CN104163520A

CN104163520A - 利用高硬度水进行造粒反应的方法及装置

Info

Publication number: CN104163520A
Application number: CN201410266924.6A
Authority: CN
Inventors: 许航; 肖弘耀; 陈卫; 顾艳梅; 邱云鹏
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2014-06-16
Filing date: 2014-06-16
Publication date: 2014-11-26

Abstract

本发明提供了一种利用高硬度水进行造粒反应的方法及装置，该方法将高硬度原水和造粒反应剂分别逆流送入含有石英砂的竖直流道，流道内得到以石英砂为载体的沙粒，流道出口得到处理后的水；该装置在柱状反应容器底部设有一个高硬度原水入口和一个造粒反应剂入口，反应容器顶部设有出口，反应容器中放置有石英砂。本发明提供的方法不仅大大缩短高硬度水处理时间，还能将沉淀废料重新利用。

Description

利用高硬度水进行造粒反应的方法及装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种利用高硬度水进行造粒反应的方法及装置。

背景技术

硬度作为一项重要的水质指标在饮用水中受到了广泛关注。一般来说钙离子和镁离子是产生硬度的主要原因。水的硬度最初是指水中钙、镁离子沉淀肥皂水化液的能力。水的总硬度指水中钙、镁离子的总浓度，其中包括碳酸盐硬度(即通过加热能以碳酸盐形式沉淀下来的钙、镁离子，故又叫暂时硬度)和非碳酸盐硬度(即加热后不能沉淀下来的那部分钙、镁离子，又称永久硬度)。

过高的硬度水，会影响人们的生活和身体健康。在生活上，水的硬度过高，用来洗涤可使肥皂不起泡沫而造成浪费，另外，硬水洗衣物易使纺织物纤维变硬发脆而损坏；用硬水烧开水易使水壶结垢，浪费燃料1/3以上。在人体健康上，饮用高硬水易使人患暂时性胃肠不适、腹胀、泻肚、排气多，甚至引起肾结石等疾病。不仅如此，水壶与暖水瓶使用一段时间后，其内壁就会结满一层白色的水碱，除大部分为碳酸钙、碳酸镁外、还含有多种有害的汞、镉、铅、砷等元素，如不经常及时清除，反复用来烧水、装水后，有害元素积累越来越多，并能再次溶于水中，当人们饮用后就进入人体，从而引起人体慢性中毒甚至可致癌和致畸，严重危害人体健康。高硬度水中钙镁离子与硫酸根结合，会使水产生苦涩味，还会使人的胃肠功能紊乱，出现暂时性腹胀、排气多、腹泻等现象。在工业上，纺织工业用水硬度过大会导致染色不均匀；锅炉用水硬度高了十分危险,因为锅炉内管道局部过热,易引起管道变形或损坏,严重时还可能引起爆炸。

对于高硬度水的去除通常采用两类方法，一类是采用投加碱性药剂，将水中钙镁离子以沉淀形式析出，以达到去除硬度的目的，但该方法产生的沉淀废料必须及时去除，而且得不到有效利用，增加了无用的人力物力消耗；另一类是采用离子交换法，以阳离子交换树脂置换出水中钙镁离子以达到硬度去除目的，但该方法存在酸碱消耗量大、运行成本高等问题，经离子交换器后再生废液质量浓度较高，若外排，不仅造成了资源的浪费，而且会污染环境。

目前，国内外并没有研究利用高硬度水进行造粒反应的方法，利用高硬度水进行造粒不仅能够降低水中硬度，还能将沉淀废料重新利用，节能减排。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用高硬度水进行造粒反应的方法，该方法不仅大大缩短高硬度水处理时间，还能将沉淀废料重新利用。

利用高硬度水进行造粒反应的方法，在柱状反应容器内填充石英砂，高硬度原水和造粒反应剂从柱状反应容器底部的入口输入，从顶部的出口排出，柱状反应容器内的石英砂被自下而上的水流冲起而膨胀，处于流化床状态。

流道中的石英砂被自下而上的水流冲起而膨胀，处于流化床状态，形成一个可以连续吸附的运行环境，有利于原水中的碳酸钙沉积在石英砂表面。石英砂耐高温、热膨胀系数小，化学性质稳定，适合作为本反应器的填料。

作为上述发明的进一步优选，所述石英砂的粒径为0.2mm～0.5mm。

为了让碳酸钙沉淀充分沉积在石英砂颗粒表面，选择比表面积较大的石英砂颗粒。粒径越小比表面积越大，但是若粒径过小，水利条件难以控制，石英砂颗粒容易随水流流出反应器。

作为上述发明的进一步优选，所述造粒反应剂为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的pH值为10～14。

pH值小于等于6时水中不存在CO₃ ^2-，钙离子仍以溶解的形式于水中存在，当投加氢氧化钠溶液时，将发生下列反应：

NaOH+Ca²⁺+HCO₃ ^-→CaCO₃+H₂O+Na⁺

通过投加碱液，控制反应器中混合液的pH值为10～14，碳酸平衡向左移动，形成碳酸钙沉淀，饱和指数大于1。

作为上述发明的进一步优选，高硬度原水的进水流量为6～8mL/s，造粒反应剂的进水流量为5.45～7.27mL/s。

石英砂受到水流冲击而发生膨胀，若膨胀率过小，会导致石英砂填料之间过多地相互摩擦，不利于碳酸钙沉淀的沉积；若膨胀率过大，部分石英砂会随水流直接流出反应器，无法起到吸附碳酸钙晶体的作用。

本发明的另一个目的是提供一种利用高硬度水进行造粒反应的装置，在柱状反应容器底部设有一个高硬度原水入口和一个造粒反应剂入口，反应容器顶部设有出口；反应容器中放置有石英砂。

本发明与现有技术相比，其优点在于：第一，失效填料可实现产品化，作为建筑用沙；第二，高硬度水处理时间与传统处理工艺相比大大缩短；第三，生产废料更清洁；第四，结晶易处理，不会对环境造成二次污染。

附图说明

图1为本发明利用高硬度水进行造粒反应装置的结构示意图，其中，1为石英砂填料，2为入口，3为出口；

图2为本发明运行0天时填料的电镜扫描图；

图3为本发明运行3天时填料的电镜扫描图；

图4为本发明运行15天时填料的电镜扫描图；

图5为本发明运行27天时填料的电镜扫描图；

图6为填料表面碳酸钙含量与反应时间关系图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，利用高硬度水进行造粒反应的方法，将高硬度原水和造粒反应剂分别从竖直设置的柱状反应容器底部入口2逆流送入含有石英砂填料1的流道，柱状反应器高1m、内径5cm、外径6cm，填料高度为15cm～20cm。高硬度原水和造粒反应剂分别以6.2mL/s和5.62mL/s的流量进入反应容器内，反应生成的碳酸钙晶体附着在流道内的的石英砂填料1表面，经处理的原水从出口3流出反应容器。

采用的造粒反应剂：称量4g氢氧化钠，融入9L蒸馏水中制成11mmol/L的氢氧化钠溶液，倒入处理剂罐中，用一台蠕动泵将药剂以流量5.62mL/s的速率加入造粒反应器底部，与原水混合，发生结晶反应，并附着于填料表面。

同时，每24小时换一次原水和处理剂，并重复上述过程。

分别取运行0、3、6、9、12、15、18、21、24、27天并烘干的沙粒样本各10.0g，编号1、2、3、4、5、6、7、8、9、10。分别将10个样本放入10个烧杯中，加入过量浓度为1mol/L的盐酸，直至不产生气泡为止，清洗后放入110℃烘箱中3小时烘干，用电子天平称量烘干后10个沙样的质量，分别为10.0g、9.6g、8.8g、8.2g、7.9g、7.5g、7.2g、6.9g、6.6g、6.3g，再计算出各个沙样中碳酸钙的含量分别为：0％、4％、12％、18％、21％、25％、28％、31％、34％、37％。

分别取运行0、3、15、27天并烘干的沙粒样本若干，进行扫描电镜实验，分别取200、5000倍率的图片做对比，从图2-图5可以明显观察到沙粒表面附着的碳酸钙晶体越来越多，沙粒表面越来越光滑，且附着的晶体层上还可以接着吸附新的碳酸钙晶体，在27天样本中明显可以看出沙粒表面有多层晶体结构，并逐渐结成块。

Claims

1.利用高硬度水进行造粒反应的方法，其特征在于：柱状反应容器内填充石英砂，高硬度原水和造粒反应剂从柱状反应容器底部的入口输入，从顶部的出口排出，柱状反应容器内的石英砂被自下而上的水流冲起而膨胀，处于流化床状态。

2.根据权利要求1所述的利用高硬度水进行造粒反应的方法，其特征在于：所述石英砂的粒径为0.2mm~0.5mm。

3.根据权利要求1所述的利用高硬度水进行造粒反应的方法，其特征在于：所述造粒反应剂为氢氧化钠溶液，氢氧化钠溶液的pH值为10～14。

4.根据权利要求1所述的利用高硬度水进行造粒反应的方法，其特征在于：高硬度原水的进水流量为6～8mL/s，造粒反应剂的进水流量为5.45～7.27 mL/s。

5.一种利用高硬度水进行造粒反应的装置，其特征在于：在柱状反应容器底部设有一个高硬度原水入口和一个造粒反应剂入口，反应容器顶部设有出口；反应容器中放置有石英砂。