CN103922450A - 一种适用于地下水硬度高效去除的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于地下水硬度高效去除的方法及装置，属于水处理技术领域。由内向外分为反应区、导流区Ⅳ和沉淀区Ⅴ，斜叶桨式搅拌器设于装置正中央并贯穿整个反应区，搅拌器转轴自下而上安装有三组桨叶，反应区自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个反应控制区，其中三个区的速度梯度G值依次减小；反应区内壁均匀固定四块挡板。反应流程为：原水和石灰乳分别经进水管和CaO投加管进入反应区Ⅰ下部，絮凝剂经絮凝剂投加管进入反应区Ⅰ上部；经斜叶桨式搅拌器的提升作用来保证水流的提升以及沉淀的回流过程，并在石灰软化的同时完成混凝过程；清水经集水槽由出水口排出，随着反应装置的长时间运行，沉淀物积累逐渐增多，需定期通过排泥放空管排放部分沉淀物。

Description

一种适用于地下水硬度高效去除的方法及装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种适用于地下水硬度高效去除的方法及装置。

背景技术

我国《生活饮用水卫生标准》规定，饮用水的硬度标准为450mg/L（以CaCO₃计）。很多地下水的总硬度数值在300mg/L～450mg/L之间，虽未超过规定标准，但水中钙、镁离子仍然较高，对人体健康不利，尤其由于暂时硬度中HCO₃ ^-离子的存在，水煮沸后有沉淀或漂浮物，使人感官上无法接受。HCO₃ ^-离子含量比较高的水加热沸腾后产生较多残渣，热水供水管线、盛水器具结垢现象严重，以致影响到管线、阀门、水表和家用热水器等的正常使用。国内外大部分研究，虽然没有确切的数值标准，但是普遍认为水的硬度以不超过150mg/L为佳。

目前水软化的处理技术主要有药剂软化法、离子交换软化法和膜软化法。离子交换软化法需要离子交换树脂的再生，再生工艺复杂。膜软化法运行过程中动力消耗较大，制水成本较高。离子交换法和膜软化法都需要较为繁琐的预处理过程，以减轻主体工艺中树脂或膜材料受到的污染。上述方法对运行人员的管理水平要求较高，且运行费用高。由于石灰软化法相对于离子交换软化法和膜软化法成本低，能在有效保留原水中各种微量元素的条件下对地下水进行软化处理，石灰软化法是水的软化处理领域应用较多的一种方法。

然而，常规的石灰软化法在处理地下水时存在以下问题：（1）系统流程长（石灰乳混合+混凝剂混合+一级絮凝+二级絮凝+沉淀）、管理过程复杂，占地面积大；（2）在传统的石灰软化工艺中，为了提高石灰有效利用率和CaCO₃晶体的絮凝作用，所附加的工艺设备繁多。

发明内容

本发明提出一种适用于地下水硬度高效去除的方法及装置。

该方法及装置主要针对石灰软化工艺程序复杂、占地面积大、石灰有效利用率低的问题。具体内容是通过对该石灰软化装置结构及参数的设计，使多个工艺过程综合于一个装置中完成，实现简化处理结构、减小占地面积、降低建设运行费用的目的。通过斜叶桨式搅拌器的提升作用，将沉淀物回流到反应区循环参与反应，该回流过程起到两方面的作用：（1）未有效利用的石灰大部分残留于沉淀物中，通过回流过程可以提高石灰的有效利用率，从而减少石灰的投加量；（2）石灰软化反应生成的CaCO₃晶体具有良好的絮凝作用，将沉淀物回流同时可以降低混凝处理时的混凝剂投加量，节省了资源消耗。

地下水硬度高效去除装置，包括反应区筒壁（9）、导流区筒壁（10）、装置外筒壁（11）、挡板（4）、斜叶桨式搅拌器（5）、集水槽（6）和出水口（7），整个装置的最外面为装置外筒壁（11），装置外筒壁（11）主体为圆直桶，底面为平底，圆直桶的直径大于平底的直径，底面与平底之间为斜面连接，反应区筒壁（9）同轴位于装置外筒壁（11）内部，反应区筒壁（9）的上下两端开口，下端位于装置外筒壁（11）的斜面处并与斜面之间具有空隙，称为回流缝，导流区筒壁（10）同轴位于装置外筒壁（11）、反应区筒壁（9）之间，导流区筒壁（10）的上端位置高于反应区筒壁（9）的上端，导流区筒壁（10）的下端位置高于反应区筒壁（9）的下端，导流区筒壁（10）与反应区筒壁（9）之间的空隙称为导流区Ⅳ，装置外筒壁（11）与导流区筒壁（10）之间的空隙为沉淀区Ⅴ，在沉淀区Ⅴ的最上部为集水槽（6），集水槽（6）设有出水口（7）；在反应区筒壁（9）的内侧壁还设有挡板（4），用来保证混合效果，优选四块挡板，四块挡板分别位于夹角90°的垂直方向，优选挡板面与所在反应区筒壁（9）的径向平行；在反应区筒壁（9）内部中心称为反应控制区，将其虚拟分为三个区，从下而上分别为：反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ，斜叶桨式搅拌器（5）在每个反应区的中心高度还设有斜叶桨，三个反应区的斜叶桨均安装在与电机相连的旋转轴上，反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ的斜叶桨尺寸逐次减小。反应区Ⅰ下部设有进水管（1）和石灰乳投加管（2），反应区Ⅰ的上部设有混凝剂投加管（3），装置外筒壁（11）的底部设有排泥放空管（8）。

利用上述装置进行地下水硬度高效去除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）原水与石灰乳分别经进水管（1）和石灰乳投加管（2）共同加入到反应区Ⅰ下部，并与斜叶桨式搅拌器（5）提升上来的沉淀物进行混合，使石灰和沉淀物快速均匀地分散于水中；絮凝剂经絮凝剂投加管（3）进入反应区Ⅰ上部；

（2）斜叶桨式搅拌器（5）的搅拌使反应区Ⅰ下部的水提升到反应区Ⅰ上部，使投加到1区上部的混凝剂与提升上来的水剧烈混合，使混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳；

（3）斜叶桨式搅拌器（5）将反应区Ⅰ的水提升到反应区Ⅱ进行第一阶段的石灰软化絮凝反应；

（4）反应区Ⅱ的水在斜叶桨式搅拌器（5）的提升作用下进入反应区Ⅲ，进行第二阶段的石灰软化絮凝反应；

（5）反应区Ⅲ中完成石灰软化絮凝反应的水经导流区Ⅳ进入到沉淀区Ⅴ，沉淀区Ⅴ上部为清水层，清水向上经集水槽（6）的出水口（7）流出，沉淀区Ⅴ向下沉降的沉淀物沿回流缝沉到装置的底部，继续经斜叶桨式搅拌器（5）提升至反应区Ⅰ，重新参加反应。

本发明由内向外分为了反应区、导流区Ⅳ和沉淀区Ⅴ三部分，其中，反应区筒壁（9）和导流区筒壁（10）通过支架与装置外筒壁相连固定。斜叶桨式搅拌器（5）设于装置正中央并贯穿整个反应区，搅拌器转轴自下而上安装有三组桨叶，通过对桨叶尺寸、安装位置的设计又将反应区自下而上分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个反应控制区，其中三个区的速度梯度G值依次减小；反应区内壁均匀固定四块挡板，来保证混合效果。其反应流程为：（1）原水和石灰乳分别经进水管（1）和CaO投加管（2）进入反应区Ⅰ下部，絮凝剂经絮凝剂投加管（3）进入反应区Ⅰ上部；（2）经斜叶桨式搅拌器（5）的提升作用来保证水流的提升以及沉淀的回流过程，并在石灰软化的同时完成混凝过程；（3）经过反应区Ⅰ，Ⅱ和Ⅲ处理的水经导流区Ⅳ流入沉淀区Ⅴ；（4）沉淀区Ⅴ上部为清水层，清水向上经集水槽（6）由出水口（7）排出，向下沉降的沉淀物沿回流缝沉到池底，再经斜叶桨式搅拌器（5）的提升作用重新参与到反应中；（5）随着反应装置的长时间运行，沉淀物积累逐渐增多，需定期通过排泥放空管（8）排放部分沉淀物。

另外，本发明中所述的本发明与常规的石灰软化工艺相比较优点体现在：

（1）通过桨叶的提升作用将沉淀物进行回流，充分利用了沉淀物中残留的石灰乳和反应生成的CaCO₃晶体，从而减少了石灰和混凝剂的投加量，节省了资源消耗，降低了水处理成本；

（2）简化了处理设备，实现了多过程集成化，既减少了设备占地面积，又减少了设备投资及运行成本；

（3）操作简单，管理方便，可程序化，特别适用于中、小型给水处理。

附图说明

图1为地下水硬度高效去除装置示意图。

其中，1-进水管；2-石灰乳投加管；3-混凝剂投加管；4-挡板；5-斜叶桨式搅拌器；6-集水槽；7-出水管；8-排泥放空管；9-反应区筒壁；10-导流区筒壁；11-装置外筒壁；Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ-反应区；Ⅳ-导流区；Ⅴ-沉淀区。

具体实施方式

下面结合实施案例对本发明作进一步具体的描述，以下实例旨在说明本发明，并不限制本发明的范围，所用的地下水硬度高效去除装置见图1。

实施例1

处理流量Q=10m³/h，地下水硬度去除装置的有效容积为9.1m³，其中反应区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的容积分别为0.417m³、0.833m³、0.833m³，沉淀区容积为6.67m³。斜叶桨式搅拌器转速为430r/min，分布于三个反应区的桨板叶片角度均为45°，叶片长自下而上分别为650mm、550mm和250mm，宽度分别为65mm、55mm、25mm。原水以总硬度为390mg/L,总碱度为320mg/L的地下水为进水。石灰乳的浓度为3%，FeCl₃溶液的浓度为5%，CaO的投加量为225mg/L，FeCl₃的投加量为5mg/L，监测其出水浊度和过滤后出水的总硬度。装置运行1h后，沉淀物中石灰乳和CaCO₃已积累到一定程度，此时运行稳定，监测其浊度可一直维持在5NTU以内，总硬度可稳定在140mg/L左右，并且加热煮沸后没有沉淀和漂浮物产生。

实施例2

处理流量Q=10m³/h，地下水硬度去除装置的有效容积为9.1m³，其中反应区Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的容积分别为0.417m³、0.833m³、0.833m³，沉淀区容积为6.67m³。斜叶桨式搅拌器转速为430r/min，分布于三个反应区的桨板叶片角度均为45°，叶片长自下而上分别为650mm、550mm和250mm，宽度分别为65mm、55mm、25mm。原水在以总硬度为390mg/L,总碱度为320mg/L的地下水为进水。石灰乳的浓度为3%，AlCl₃溶液的浓度为5%，CaO的投加量为225mg/L，AlCl₃的投加量为7mg/L，监测其出水浊度和过滤后出水的总硬度。装置运行1h后，沉淀物中石灰乳和CaCO₃已积累到一定程度，此时运行稳定，监测其浊度可一直维持在5NTU以内，总硬度可稳定在140mg/L左右，并且加热煮沸后没有沉淀和漂浮物产生。

Claims (4)

1.地下水硬度高效去除装置，其特征在于，包括反应区筒壁（9）、导流区筒壁（10）、装置外筒壁（11）、挡板（4）、斜叶桨式搅拌器（5）、集水槽（6）和出水口（7），整个装置的最外面为装置外筒壁（11），装置外筒壁（11）主体为圆直桶，底面为平底，圆直桶的直径大于平底的直径，底面与平底之间为斜面连接，反应区筒壁（9）同轴位于装置外筒壁（11）内部，反应区筒壁（9）的上下两端开口，下端位于装置外筒壁（11）的斜面处并与斜面之间具有空隙，称为回流缝，导流区筒壁（10）同轴位于装置外筒壁（11）、反应区筒壁（9）之间，导流区筒壁（10）的上端位置高于反应区筒壁（9）的上端，导流区筒壁（10）的下端位置高于反应区筒壁（9）的下端，导流区筒壁（10）与反应区筒壁（9）之间的空隙称为导流区Ⅳ，装置外筒壁（11）与导流区筒壁（10）之间的空隙为沉淀区Ⅴ，在沉淀区Ⅴ的最上部为集水槽（6），集水槽（6）设有出水口（7）；在反应区筒壁（9）的内侧壁还设有挡板（4），用来保证混合效果，在反应区筒壁（9）内部中心称为反应控制区，将其虚拟分为三个区，从下而上分别为：反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ，斜叶桨式搅拌器（5）在每个反应区的中心高度设有斜叶桨，三个反应区的斜叶桨均安装在与电机相连的旋转轴上，反应区Ⅰ、反应区Ⅱ、反应区Ⅲ的斜叶桨尺寸逐次减小；反应区Ⅰ下部设有进水管（1）和石灰乳投加管（2），反应区Ⅰ的上部设有混凝剂投加管（3），装置外筒壁（11）的底部设有排泥放空管（8）。

2.按照权利要求1的地下水硬度高效去除装置，其特征在于，设有四块挡板，四块挡板分别位于夹角90°的垂直方向，挡板面与所在反应区筒壁（9）的径向平行。

3.按照权利要求1的地下水硬度高效去除装置，其特征在于，反应区筒壁（9）和导流区筒壁（10）通过支架与装置外筒壁（11）相连固定。

4.采用权利要求1-3的任一装置进行地下水硬度高效去除的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）原水与石灰乳分别经进水管（1）和石灰乳投加管（2）共同加入到反应区Ⅰ下部，并与斜叶桨式搅拌器（5）提升上来的沉淀物进行混合，使石灰和沉淀物快速均匀地分散于水中；絮凝剂经絮凝剂投加管（3）进入反应区Ⅰ上部；

（2）斜叶桨式搅拌器（5）的搅拌使反应区Ⅰ下部的水提升到反应区Ⅰ上部，使投加到Ⅰ区上部的混凝剂与提升上来的水剧烈混合，使混凝剂快速水解、聚合及颗粒脱稳；

（3）反应区斜叶桨式搅拌器（5）将反应区Ⅰ的水提升到反应区Ⅱ进行第一阶段的石灰软化絮凝反应；

（4）反应区Ⅱ的水在斜叶桨式搅拌器的提升作用下进入反应区Ⅲ，进行第二阶段的石灰软化絮凝反应；

（5）反应区Ⅲ中完成石灰软化絮凝反应的水经导流区Ⅳ进入到沉淀区Ⅴ，沉淀区Ⅴ上部为清水层，清水向上经集水槽（6）的出水口（7）流出，沉淀区Ⅴ向下沉降的沉淀物沿回流缝沉到装置的底部，继续经斜叶桨式搅拌器（5）提升至反应区Ⅰ，重新参加反应。