CN102134129A - 一种工业用原水软化工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种工业用原水软化工艺，其工艺步骤为：A、工业用原水输入；B、注入软化药剂；C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒；D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒；E、晶粒生长形成循环流化-悬浮床；F、软化水输出；G、排砂。本发明与传统澄清池工艺相比：它兼备流化床与悬浮床二者优势，因而滤速高、体积小，且生成物为砂粒，脱水容易。本发明工艺晶核自然生成，且自行循环生长，不需要人为加工晶核，省却了加工、投加人工晶核的成本；本发明工艺的悬浮晶粒粒径与流速自行匹配，对初始晶核无严格的粒径要求，自我调节，使工艺条件变得非常宽泛，无需精确匹配原水滤速，工艺操作变得更为简单、可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业用原水软化工艺，具体地说，涉及一种采用循环流化—悬浮床软化方法对工业用原水进行软化处理的工艺。
背景技术
在水处理领域，传统的工业用原水软化工艺是带泥渣接触过程的澄清池工艺。主要有两类：其中一类为泥渣回流澄清池，具体包括水力循环澄清池、叶轮循环澄清池、加速叶轮循环澄清池。其工艺特点是使含CaC03晶粒(粒径约0.01mm)的生成物泥渣的工业用原水水流以200-400％倍率循环，原水中硬度因子及所投加药剂在循环过程中接触并以含CaCO3晶粒的生成物泥渣为晶核结晶从原水中分离。另一类是泥渣悬浮澄清池工艺，具体包括脉冲澄清池、斜板脉冲澄清池、超脉冲澄清池。其工艺特点是用周期性脉冲工业用原水水流使含CaCO3晶粒(粒径约0.01mm)的生成物泥渣形成悬浮层，工业用原水中硬度因子与所投加药剂在流经悬浮层过程中，互相接触，以悬浮泥渣中CaCO3晶粒为晶核结晶从原水中分离。上述两类工艺优点是工艺简单，运行可靠。其缺点在于：一、工艺效率低，滤速为5-7米/小时，因而构筑物体积大、投资大；二、结晶生成物粒径小(约0.01-0.05mm)，呈污泥状态，含水量大，后序干化处理难度大；三、该工艺占地多，用地成本高。
现有技术中领先的工业用原水软化工艺为法国德格雷蒙公司编著的《水处理技术手册》英文版中译本《水处理手册》第112页提供的旋流澄清器(Gyrazur)工艺，该工艺与传统工艺比有相当大的进步。总结其工艺步骤为：a、工业用原水输入：即工业用原水通过设在旋流澄清器下部圆筒上的偏置管沿切线方向高速进入，受圆筒内壁导流作用，形成螺旋形上升水流。b、注入人工晶核：从原砂罐输送人为加工的粒径约0.2-0.4mm砂粒作为人工晶核，由旋流澄清器上部圆筒加入，并在螺旋形上升水流作用下恰好悬浮于旋流澄清器之内，形成悬浮床。c、注入软化药剂：如石灰、纯碱等由加药泵沿轴管加入旋流澄清器下部圆筒之内，原水中硬度因子与软化药剂在人工晶粒即砂粒间向上流动过程中接触，并以人工晶粒为核心结晶从原水中分离。d、排砂：当砂粒不断长大，以至于螺旋形上升水流不足以使其悬浮时(一般粒径达1.0-2.0mm)，在重力作用下落入旋流澄清器底部集砂斗，通过排砂装置排出。e、补充人工晶核：随着砂粒不断排出，人工晶核数量不断减少，因而需周期性补充0.2-0.4mm粒径砂粒作为人工晶核。f、软化水输出：经软化的工业用原水从旋流澄清器上部出口输出。上述工艺与传统工艺相比，优点是：一、滤速大幅提升至50--70米/小时，因而澄清器体积减小，投资减小。二、其生成物为粒径1.0-2.0mm的砂粒，脱水容易。其缺点在于：一、需不断消耗人工晶核，加大运行成本；二、人工晶核粒径与上升流速即滤速需严格匹配，其工艺要求50-70米/小时滤速对应的人工晶核粒径为0.2-0.4mm，否则无法保持人工晶核处于悬浮状态，工艺失败；三、人工晶核在加工制造过程中，晶面被污染，晶格被破坏，结晶初始时新生晶格附着与覆盖所需时间长，工业用原水软化效率较低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种滤速高、无需投加人工晶核，无需精确匹配原水滤速、工业用原水软化效率高的工业用原水软化工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种工业用原水软化工艺，其特征在于，其工艺步骤为：
A、工业用原水输入：带压工业用原水通过旋流澄清主体器下部圆筒上的偏置进水管沿切线方向高速进入，受旋流澄清器主体内壁导流作用形成螺旋形上升水流；
B、注入软化药剂：将软化药剂由加药泵从旋流澄清器主体的下部圆筒注入，与工业用原水中硬度因子接触反应，生成细小的以CaCO3为主的晶粒，并随螺旋形上升水流流动；
C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒：含有以CaCO3为主的晶粒的螺旋形上升水流从旋流澄清器主体上部出水口输出，经输送管道进入沉淀装置进行沉淀，截留、收集沉淀后的以CaCO3为主的自然晶粒于沉淀装置下部的外集砂斗内；
D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒：将沉淀装置截留并收集的以CaCO3为主的晶粒作为晶核由与外集砂斗相连接的流体输送泵经与旋流澄清器主体下部偏置进水管连接的输送管道回到旋流澄清器主体下部，随新输入的工业用原水一起形成螺旋形上升水流，完成晶核自生循环，形成循环流化床；
E、晶粒生长形成循环流化--悬浮床：新输入的工业用原水中所含的硬度因子与软化药剂在旋流上升过程中接触并部分以晶核为核心结晶，晶核在循环流动过程中不断生长变大，当长大到螺旋形上升水流不足以使其随水流出旋流澄清器主体时，悬浮于旋流澄清器主体内与流态化循环的以CaCO3为主的细小晶粒一起形成循环流化--悬浮床；
F、软化水输出：在沉淀装置中，经软化后的工业用原水由沉淀装置上部出水口输出；
G、排砂：当悬浮的以CaCO3为主的晶粒继续长大以至于螺旋上升水流不足以使其悬浮时，在重力作用下落入旋流澄清器主体底部内集砂斗内，经排砂阀排出。
本发明的有益效果为：本发明与传统澄清池工艺相比：它兼备流化床与悬浮床二者优势，因而滤速高、体积小，且生成物为砂粒，脱水容易。本发明与现有旋流澄清器(Gyrazur)工艺相比具有非常显著的特点和进步：一、本发明工艺晶核自然生成，且自行循环生长，不需要人为加工晶核，省却了加工、投加人工晶核的成本；二、本发明工艺的悬浮晶粒粒径与流速自行匹配，对初始晶核无严格的粒径要求，自我调节，使工艺条件变得非常宽泛，无需精确匹配原水滤速，工艺操作变得更为简单、可靠。三，本发明工艺形成的以CaCO3为主的自然晶粒作为结晶晶核与现有旋流澄清器(Gyrazur)工艺投加的人工晶核相比，晶面更加洁净、晶格完整，故结晶生长迅速、滤速高。而现有旋流澄清器(Gyrazur)工艺投加人工晶核结晶初始时需较长的结晶附着与晶格覆盖期，故晶粒生长缓慢，滤速低。如现有旋流澄清器(Gyrazur)工艺要求人工晶核粒径为0.2-0.4mm、滤速要求50-70米/小时，否则无法保持人工晶核处于悬浮状态，工艺失败。本发明工艺滤速为70--120米/小时，远大于传统工艺滤速5-7米/小时和旋流澄清器(Gyrazur)工艺的滤速50-70米/小时，故工业用原水软化效率显著提升。综上所述，本发明工艺滤速高、无需投加人工晶核，无需精确匹配原水滤速、工业用原水软化效率高，实现了工业用原水软化领域的关键性技术突破。经在成都×科技园水处理车间实验测定：在软化含钙暂时硬度原水时，无需投加人工晶核，滤速可达120米/小时。
附图说明
图1一种工业用原水软化工艺实施方案示意图。
图2一种工业用原水软化工艺优化实施方案示意图。
图中，1.罐体，2.旋流澄清器主体，3.沉淀装置，4.输水管道，5.输送管道，6.输送泵，7.输出管口，8.加药泵，9.石灰浆储仓，10.排砂阀，11.配水管，12.中心轴管，13.偏置进水管，14.排污阀，15.排空阀，16.人孔，17.均流板，18.外集砂斗，19.内集砂斗。
具体实施方式
实施例1
具体实施方案示意图如图2：旋流澄清器主体(2)置于罐体(1)内；所述的旋流澄清器主体(2)由三段依次增大的圆筒及两段截锥筒连接构成，其下部设有偏置进水管(13)，其上部接通输水管道(4)，其底部设有排砂阀(10)及锥形内集砂斗(19)，在内集砂斗(19)外间隔一定间隙包覆有外集砂斗(18)，外集砂斗(18)与沉淀装置(3)连通；罐体(1)与旋流澄清器主体(2)之间设有沉淀装置(3)，所述的沉淀装置(3)由锥面斜板组成；每对斜板间下口设有接通输水管道(4)的环形配水管(11)，环形配水管(11)外侧开有孔隙；旋流澄清器主体(2)上部与罐体(1)之间设有均流板(17)，罐体(1)在均流板(17)上部位置设有输出管口(7)；沉淀装置(3)最下层斜板形成锥形外集砂斗(18)与输送管道(5)连通并接通偏置进水管(13)；与外集砂斗(18)连通的外输送管道(5)上设有输送泵(6)及排污阀(14)；石灰浆储仓(9)与中心轴管(12)的连通管道间设有加药泵(8)；罐体(1)顶部及下部，旋流澄清器主体(2)顶部设有人孔(16)，罐体底部设有排空阀(15)。具体的工艺步骤为：
A、工业用原水输入：带压工业用原水通过旋流澄清器主体(2)下部圆筒的偏置进水管(13)沿切线方向以平均滤速70米/小时进入，受旋流澄清器主体(2)内壁导流作用形成螺旋形上升水流；
B、注入软化药剂：将石灰浆储仓内的软化药剂如石灰、纯碱浆液等由加药泵(8)从旋流澄清器主体(2)的下部圆筒经中心轴管(12)注入，与工业用原水中硬度因子接触反应，生成细小的以CaCO3为主的晶粒，并随螺旋形上升水流流动；
C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒：含有以CaCO3为主的晶粒的螺旋形水流从旋流澄清器主体(2)上部输水管道(4)输出，经配水管进入沉淀装置(3)进行沉淀，截留、收集沉淀后的以CaCO3为主的自然晶粒于沉淀装置下部的外集砂斗(18)内。
D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒：将沉淀装置(3)截留并收集的以CaCO3为主的晶粒作为晶核由与外集砂斗(18)相连接的流体输送泵(6)，所述的流体输送泵本实施例为流体输送泵，经旋流澄清器主体(2)上的偏置进水管连接的输送管道(5)循环回注到旋流澄清器主体(2)下部，随新输入的工业用原水一起形成螺旋形上升水流，完成晶核自生循环，形成循环流化床；
E、晶粒生长形成循环流化--悬浮床：新输入的工业用原水中所含的硬度因子与软化药剂在旋流上升过程中接触并部分以晶核为核心结晶，晶核在循环流动过程中不断生长变大，当长大到螺旋形上升水流不足以使其随水流出旋流澄清器主体(2)时，悬浮于旋流澄清器主体(2)内与流态化循环的以CaCO3为主的细小晶粒一起形成循环流化--悬浮床，本实施例滤速设定为70米/小时，悬浮晶核粒径约为1.0-1.5mm；
F、软化水输出：在沉淀装置(3)中，经软化后的工业用原水由斜板沉淀装置(3)上部均流板(17)及输出管口(7)输出；
G、排砂：当悬浮的以CaCO3为主的晶粒继续长大以至于螺旋上升水流不足以使其悬浮时，在重力作用下落入旋流澄清器主体(2)底部内集砂斗(19)内，经排砂阀(10)排出。
实施例2
具体实施方案示意图如图2：旋流澄清器主体(2)置于罐体(1)内；所述的旋流澄清器主体(2)由三段依次增大的圆筒及两段截锥筒连接构成，其下部设有偏置进水管(13)，其上部接通输水管道(4)，其底部设有排砂阀(10)及锥形内集砂斗(19)，在内集砂斗(19)外间隔一定间隙包覆有外集砂斗(18)，外集砂斗(18)与沉淀装置(3)连通；罐体(1)与旋流澄清器主体(2)之间设有沉淀装置(3)，所述的沉淀装置(3)由锥面斜板组成；每对斜板间下口设有接通输水管道(4)的环形配水管(11)，环形配水管(11)外侧开有孔隙；旋流澄清器主体(2)上部与罐体(1)之间设有均流板(17)，罐体(1)在均流板(17)上部位置设有输出管口(7)；沉淀装置(3)最下层斜板形成锥形外集砂斗(18)与输送管道(5)连通并接通偏置进水管(13)；与外集砂斗(18)连通的外输送管道(5)上设有输送泵(6)及排污阀(14)；石灰浆储仓(9)与中心轴管(12)的连通管道间设有加药泵(8)；罐体(1)顶部及下部，旋流澄清器主体(2)顶部设有人孔(16)，罐体底部设有排空阀(15)。具体的工艺步骤为：
A、工业用原水输入：带压工业用原水通过旋流澄清器主体(2)下部圆筒的偏置进水管(13)沿切线方向以平均滤速90米/小时进入，受旋流澄清器主体(2)内壁导流作用形成螺旋形上升水流；
B、注入软化药剂：将石灰浆储仓内的软化药剂如石灰、纯碱浆液等由加药泵(8)从旋流澄清器主体(2)的下部圆筒经中心轴管(12)注入，与工业用原水中硬度因子接触反应，生成细小的以CaCO3为主的晶粒，并随螺旋形上升水流流动；
C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒：含有以CaCO3为主的晶粒的螺旋形水流从旋流澄清器主体(2)上部输水管道(4)输出，经配水管进入沉淀装置(3)进行沉淀，截留、收集沉淀后的以CaCO3为主的自然晶粒于沉淀装置下部的外集砂斗(18)内。
D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒：将沉淀装置(3)截留并收集的以CaCO3为主的晶粒作为晶核由与外集砂斗(18)相连接的输送泵(6)，所述的流体输送泵本实施例为流体输送泵，经旋流澄清器主体(2)上的偏置进水管连接的输送管道(5)循环回注到旋流澄清器主体(2)下部，随新输入的工业用原水一起形成螺旋形上升水流，完成晶核自生循环，形成循环流化床；
E、晶粒生长形成循环流化--悬浮床：新输入的工业用原水中所含的硬度因子与软化药剂在旋流上升过程中接触并部分以晶核为核心结晶，晶核在循环流动过程中不断生长变大，当长大到螺旋形上升水流不足以使其随水流出旋流澄清器主体(2)时，悬浮于旋流澄清器主体(2)内与流态化循环的以CaCO3为主的细小晶粒一起形成循环流化--悬浮床，本实施例滤速设定为90米/小时，悬浮晶核粒径约为1.3-1.8mm；
F、软化水输出：在沉淀装置(3)中，经软化后的工业用原水由斜板沉淀装置(3)上部均流板(17)及输出管口(7)输出；
G、排砂：当悬浮的以CaCO3为主的晶粒继续长大以至于螺旋上升水流不足以使其悬浮时，在重力作用下落入旋流澄清器主体(2)底部内集砂斗(19)内，经排砂阀(10)排出。
实施例3
具体实施方案示意图如图2：旋流澄清器主体(2)置于罐体(1)内；所述的旋流澄清器主体(2)由三段依次增大的圆筒及两段截锥筒连接构成，其下部设有偏置进水管(13)，其上部接通输水管道(4)，其底部设有排砂阀(10)及锥形内集砂斗(19)，在内集砂斗(19)外间隔一定间隙包覆有外集砂斗(18)，外集砂斗(18)与沉淀装置(3)连通；罐体(1)与旋流澄清器主体(2)之间设有沉淀装置(3)，所述的沉淀装置(3)由锥面斜板组成；每对斜板间下口设有接通输水管道(4)的环形配水管(11)，环形配水管(11)外侧开有孔隙；旋流澄清器主体(2)上部与罐体(1)之间设有均流板(17)，罐体(1)在均流板(17)上部位置设有输出管口(7)；沉淀装置(3)最下层斜板形成锥形外集砂斗(18)与输送管道(5)连通并接通偏置进水管(13)；与外集砂斗(18)连通的外输送管道(5)上设有输送泵(6)及排污阀(14)；石灰浆储仓(9)与中心轴管(12)的连通管道间设有加药泵(8)；罐体(1)顶部及下部，旋流澄清器主体(2)顶部设有人孔(16)，罐体底部设有排空阀(15)。具体的工艺步骤为：
A、工业用原水输入：带压工业用原水通过旋流澄清器主体(2)下部圆筒的偏置进水管(13)沿切线方向以平均滤速120米/小时进入，受旋流澄清器主体(2)内壁导流作用形成螺旋形上升水流；
B、注入软化药剂：将石灰浆储仓内的软化药剂如石灰、纯碱浆液等由加药泵(8)从旋流澄清器主体(2)的下部圆筒经中心轴管(12)注入，与工业用原水中硬度因子接触反应，生成细小的以CaCO3为主的晶粒，并随螺旋形上升水流流动；
C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒：含有以CaCO3为主的晶粒的螺旋形水流从旋流澄清器主体(2)上部输水管道(4)输出，经配水管进入沉淀装置(3)进行沉淀，截留、收集沉淀后的以CaCO3为主的自然晶粒于沉淀装置下部的外集砂斗(18)内。
D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒：将沉淀装置(3)截留并收集的以CaCO3为主的晶粒作为晶核由与集砂斗相连接的输送泵(6)，所述的流体输送泵本实施例为流体输送泵，经旋流澄清器主体(2)上的偏置进水管连接的输送管道(5)循环回注到旋流澄清器主体(2)下部，随新输入的工业用原水一起形成螺旋形上升水流，完成晶核自生循环，形成循环流化床；
E、晶粒生长形成循环流化--悬浮床：新输入的工业用原水中所含的硬度因子与软化药剂在旋流上升过程中接触并部分以晶核为核心结晶，晶核在循环流动过程中不断生长变大，当长大到螺旋形上升水流不足以使其随水流出旋流澄清器主体(2)时，悬浮于旋流澄清器主体(2)内与流态化循环的以CaCO3为主的细小晶粒一起形成循环流化--悬浮床，本实施例滤速设定为120米/小时，悬浮晶核粒径约为1.5-2.5mm；
F、软化水输出：在沉淀装置(3)中，经软化后的工业用原水由斜板沉淀装置(3)上部均流板(17)及输出管口(7)输出；
G、排砂：当悬浮的以CaCO3为主的晶粒继续长大以至于螺旋上升水流不足以使其悬浮时，在重力作用下落入旋流澄清器主体(2)底部内集砂斗(19)内，经排砂阀(10)排出。
Claims (1)
1.一种工业用原水软化工艺，其特征在于，其工艺步骤为：
A、工业用原水输入：带压工业用原水通过旋流澄清主体器下部圆筒上的偏置进水管沿切线方向高速进入，受旋流澄清器主体内壁导流作用形成螺旋形上升水流；
B、注入软化药剂：将软化药剂由加药泵从旋流澄清器主体的下部圆筒注入，与工业用原水中硬度因子接触反应，生成细小的以CaCO3为主的晶粒，并随螺旋形上升水流流动；
C、沉淀、收集以CaCO3为主的自然晶粒：含有以CaCO3为主的晶粒的螺旋形上升水流从旋流澄清器主体上部出水口输出，经输送管道进入沉淀装置进行沉淀，截留、收集沉淀后的以CaCO3为主的自然晶粒于沉淀装置下部的外集砂斗内；
D、循环回注以CaCO3为主的自然晶粒：将沉淀装置截留并收集的以CaCO3为主的晶粒作为晶核由与外集砂斗相连接的流体输送泵经与旋流澄清器主体下部偏置进水管连接的输送管道回到旋流澄清器主体下部，随新输入的工业用原水一起形成螺旋形上升水流，完成晶核自生循环，形成循环流化床；
E、晶粒生长形成循环流化--悬浮床：新输入的工业用原水中所含的硬度因子与软化药剂在旋流上升过程中接触并部分以晶核为核心结晶，晶核在循环流动过程中不断生长变大，当长大到螺旋形上升水流不足以使其随水流出旋流澄清器主体时，悬浮于旋流澄清器主体内与流态化循环的以CaCO3为主的细小晶粒一起形成循环流化--悬浮床；
F、软化水输出：在沉淀装置中，经软化后的工业用原水由沉淀装置上部出水口输出；
G、排砂：当悬浮的以CaCO3为主的晶粒继续长大以至于螺旋上升水流不足以使其悬浮时，在重力作用下落入旋流澄清器主体底部内集砂斗内，经排砂阀排出。
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