一种高硬度水除硬方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高硬度水除硬方法，高硬度水首先与循环回流的低硬度地下水混合，经稀释后硬度快速降低，之后进入导流筒中的结晶区。结晶区内地下水以上向流形式，与来自结晶区中心穿孔加药管的沉淀剂沿程逐次混合，结晶反应体系得以维持在较低的离子浓度积水平，并且离子浓度积沿程逐渐降低。在较低的离子浓度积条件下，反应体系中的均相结晶被有效抑制，钙镁离子与沉淀剂离子以构晶离子形式在晶种表面进行非均相表面结晶，微晶产率大幅降低，少量微晶将随循环水流重新进入结晶区充当晶种。本发明专利技术还公开了一种实现上述高硬度水除硬装置。

A method and device for removing hardness with high hardness water

The invention discloses a method for removing the hardness of high hardness water. The high hardness water is first mixed with the circulating low hardness groundwater, after dilution, the hardness decreases rapidly, and then enters the crystallization area in the guide cylinder. The upward flow of water in the crystallization zone is gradually mixed with the precipitant from the central perforated dosing tube in the crystallization zone, and the crystallization reaction system can maintain a low ion concentration product level, and the ion concentration product gradually decreases along the process. Under the condition of low ion concentration product, the homogeneous crystallization in the reaction system is effectively inhibited. Calcium and magnesium ions and precipitant ions crystallize on the heterogeneous surface of the seed in the form of crystal structure ions. The yield of microcrystalline is greatly reduced, and a small amount of microcrystalline will enter the crystal region as seed again with the circulating water flow. The invention also discloses a high hardness water hardness removing device.

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度水除硬方法及装置
本专利技术属于自来水处理
，尤其涉及一种高硬度水除硬方法及装置。
技术介绍
自来水中硬度超标将对日常生活、工业生产造成一定影响，严重时甚至威胁人类健康。硬度超标引起的结垢还会降低换热设备的效率，导致机械故障。目前关于硬度去除的技术主要有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法和吸附法等。其中离子交换法、膜分离法和吸附法存在工序复杂、操作运行复杂、运行成本高，或者占地面积大等问题。化学沉淀法基于CaCO3、Mg(OH)2等的结晶过程，具有操作简单、去除率高的优势，并且易与混凝、沉淀等净水工艺结合，适应性强，至今仍是最常用硬度去除技术。但化学沉淀法存在问题同样明显，其中最主要的问题是结晶产物颗粒细碎，沉降性能差，导致出水浊度较高。导致上述问题的主要原因在于常规化学沉淀法的结晶过程属于均相结晶过程，均相结晶过程成核速率快，生成的晶核数量多，难以进一步成长，最终结晶产物为颗粒细碎的微晶，难以沉降。为克服此问题，中国专利技术专利CN106115942A公布了一种以诱导结晶为原理的水中硬度去除方法，该方法将结晶过程由均相结晶为主调控为以非均相结晶为主，可以有效的降低出水浊度，但出水浊度仍在10NTU以上，达不到《生活饮用水卫生部标准》(GB5749-2006)的要求，这是因为结晶反应的推动力为结晶体系中钙镁离子和沉淀剂离子浓度的乘积，即离子浓度积，当结地下水中钙镁离子浓度较高时，尽管采用诱导结晶方式，由于结晶体系离子浓度积较高，均相结晶仍不可避免。中国专利技术专利CN105502692A公布了一种诱导结晶除硬度的优化运行方法和装置，该方法与装置在有效去除硬度的同时，出水浊度也可满足《生活饮用水卫生部标准》(GB5749-2006)的要求，但该方法并未报道对于总硬度超过300mg/L的高硬度水的处理效果。而在我国南方地区的山丘区，特别是喀斯特地貌山丘区，地下水硬度往往在450mg/L以上。此外，该方法与装置还需要多次投加晶种，以补充结晶产物外排时引起的晶种流失。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的问题之一。为此，本专利技术的目的之一在于提供一种能够抑制硬度去除过程中的均相结晶，并实现非均相结晶去除水体硬度的方法和装置。为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：一种高硬度水除硬装置，包括：导流筒，其内从下到上依次分为搅拌区、布水区和结晶区；外筒，套置于所述导流筒外，所述导流筒和外筒之间的区域构成循环区，所述外筒内位于所述内筒上方的区域构成固液分离区，所述外筒内位于所述内筒下方的区域构成泥渣浓缩区；所述搅拌区设有搅拌叶，所述布水区设有布水管，所述结晶区内装填有处于流化状态的晶种，在结晶区中心还设有垂直的加药管，所述加药管的管壁上沿其高度方向设有若干加药孔。进一步的，所述固液分离区顶部设有集水槽，所述集水槽与排水管连通。进一步的，所述布水管包括布水干管和若干与布水干管连通的布水支管，所述布水支管上设有孔眼朝上的穿孔。进一步的，所述布水干管与所述布水支管纵横交错布置。进一步的，所述布水支管上穿孔的尺寸沿其内水流方向依次增加。进一步的，所述泥渣浓缩区呈倒圆锥形，底部设有排渣管。所述导流筒由连接于外筒内壁的肋条支撑固定；所述搅拌叶上设有搅拌杆，搅拌杆上端与轴承套相连，下端与位于外筒底部的搅拌机相连。一种高硬度水除硬方法，使用上述装置，包括如下步骤：步骤1：高硬度水经布水管通入导流筒，沿导流筒向上流动进入结晶区，与来自加药管沿程多点投加的沉淀剂逐次混合，在导流筒内的晶种上进行非均相结晶，硬度得到降低；结晶区内结晶产物随着粒径的不断增大，最终在重力作用下克服上升流的阻碍，下沉至泥渣浓缩区排出；步骤2：从导流筒顶部流出的挟带细小结晶产物的地下水经固液分离区后，分离出的清水直接达标排放，细小结晶产物在搅拌叶提升作用以及自身重力作用下经循环区重新进入结晶区充当新的晶种，以补充由于结晶产物排放所引起的晶种流失。进一步的，所述导流筒内的上升流速控制在25～40m/h，所述搅拌叶的搅拌速度为50～200rpm，循环回流比为0.5～2.5。进一步的，所述晶种采用45～75μm的方解石，晶种投加量为10g/L。进一步的，沉淀剂一般包括氢氧化钠、碳酸钠和氢氧化钙。具体沉淀剂类型的选择由地下水中硬度类型决定，当以暂时性硬度为主，采用氢氧化钙或氢氧化钠，当以永久性为主，采用碳酸钠，当同时存在钙镁硬度或暂时性硬度与永久性硬度共存，采用碳酸钠和氢氧化钙连用。沉淀剂的投加量按照化学反应计量关系确定。原理和优势专利技术人研究发现，地下水硬度去除过程引入晶种后，钙镁离子与沉淀剂的结晶将以晶种表面的非均相结晶为主，但仍会伴随一定程度的均相结晶，生成难以沉降的微晶，影响硬度去除效果。其原因在于地下水中硬度物质含量高，相应所需沉淀剂投加量也较高，导致结晶反应体系中结晶产物的离子浓度积过高，即结晶反应推动力过高，均相结晶速率过快，难以全面抑制。因此，进一步抑制均相结晶的关键在于降低结晶反应体系的离子浓度积。本专利技术基于降低反应体系离子浓度积的思路，将沉淀剂的投加方式由单点投加改为穿孔加药管沿程多点投加，高硬度水自下至上流过结晶区，沿程逐次与沉淀剂混合。在沉淀剂投加总量不变的情况下，结晶反应体系的初始离子浓度积与沉淀剂投加次数即穿孔数量成反比。此后，由于结晶反应的进行，钙镁离子浓度沿程逐渐降低，结晶反应体系的离子浓度积也沿程逐渐降低，整个结晶反应过程始终维持在较低离子浓度积条件下完成。为进一步降低结晶反应体系的离子浓度积，本专利技术借助搅拌叶的搅拌作用，将流出导流筒的低硬度地下水在流化床内进行部分循环回流，对进水稀释，快速降低结晶反应体系离子浓度积。此外，尽管在结晶区仍有极少量均相结晶过程发生，但生成的细小结晶产物(微晶)将在低硬度地下水循环回流过程中，重新回到结晶区继续成长，充当新的晶种，这一方面提高了固液分离区的分离效率，另一方面可以补充定期排渣引起的晶种损失。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果在于：1、通过沉淀剂沿程多点投加，控制结晶反应在低离子浓度积条件下进行，有效抑制自发的均相结晶反应，控制微晶的产率。2、通过低硬度水的循环回流，对进水进行稀释，快速降低结晶反应体系的初始离子浓度积，进一步抑制均相结晶反应。3、通过循环回流，将产生的不易沉降微晶强制回流至结晶区，改善固液分离效果。4、通过微晶强制回流，利用微晶作为晶种，补充流化床定期排渣引起的晶种损失。5、低硬度水的循环回流在流化床内实现，整个装置结构简单，高度集成、占地面积小。附图说明图1为本专利技术的装置结构示意图。图2为本专利技术的布水管示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高硬度水除硬装置，其特征在于，包括：/n导流筒，其内从下到上依次分为搅拌区、布水区和结晶区；/n外筒，套置于所述导流筒外，所述导流筒和外筒之间的区域构成循环区，所述外筒内位于所述内筒上方的区域构成固液分离区，所述外筒内位于所述内筒下方的区域构成泥渣浓缩区；/n所述搅拌区设有搅拌叶，所述布水区设有布水管，所述结晶区内装填有处于流化状态的晶种，在结晶区中心还设有垂直的加药管，所述加药管的管壁上沿其高度方向设有若干加药孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种高硬度水除硬装置，其特征在于，包括：
导流筒，其内从下到上依次分为搅拌区、布水区和结晶区；
外筒，套置于所述导流筒外，所述导流筒和外筒之间的区域构成循环区，所述外筒内位于所述内筒上方的区域构成固液分离区，所述外筒内位于所述内筒下方的区域构成泥渣浓缩区；
所述搅拌区设有搅拌叶，所述布水区设有布水管，所述结晶区内装填有处于流化状态的晶种，在结晶区中心还设有垂直的加药管，所述加药管的管壁上沿其高度方向设有若干加药孔。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述固液分离区顶部设有集水槽，所述集水槽与排水管连通。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述布水管包括布水干管和若干与布水干管连通的布水支管，所述布水支管上设有孔眼朝上的穿孔。


4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述布水干管与所述布水支管纵横交错布置。


5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述布水支管上穿孔的尺寸沿其内水流方向依次增加。


6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述泥渣浓缩区呈倒圆锥形，底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂小保，肖辉毅，蒋昌波，隆院男，王奕睿，
申请(专利权)人：长沙理工大学，长沙上洋科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43