一种采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法技术方案

本发明专利技术公开了一种采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法。它包括1)建立一种碳酸溶液投加系统，包括混合器和扩散器；混合器与扩散器之间设环形盘管或储液罐和长距离的管道；扩散器设在待处理水中；扩散器的侧壁上开有释放碳酸溶液的通道，即小孔或窄缝隙或小孔和窄缝隙的组合，其能产生一定背压并使过饱和碳酸溶液以一定压力喷射到待处理水中；2)二氧化碳气体被加热和调压到一定温度和一定压力被送入混合器；3)反应水经水泵加压到一定压力被送入到混合器；4)在原水中设水质在线检测仪，通过信号接收器与PLC控制器连接控制二氧化碳气体流量的大小。该方法能精准调节水质，同时能大幅减少气泡的产生，大幅提高二氧化碳气体的利用率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法


[0001]本专利技术属于水处理
，涉及一种用于调节水的pH值、再矿化或石灰软化 等应用的采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法。

技术介绍

[0002]在地表水、水库水、废水、制造业的工艺用水中都可能存在pH过高，超过pH8.0 甚至9以上，水体过高的和不稳定的pH都将严重影响后续的化学处理和产品质量。 例如，废水终端出水的pH应该被控制在6
‑
9；自来水水厂混凝和消毒的过程中，由 于过高和不稳定的pH，造成化学药剂过量投加，产生过量的化学副产物，出水从而 达不到相关国家标准；纺织印染行业中，印染工艺用水的pH不稳定，影响产品色牢 度，造成产品次品率和褪色；在河流、湖泊等自然水体中，水体的富氧化、藻类爆 发等因素造成pH过高并呈波形变化；鱼塘、虾塘、游泳池等水体中，因投加杀菌剂、 消毒剂导致pH过高；蔬菜大棚、花卉种植需要额外的二氧化碳气体强化光合作用， 使用碳酸水灌溉，可以增加二氧化碳含量，有利于农作物的生长；......水不处不 在，与人们的生活、生产息息相关，而水体的pH精准控制是水处理工艺流程中重要 的一环。
[0003]pH，亦称氢离子浓度指数、酸碱值，是溶液中氢离子活度的一种标度，也就是 通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。中性水溶液pH＝7，酸性水溶液pH＜7，pH值 越大，表示碱性越强。pH是水和污水的一个重要理化参数，pH值是水处理现场控制 的重要指标之一。调节和控制pH可以促进化学反应并产生特定物理化学变化。
[0004]为了调整水的pH，人们主要使用硫酸、盐酸之类的酸化剂来中和水的酸碱度； 此类酸化剂都属于强酸，强酸存在各种安全问题，如储存、运输、腐蚀，重要的是 使用强酸中和酸碱度，强酸很难做到精准地调节pH，更为重要的是，强酸在酸碱中 和反应的过程中会摧毁水中的碱性物质，而在饮用水中，碱性物质是不可缺少的。
[0005]目前，全国各地许多石化工厂在国家的相关政策的指引下，大规模的装备二氧 化碳提纯设备，并生产食品级二氧化碳气体，从而使二氧化碳气体的价格大幅降低， 也便于用户在当地购买。由于成本和气体资源的易获取，碳酸投加系统的运行成本 和减少化学药剂的使用费用几乎相等，经过案例实施，用户只需投入初期的设备成 本，所以，利用碳酸中和水的酸碱值是经济可行的。
[0006]碳酸是弱酸，与碱性物质反应时，有缓冲区，所以，利用碳酸中和反应能精准 地控制或调节pH到客户所需要的设定值。而且，二氧化碳气体大多来源于石油化工 废气，利用碳酸溶液中和水的pH是二氧化碳的消耗并完全反应的过程，不会将二氧 化碳重新释放到大气中，从而可减少温室效应，实现碳中和。
[0007]在自来水水厂的水处理生产工艺流程中，混凝、消毒是必不可少的重要环节， 如何调整原水的pH，从而减少化学药剂的使用，减少副产物，具有重要的意义。
[0008]在海水淡化工艺中，海水经过多级过滤后的渗透水，由于去除了矿物质，渗透 水成酸性并具腐蚀性，人们需要投加石灰将水再矿化，之后需要投加碳酸与难溶于 水的碳酸
钙反应，生成水溶性的碳酸氢钙，添加了矿物质的水，可供人们饮用。
[0009]污水处理中由于废水硬度较高，人们需要投加石灰对硬水进行石灰软化处理， 之后需要投加碳酸与废水中的钙离子结合生成碳酸氢钙，从而降低废水的硬度；石 灰软化处理是将熟石灰Ca(OH)2加入水中，与水中的碱性成分起反应，生成难溶的 CaCO3，熟石灰是强碱物质，投加熟石灰后的水pH可达10以上，高pH水需要酸中 和，使用碳酸可以精准调节pH到客户所希望的值，同时，碳酸与熟石灰与水反应过 程中生成的难溶的CaCO3反应生成溶于水的碳酸氢钙，H2CO3+CaCO3ˉ＝ Ca(HCO3)2，没有因沉淀物生成而造成管路堵塞等问题，这个是利用碳酸软化石灰的 应用。
[0010]现有技术中也有使用二氧化碳气体来中和水的酸碱度。将二氧化碳气体溶解于 水中能产生碳酸。溶解性，被定义为一种特殊的物质可以溶解在一种特定的溶剂中 (产生饱和碳酸溶液)的数量。常温常压下二氧化碳在水中的溶解性(溶解度)是 有限的。二氧化碳气体需要长时间与水反应生成碳酸，该过程被称为再碳酸化。因 为，二氧化碳溶于水的过程是一个非常缓慢的化学反应过程，当二氧化碳气体分子 进入水中时，它与水反应生成二氧化碳(水溶液态)、碳酸、碳酸氢根离子和氢离子， 见下式：
[0011]CO2+H2O
‑
>CO2+H2CO3+HCO3(
‑
)+H(+)；
[0012]为什么说这是一个非常缓慢的化学反应过程，这个过程为什么缓慢，因为它必 须打破氧和碳之间的双键(见下式)，这需要时间。
[0013][0014]使用二氧化碳气体中和水的酸碱度的一种方式是直接投加二氧化碳气体来中和 水的酸碱值，这种投加系统需要一个带有搅拌器的大型反应池，二氧化碳气体通过 一种扩散器产生小气泡，CO2小气泡通过长时间和距离与水中的碱性物质反应，才 能达到降低pH的目的。但是，在整个反应过程中CO2小气泡会从水中逸出，二氧化 碳气体的有效利用率只能在30
‑
60％之间，二氧化碳气体的利用率低即意味使用成本 高，并且pH只能调整至7，无法满足某些工艺要求。
[0015]使用二氧化碳气体中和水的酸碱度的另外一种方式是通过文丘里喷嘴或文丘里 静态混合器将待处理的水与二氧化碳气体混合后再将混合液投加到待处理的水中， 这种方式可以投加到浅池和长距离的管道中，但同样面临CO2小气泡的逸出、反应 效率低下、反应时间长的问题。
[0016]以上涉及两种利用二氧化碳气体投加方式均使用文丘里原理的元器件将二氧化 碳气体投放并与处理水混合以调节pH，因此被统称为气体投加系统。这些气体投加 系统均存在CO2小气泡易逸出、反应效率低下、二氧化碳气体利用率低、反应时间 长的缺陷。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种用于调节水的pH值或硬度 或浊度，能大幅提高二氧化碳气体的利用率的采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方 法。
[0018]本专利技术的技术构思如下：通过文丘里静态混合器将一定压力和温度的气态二氧 化碳和一定压力的反应水(经过投加碳酸工艺处理后的低pH出水或低硬度出水或低 浊度出水)以一定的比例混合，生成气水混合物；再通过环形盘管或储液罐将气水 混合物转化
为饱和碳酸溶液；然后再通过长距离的管道将饱和碳酸溶液变成过饱和 碳酸溶液；最后再通过扩散器将过饱和碳酸溶液逆向注入待处理的水中，使碳酸溶 液与水中的碱性物质中和反应，能够达到调整水的pH的目的(或与水中的CaCO3 反应，能够达到调整水的硬度或浊度的目的)，同时，能大幅减少气泡的产生，能大 幅提高二氧化碳气体的利用率。
[0019]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0020]本专利技术一种采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法，包括下述步骤：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)建立一种碳酸溶液投加系统；所述碳酸溶液投加系统，包括混合器和扩散器；还包括二氧化碳气体管道、反应水管道；反应水管道上设有水泵；水泵出口与混合器入口连接；二氧化碳气体管道与混合器入口连接；在混合器出口与扩散器入口之间设有环形盘管或储液罐和长距离的管道；扩散器设置在待处理的水中；扩散器是一端开口另一端封闭的中空筒形物体；所述扩散器的筒形侧壁上开有释放碳酸溶液的通道；所述释放碳酸溶液的通道为小孔或窄缝隙，或者是小孔和窄缝隙这两种的组合；所述释放碳酸溶液的通道能产生一定的背压并使过饱和碳酸溶液以一定的出口压力喷射到待处理的水中，保证扩散器的出口压力与待处理的水的压力两者之间有2bar以上的压差；扩散器设置在待处理的有水流动的原水或水管道中，位于水流的上游，扩散器的一半侧壁上开有释放碳酸溶液的通道；所述释放碳酸溶液的通道为一个或多个，或者是一排或多排；扩散器垂直于水流方向插入原水或水管道中，扩散器上开有释放碳酸溶液的通道的一侧正对着水流上游，能使扩散器内的碳酸溶液从所述释放碳酸溶液的通道逆向对着水流喷射出来并能产生涡流强化混合效果；或者，扩散器设置在待处理的没有水流动的水池、水塘或污水罐中，在扩散器的双侧侧壁上或整个筒形侧壁上，开有多个或多排释放碳酸溶液的通道；(2)二氧化碳气体保持一定温度和一定压力，通过二氧化碳气体管道被输送到混合器；(3)具有一定温度和一定压力的二氧化碳气体通过位于文丘里管的中间喉管部的二氧化碳气体加注口进入混合器，同时，反应水经水泵加压到一定压力后进入混合器，在混合器中，二氧化碳气体与加压的反应水混合，形成带一定压力的气水混合物；气水混合物通过混合器与扩散器之间的环形盘管或储液罐初步形成饱和碳酸溶液；饱和碳酸溶液再通过长距离的管道形成过饱和碳酸溶液被输送到扩散器；过饱和碳酸溶液通过扩散器中的小孔和/或窄缝隙形成高浓度碳酸溶液和少量的二氧化碳微气泡的混合液被逆向喷射到水中，碳酸溶液与水中的碱性物质相遇并开始进行酸碱中和反应，以达到中和酸碱的目的，少量的二氧化碳微气泡被水流吸收；(4)在原水或水管道中水流的下游或者水池、水塘或污水罐的出水口设置水质在线检测仪，水质在线检测仪与信号接收器连接，信号接收器与PLC控制器的输入端连接；PLC控制器的输出端与二氧化碳气体流量控制阀连接；水质在线检测仪实时传输信号到信号接收器，信号接收器接收到的信号经过PLC处理后控制二氧化碳气体流量控制阀的开启大小，来控制二氧化碳气体的投放量。2.如权利要求1所述的采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法，其特征在于，所述释放碳酸溶液的通道能产生3bar以上的背压并使过饱和碳酸溶液以大于3bar的出口压力喷射到待处理的水中；扩散器背压大于3bar，并维持整个系统的压力大于3bar。3.如权利要求1或2所述的采用碳酸溶液投加系统投加碳酸的方法，其特征在于，反应水管道入口与待处理的水被投加碳酸处理后的出水连接。4.如权利要求1或2所述的采用碳酸溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：林峡，
申请(专利权)人：哈维上海环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：