yàn)室模擬配水總硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))515毫克/升，鎂硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))70毫克/升，總堿度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))235毫克/升。使用藥劑為氫氧化鈉。處理水量為48升/小時(shí)，相應(yīng)流化床高度為115厘米。調(diào)節(jié)計(jì)量泵4控制每分鐘進(jìn)藥量，1.88毫摩爾/分鐘、2.44毫摩爾/分鐘、3.008毫摩爾/分鐘、3.76毫摩爾/分鐘、4.512毫摩爾/分鐘、5.076毫摩爾/分鐘、5.64毫摩爾/分鐘、6.768毫摩爾/分鐘，進(jìn)行了一系列不同進(jìn)藥量的流化床除硬實(shí)驗(yàn)。每三分鐘取樣，直到出水口11出水硬度穩(wěn)定，之后每小時(shí)取樣，再分別從液固流化床反應(yīng)器1不同高度的取樣口13取樣。取樣分析水質(zhì)硬度，連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)。測定出水硬度、堿度、PH、濁度，發(fā)現(xiàn)9分鐘時(shí)出水硬度即基本穩(wěn)定，不同進(jìn)藥流量對應(yīng)的出水總硬度分別為260毫克/升、195毫克/升、171毫克/升、150毫克/升、123毫克/升、81.8毫克/升、55毫克/升、17.16毫克/升、8.38毫克/升。對應(yīng)的穩(wěn)定出水后濁度分別為1.7NTU、2.56NTU、2.93NTU、3.32NTU、3.95NTU、4.5NTU、8.53NTU、9.85NTU、13.5NTU。出水pH隨投入軟化藥劑藥量增加而升高，最高達(dá)到pH為11.9。對于不同軟化藥劑投加量的液固流化床反應(yīng)器1除硬實(shí)驗(yàn)，出水硬度均在高度55厘米左右出水穩(wěn)定。這與實(shí)施例1、2所得到的規(guī)律一致。
實(shí)施例4
實(shí)驗(yàn)室模擬配水總硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))450毫克/升，暫時(shí)硬度(以CaCO3(碳酸鈣)計(jì))130毫克/升，具體的通過稱取CaCl2·2H2O、NaHCO3配制而成。通過投加氫氧化鈉和碳酸鈉混合藥劑，具體操作和實(shí)施例1相同，調(diào)節(jié)進(jìn)水泵控制每小時(shí)進(jìn)水48升，調(diào)節(jié)進(jìn)藥泵控制每分鐘進(jìn)藥氫氧化鈉1.5毫摩爾、碳酸鈉1.8毫摩爾。同實(shí)施例1相同不同時(shí)間段取樣，待出水穩(wěn)定之后不同高度取樣，分析樣品發(fā)現(xiàn)硬度降低非常明顯，在45毫克/升左右，濁度在2-3NTU左右，但出水pH較高，達(dá)到11.5左右。出水穩(wěn)定高度和上述實(shí)施例相同均在55厘米處。
上述各實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化的，凡是在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。