CN101928072B - 一体化去除水中硬度的设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化去除水中硬度的设备。该设备包括除硬系统和除悬浮物系统，该除硬系统和除悬浮物系统是一体化的，除硬系统位于所述去除水中硬度的设备的下部，除悬浮物系统位于除硬系统上方，在除悬浮物系统的与除硬系统相邻的底部设有斜板或斜管，以便将除硬生成的颗粒阻隔在位于上部的除悬浮物系统的下方。

Description

一体化去除水中硬度的设备

技术领域

本发明涉及一种一体化去除水中硬度的设备。

背景技术

在水资源回用过程中常常使用反渗透膜(RO)对水体进行过滤分离，反渗透可以将原水分离成两股水，分别是渗透液(清液)和浓液。因为反渗透膜具有将除水分子以外的物质拦截的作用，因此清液水质接近于纯水，而浓液则浓集了大部分污染物，由于反渗透膜自身性质、性能限制，污染物(包括Ca²⁺、Mg²⁺、SiO₂等)浓度到达一定程度后，对产水水量、水质、膜性能、膜寿命、系统能耗都有较大的副作用。因此，反渗透系统针对一定的原水水质有一个固定的最高系统回收率限制，这极大地限制了水回用处理的回收比例，造成大量的水资源浪费，而且大量的浓液也是一个很难处理的水体。

因此提高反渗透系统回收率是解决这些问题的关键，主要途径有两个，一是通过投加反渗透阻垢药剂，但是费用较高，而且回收率只能上升到极为有限的一个高度；二是通过预处理降低反渗透进水的污染物浓度，这是从根本上解决水回用过程中回收率低的方法。

CN 2485294Y中公开了如下方案：用反应罐、过滤罐、加药泵、混合器、电渗析等部件组成的装置能够处理循环水，以降硬、酸化、除盐处理，使得水质总硬度、钙硬均能低于循环水补充水水质，基本能实现零排放。但是CN 2485294Y中的处理装置有如下的缺点：

-依靠其所谓的过滤器对反应区出水进行过滤，其滤液水质含有一定SS，一般认为SDI＞5，对后续的反渗透或是电渗析等其他深度处理设备有很大的副作用；

-相比反渗透除盐系统，该文件中的电渗析除盐系统回收率低、成本高；

-该文件中的反应罐与过滤罐分开设计、放置，占地面积大。

发明内容

为了解决水回用过程中回收率低等问题，本发明的总体目的是提供一种一体化去除水中硬度的设备，它能够有效去除水中硬度，如高Ca²⁺、Mg²⁺，还能去除SiO₂等物质；其出水水质可达到SDI＜3，并可直接进入反渗透膜(RO)等深度处理装置进行脱盐处理。

为了实现上述目的，提出一种去除水中硬度的设备，该设备包括除硬系统和除悬浮物系统，所述除硬系统和除悬浮物系统是一体化的，除硬系统位于去除水中硬度的设备的下部，除悬浮物系统位于除硬系统上方，在除悬浮物系统的与除硬系统相邻的底部设有斜板或斜管，以便将除硬生成的颗粒阻隔在位于上部的所述除悬浮物系统的下方。

在本发明的较佳实施例中，除硬系统包括结晶区，结晶区采用上下相向的锥形构造，其中，上锥形的底部和下锥形的底部相对。除悬浮物系统为膜过滤系统，该膜过滤系统包括膜过滤区，膜过滤区位于结晶区上方，并且在结晶区与所述膜过滤区之间设有所述斜板或斜管。

在本发明的较佳实施例中，除硬系统还包括：自动加药系统，该自动加药系统与结晶区连接，用以将除硬反应处理剂供应给结晶区。

除硬系统还包括：进水泵、管道混合器、结晶区排渣口。进水管路连接进水泵和管道混合器的入口，自动加药系统通过加药管路与管道混合器的入口相连，管道混合器的出口通过混合管路与结晶区的入口相连。待处理的高硬度进水由进水泵泵入进水管路中，并在管道混合器中与来自自动加药系统的处理剂混合后，经由混合管路输送给结晶区，在结晶区中由除硬反应产生的颗粒能够通过结晶区排渣口排出。膜过滤系统还包括膜过滤泵。膜过滤区与膜过滤泵通过膜过滤管路相连。在膜过滤区中设有膜组件，通过膜过滤泵将结晶区中脱硬后的水体经由膜组件从去除水中硬度的设备中泵出。膜过滤系统还包括膜反洗泵。膜过滤区与膜反洗泵通过膜反洗管路相连。

在膜组件下方可设有曝气装置。膜组件为微滤膜组件或超滤膜组件。

在本发明的较佳实施例中，去除水中硬度的设备还包括与除硬系统及除悬浮物系统一体化的pH值调节系统和旋液分离系统。利用pH值调节系统与除硬系统的自动加药系统和结晶区连接，从而能够调节结晶区中的pH值。除硬系统的结晶区包括结晶区循环端，从该结晶区循环端出发的循环管路中设有循环泵，旋液分离系统位于循环管路中，在结晶区中进行除硬反应的水体由循环泵泵入旋液分离系统。该旋液分离系统包括旋液分离器，该旋液分离器具有旋液分离底流排渣口及旋液分离溢流口，除硬反应产生的大的颗粒能够经由旋液分离底流排渣口排出，旋液分离溢流口则通过循环管路与管道混合器的入口相连。循环管路中的水体与进水管路中的高硬度进水以及自动加药系统的加药管路中的处理剂在管道混合器中进行混合，并再次经由混合管路进入结晶区中参加除硬反应。在进水管路中可以具有进水流量计，在循环管路中可以具有循环流量计。

去除水中硬度的设备的各个系统配有相应的自动控制系统，以进行相应的除悬浮物(膜过滤)控制、pH值调节控制、旋液分离控制、排渣控制，等等。

本发明有效地提高了水回用过程中的回收率，设备产生的废渣又可以做工业原料回用，有很大的经济效益和社会效益。

本发明的优点在于：

-本发明的设备为一体化装置，其将反应区(即：结晶区)、过滤区合二为一，具有占地小、运输方便、操作便捷、自动化程度高等优点；

-本发明一体化装置除硬效果好，Ca²⁺、Mg²⁺去除率分别达到98％、85％以上；

-本发明一体化装置在除硬同时，能有效去除SiO₂等污染物；

-本发明中结晶区结构以及控制在最合适SS的运行条件能使加碱除硬反应停留时间更短；

-膜过滤区的出水水质好，SDI始终小于3，可以直接进反渗透等深度处理系统；

-本发明设备除硬产生的废渣可做化工原料回用。

下面通过详细的描述，将更好地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点。

附图说明

在描述的过程中，将参照附图，其中：

图1是本发明设备的一个具体实施方式的结构示意图。

具体实施方式

在图1所示的本发明优选的实施例中示出了一种可用于高Ca²⁺、Mg²⁺离子水体的一体化去除水中硬度的设备。该设备包括一体化的：除硬系统、pH值调节系统、旋液分离系统、除悬浮物(膜过滤)系统，以及自动控制系统，用以进行除悬浮物(膜过滤)控制、pH值调节控制、旋液分离控制、排渣控制等。

根据本发明优选的实施例，除硬系统包括：进水泵1、循环泵2、进水流量计4、循环流量计5、管道混合器6、自动加药系统7、结晶区10、结晶区排渣口11。进水管路连接进水泵1和管道混合器6的入口，自动加药系统7通过加药管路与管道混合器6的入口相连，管道混合器6的出口通过混合管路与结晶区10的入口相连。待处理的高硬度进水由进水泵1泵入带有进水流量计4的进水管路中，并在管道混合器6中与来自自动加药系统7的碱性处理剂(如：氢氧化钙或氧化钙+氢氧化钠)混合后，经由混合管路输送给结晶区10。pH值调节系统包括pH值检测仪，pH值调节系统与自动加药系统7和结晶区10连接，从而能够调节结晶区10中的pH值。

本实施例中的设备的下部2/3区域为结晶区(加碱除硬区)10，上部1/3区域为膜过滤区9。结晶区10内采用上下相向的锥形构造，其中，上锥形的底部和下锥形的底部相对。在上下相向的两个锥形之间便是加碱除硬反应区，该构造可以保证反应区内循环流动状态更利于除硬反应，停留时间更短。结晶区10主要是加碱除硬的反应区，有配套的加碱控制系统，确保加碱量能按照进水量、水质情况自动调节；另外能通过排放多余SS来控制反应区内的SS，使其始终控制在一个最合适的SS下，除硬生成的钙、镁沉淀物能不断地形成并包裹在小晶体上，形成大晶体，更利于沉降。结晶区10中除硬反应所产生的晶体可通过结晶区排渣口11排出。

结晶区10上方有斜板14，于是，在锥形反应区上方形成斜板沉淀区，使水中悬浮杂质在斜板中进行沉淀，水沿斜板上升流动，而分离出的悬浮杂质在重力作用下沿着斜板向下滑，从而所有除硬生成的颗粒均被阻隔在位于上部的膜过滤区9的下方，这样能改善微滤膜或超滤膜过滤水环境，不易造成污堵，膜运行通量、寿命、清洗周期都大为增长。上述斜板也可以用斜管替代，由此形成的斜管沉淀区同样具有阻隔悬浮颗粒的功能。

结晶区10具有结晶区循环端，从结晶区循环端出发的循环管路中设有循环泵2。在结晶区10中进行除硬反应的水体经由从结晶区循环端出发的循环管路、通过循环泵2泵入位于循环泵下游的循环管路中的旋液分离系统中。该旋液分离系统包括旋液分离器12，其具有旋液分离底流排渣口13及旋液分离溢流口，其中，旋液分离溢流口通过循环管路与管道混合器6的入口相连。在循环管路中还带有循环流量计5。结晶区排渣口11可设于旋液分离溢流口与循环流量计5之间的循环管路中。

旋液分离系统通过旋液分离原理将循环流中的晶体颗粒有效分级，已结晶成的大颗粒能够经由旋液分离底流排渣口13分离出系统，而具有较高结晶效率的小颗粒则继续在系统中反应，即：旋液分离系统中的具有小颗粒的水体经旋液分离溢流口通过循环管路与进水管路中的高硬度进水以及自动加药系统7的加药管路中的处理剂在管道混合器6中进行混合，并再次经由混合管路进入结晶区10中参加除硬反应。通过旋流分离能提高反应效率。

在本发明中，旋液分离系统安装、运行始终在循环管路上，相比采用沉降等其它颗粒分级方法，在占地、投资、运行费用等方面都有很大优势。在性能上，通过对旋液分离的进液压力，溢流、底流比等参数的调节，本系统在控制分离颗粒粒径时具有一定的调节能力。

除悬浮物系统包括膜过滤区9和膜过滤泵3以及膜反洗泵15，其中，膜过滤区9和膜过滤泵3通过膜过滤管路相互连接，膜反洗泵15与膜过滤区9通过膜反洗管路相连。膜反洗泵15与膜反洗管路可以有效地改善膜表面的污染状况，在膜表面污堵、结垢后，可在反洗操作下，将表面结垢物质反冲脱离膜表面，改善膜组件的污染状况。膜过滤区9位于结晶区10上方，膜过滤区与下方的结晶区有斜板(管)隔开，有效阻隔了除硬颗粒对膜的污染。膜过滤区9是一体化设备中微滤膜或超滤膜过滤的区域，该区域内有膜组件8，在膜组件下方设有曝气装置。通过膜过滤泵3将结晶区10中脱硬后的水体经由膜组件8从系统中泵出。膜运行采取开、停间歇的方式；曝气装置，有效减轻膜的污堵。过滤区内的膜组件8采用微滤膜或超滤膜组件。该微滤膜或超滤膜组件过滤性能良好，出水水质SDI能始终控制在3以下，从而脱硬后的出水可直接进入反渗透等深度处理装置。

本发明设备的运行参数如下：

运行参数	结晶区停留时间(mins)	反应区SS(g/L)	反应区pH	循环水量/进水水量	膜过滤气水比
						范围	5-30	5-50	9.5-12.5	2-10	0-15

按照运行参数连续运行，并不断调节运行参数，得出并控制在最佳运行参数下，连续运行3个月以上，出水稳定，进、出水水质如下：

虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，在不脱离本发明的精神的情况下可以对上述实施例做出改变和修改。

Claims (5)

1.一种去除水中硬度的设备，其特征在于，所述去除水中硬度的设备包括除硬系统和除悬浮物系统，所述除硬系统和所述除悬浮物系统是一体化的，其中，所述除硬系统位于所述去除水中硬度的设备的下部，所述除悬浮物系统位于所述除硬系统上方，在所述除悬浮物系统的与所述除硬系统相邻的底部设有斜板或斜管，以便将除硬生成的颗粒阻隔在位于上部的所述除悬浮物系统的下方；所述除硬系统包括：结晶区（10），自动加药系统（7）；所述结晶区（10）采用上下相向的锥形构造，其中，上锥形的底部和下锥形的底部相对；所述自动加药系统（7）与所述结晶区（10）连接，用以将除硬反应处理剂提供给结晶区（10）；所述除硬反应处理剂是碱性处理剂；所述除悬浮物系统为膜过滤系统，所述膜过滤系统包括膜过滤区（9），所述膜过滤区（9）位于所述结晶区（10）上方，所述结晶区（10）与所述膜过滤区（9）之间设有所述斜板或斜管（14）；水在结晶区（10）的停留时间是5～30分钟。

2.根据权利要求1所述的去除水中硬度的设备，其特征在于，所述除硬系统还包括：进水泵（1）、管道混合器（6）、结晶区排渣口（11），进水管路连接所述进水泵（1）和所述管道混合器（6）的入口，所述自动加药系统（7）通过加药管路与所述管道混合器（6）的入口相连，所述管道混合器（6）的出口通过混合管路与所述结晶区（10）的入口相连；所述除悬浮物系统还包括膜过滤泵（3），所述膜过滤区（9）与所述膜过滤泵（3）通过膜过滤管路相连，在所述膜过滤区（9）中设有膜组件（8）；所述除悬浮物系统还包括膜反洗泵（15），所述膜过滤区（9）与所述膜反洗泵（15）通过反洗管路相连；所述去除水中硬度的设备还包括pH值调节系统和旋液分离系统，所述pH值调节系统与所述除硬系统的所述自动加药系统（7）和所述结晶区（10）连接，从而能够调节所述结晶区（10）中的pH值，所述结晶区（10）具有结晶区循环端，从所述结晶区循环端出发的循环管路中设有循环泵（2），所述旋液分离系统位于所述循环管路中，所述旋液分离系统包括旋液分离器（12），所述旋液分离器（12）具有旋液分离底流排渣口（13）及旋液分离溢流口，所述旋液分离溢流口通过所述循环管路与所述管道混合器（6）的入口相连；在所述进水管路中具有进水流量计（4），在所述循环管路中具有循环流量计（5）；结晶区排渣口（11）设于旋液分离溢流口与循环流量计（5）之间。

3.根据权利要求2所述的去除水中硬度的设备，其特征在于，所述膜组件（8）下方设有曝气装置。

4.根据权利要求3所述的去除水中硬度的设备，其特征在于，所述膜组件（8）为微滤膜组件或超滤膜组件。

5.根据权利要求2所述的去除水中硬度的设备，其特征在于，所述去除水中硬度的设备的各个系统配有相应的自动控制系统。

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