本发明专利技术属于水处理技术领域，具体涉及一种高效自结晶水质软化装置及工艺，其装置包括主体设备、管路系统和自控系统；其工艺包括物料反应、高效结晶、沉淀和澄清和污泥浓缩等；本发明专利技术以高效结晶为核心，晶体成核成长迅速，产生的结晶体颗粒大、沉速快，适用于多种水处理场合的硬度处理。原水加药后进入主体设备内的高效结晶区，在优化的搅拌及水力条件下实现快速结晶，继而形成颗粒悬浮层，逐步实现氢氧化镁及碳酸钙自结晶过程，在重力的作用下自结晶颗粒沉降至反应器污泥浓缩区，清水进入澄清区，经出水装置出水进入后续过滤系统，保证出水水质。本发明专利技术将高效结晶、固液分离集于一体，提高了主体设备的集成度。
【技术实现步骤摘要】
一种高效自结晶水质软化装置及工艺
本专利技术属于水处理
，具体涉及一种高效自结晶水质软化装置及工艺。
技术介绍
在工业生产及市政供水中，过高的硬度会造成换热效率降低、设备寿命缩短、危及供水安全等问题。因此，水的软化一直是水处理行业关注的焦点问题。目前，较为常用的软化水处理工艺有膜滤、离子交换和化学药剂沉淀等类型。前两种(工业水处理大量采用)对原水的水质要求较高，运行成本较高。化学药剂处理中比较常用的有药剂软化法、流化床造粒法等方法，其中，石灰软化法是我国目前使用较为普遍的方法之一，通常与混凝沉淀工艺联用，但由于所生成的碳酸钙及氢氧化镁等结晶颗粒粒径细小，沉降性能差，造成处理工艺停留时间长，占地面积大，基建投资较大，且易受进水水质影响，不耐冲击负荷。对于高硬度废水处理工艺，迄今为止还没有既能达到满意处理效果，又能保持较长工作周期，工艺简单、占地面积小、操作运行方便、成本低廉的处理方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于克服现有技术存在的缺点，提出设计一种既能达到满意处理效果，又能保持较长工作周期的高效自结晶水质软化装置及工艺，用于加速钙镁离子结晶，强化去除水中钙、镁离子等污染物质，大幅度提高处理负荷，尤其涉及以高效结晶工艺为核心，实现高效稳定净化效果的水质净化工艺，可广泛应用于市政供水及冶金、制革、明胶、电镀等工业企业供水及污水的软化处理。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种高效自结晶水质软化装置，包括主体设备、管路系统和自控系统；所述主体设备包括外筒体及设置在外筒体内部的内筒体，所述外筒体与外筒底板相连，内筒体与内筒底板连接，内筒体通过肋板固定在外筒体上；所述外筒体自上而下依次分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分，外筒体内部上方设置有出水装置；所述内筒体位于外筒体底部椎体部分的上方，内筒体为高效结晶区a，内筒体内设有搅拌器；所述高效结晶区以隔板分隔为若干个区域，各区域搅拌G值沿水流方向逐渐降低，区域间以孔口和/或栅条等相通；所述管路系统用于向主体设备加水、加药及主体设备的排水、排泥；所述自控系统与PLC系统连接，用于自动控制管路系统及搅拌器的工作状态。进一步的，所述管路系统包括原水进水管、软化加药管、混凝剂加药管、排泥管、出水管及附设与其上的阀门仪表；所述原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管均与内筒体底部相连通；排泥管与外筒体下端连通；出水管与外筒体上部的出水装置连通。进一步的，所述自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；所述信号输入单元包括位于原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管上的电磁流量计、位于外筒体内部的低液位传感器、位于出水管中的浊度仪；所述信号输出控制单元包括位于原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管上的气动蝶阀、位于设备顶部的减速电机；所述低液位传感器、浊度仪、提升泵、电动调节阀、气动蝶阀和减速电机均与PLC系统连接，通过PLC系统实现对信号输入单元和信号输出单元的控制。进一步的，所述污泥浓缩区为外筒体的底部椎体与内筒体底部之间的部分；晶体在重力和上升水流冲击力作用下会在高效结晶区出水口附近形成悬浮层，悬浮层泥水分界面至污泥浓缩区之间为沉淀区；悬浮层泥水分界面上方为澄清区；在澄清区下部，晶体在重力和上升水流冲击力作用下形成高体积浓度结晶体悬浮层，悬浮层内高体积浓度晶体颗粒进一步促进微晶体结晶，由内筒体随水流迁移进入悬浮层的晶体颗粒被截留，进一步结晶后沉淀至沉淀区和污泥浓缩区，浓缩后由排泥管排出，上清液穿过悬浮层进入澄清区上部的集水区，溢流排出。进一步的，所述搅拌器包括搅拌轴和搅拌桨；所述转轴下端通过轴承及轴承座与内筒底板连接，转轴上端延伸出设备顶部并与减速电机连接，减速电机通过电机支架固定在支撑装置上，支撑装置设置在外筒体顶部；位于内筒体内的转轴上设置有搅拌桨，搅拌器由减速电机带动旋转；结合转速和满足高效结晶的G值来计算确定桨片尺寸；内筒体最底部区域设有原水进水管及加药管，药剂与原水在此区域混合后经高G值搅拌后顺次进入后续区域进行搅拌，最后进入外筒体。本专利技术还提供了另一种技术方案：一种高效自结晶水质软化工艺，包括以下步骤：(1)物料反应：原水和药剂经提升水泵加压后，分别由原水进水管和加药管经电动调节阀、电磁流量计进入主体设备内的高效结晶区；(2)高效结晶：高效结晶区通过带有孔口和/或栅条的隔板分隔为若干个区域，各区域搅拌G值沿水流方向逐渐降低，原水和加药水反应后经分段高效结晶作用，在5-20分钟的搅拌时间内，将搅拌G值由400-1000S-1逐步降低到20-200S-1，产生大量尺寸较大的结晶体，这些结晶体具有密度大、沉降速度快、均匀性好，抗剪切能力强等优点；(3)沉淀和澄清：原水在经过高效结晶区后，晶体在重力和上升水流的作用下，会在高效结晶区出水口附近形成悬浮层，结晶体从高效结晶区溢出后沉降至沉淀区，清水进入澄清区后排出；(4)污泥浓缩：结晶体经过沉淀区后最后进入污泥浓缩区，进行压缩沉淀后排出，从而减小污泥含水率及污泥体积。本专利技术以高效结晶为核心，通过优化控制晶体成核及成长条件，加速碳酸钙和氢氧化镁晶体结晶过程。机械搅拌作用在晶种上，使其在溶液中均匀悬浮，增大碳酸钙和氢氧化镁晶体与晶种的接触面积以及接触时间，使得新生成的碳酸钙和氢氧化镁晶体更容易在晶种上结晶生长；提高搅拌G值可以增大溶液中离子有效碰撞频率，且可能突破原来水中阻垢剂抑制作用，从而产生更多晶体结晶在投加的晶种的表面上。搅拌时间会对结晶产物的晶体形态以及结晶颗粒物的最大生长尺寸造成影响，申请人发现，在5-20分钟的搅拌时间内，将G值由400-1000S-1逐步降低到20-200S-1，可有效改善结晶颗粒沉降性能；有效增大的晶体颗粒在上向水流的作用下形成高浓度颗粒悬浮层，逐步实现氢氧化镁及碳酸钙自结晶过程，进一步促进晶体成长，在重力的作用下自结晶颗粒沉降至反应器排泥区，浓缩之后排出，固液分离上清液继续向上流入出水区，从而在自结晶水质软化器内自动完成固液分离。通过高效结晶作用，有效去除钙镁离子，保证出水水质达到要求。本工艺将高效结晶与固液分离集于一体，设备集成度度高，具备高效稳定的处理效果。本专利技术的有益效果是：与现有技术相比，本专利技术是一种以高效结晶为核心的高效自结晶水质软化装置及工艺，可广泛应用于各种高硬度废水的软化处理。与传统处理工艺相比，具有如下优势：1、工艺以高效结晶技术为核心，应用一种可控的结晶技术，加速结晶颗粒成核及成长进程，形成的晶体具有均匀性好、密度大、沉降速度快等特点，大大改善了结晶颗粒的沉降性能，大幅度提高了处理效率，污泥含水率低，出水效果良好；2、采用将高效结晶、沉淀、澄清和污泥浓缩工艺集成于同一反应器，实现了高效结晶和固液分离的同步进行，提高了工艺的集成度，减少占地面积；3、运行操作方便，易于实现自动控制，运行过程中无有毒有害物质生成，安全可靠。附图说明图1为本专利技术一种高效自结晶水质软化装置结构原理示意图；图2为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效自结晶水质软化装置，其特征在于：包括主体设备、管路系统和自控系统；/n所述主体设备包括外筒体及设置在外筒体内部的内筒体，所述外筒体与外筒底板相连，内筒体与内筒底板连接，内筒体通过肋板固定在外筒体上；所述外筒体自上而下依次分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分，外筒体内部上方设置有出水装置；所述内筒体位于外筒体底部椎体部分的上方，内筒体为高效结晶区a，内筒体内设有搅拌器；所述高效结晶区以隔板分隔为若干个区域，各区域搅拌G值沿水流方向逐渐降低，区域间以孔口和/或栅条相通；/n所述管路系统用于向主体设备加水、加药及主体设备的排水、排泥；/n所述自控系统与PLC系统连接，用于自动控制管路系统及搅拌器的工作状态。/n
【技术特征摘要】
1.一种高效自结晶水质软化装置，其特征在于：包括主体设备、管路系统和自控系统；
所述主体设备包括外筒体及设置在外筒体内部的内筒体，所述外筒体与外筒底板相连，内筒体与内筒底板连接，内筒体通过肋板固定在外筒体上；所述外筒体自上而下依次分为澄清区、沉淀区及污泥浓缩区三部分，外筒体内部上方设置有出水装置；所述内筒体位于外筒体底部椎体部分的上方，内筒体为高效结晶区a，内筒体内设有搅拌器；所述高效结晶区以隔板分隔为若干个区域，各区域搅拌G值沿水流方向逐渐降低，区域间以孔口和/或栅条相通；
所述管路系统用于向主体设备加水、加药及主体设备的排水、排泥；
所述自控系统与PLC系统连接，用于自动控制管路系统及搅拌器的工作状态。
2.根据权利要求1所述的高效自结晶水质软化装置，其特征在于：所述管路系统包括原水进水管、软化加药管、混凝剂加药管、排泥管、出水管及附设与其上的阀门仪表；所述原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管均与内筒体底部相连通；排泥管与外筒体下端连通；出水管与外筒体上部的出水装置连通。
3.根据权利要求2所述的高效自结晶水质软化装置，其特征在于：所述自控系统包括信号输入单元和信号输出单元；所述信号输入单元包括位于原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管上的电磁流量计、位于外筒体内部的低液位传感器、位于出水管中的浊度仪；所述信号输出控制单元包括位于原水进水管、软化加药管和混凝剂加药管上的提升泵和电动调节阀、位于排泥管上的气动蝶阀、位于设备顶部的减速电机；所述低液位传感器、浊度仪、提升泵、电动调节阀、气动蝶阀和减速电机均与PLC系统连接，通过PLC系统实现对信号输入单元和信号输出单元的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张刚，王晓东，周福伟，周小燕，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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