CN105060450A - 一种用于pH在线调节的酸碱中和装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于pH在线调节的酸碱中和装置及其实现方法，解决了现有酸碱中和装置体积大、精度差等问题。该用于pH在线调节的酸碱中和装置包括第一pH调节装置和控制系统；其中，第一pH调节装置包括：原液流量控制系统，使原液流量保持稳定值；第一中和剂流量控制系统，输出中和剂并控制中和剂的流量；第一混合反应部件，原液流量控制系统和第一中和剂流量控制系统流出的液体在第一混合反应部件内混合反应；第一信息反馈系统，反馈原液流量信息用于控制原液流量输出使其保持稳定值，反馈第一混合反应部件内混合液体的pH值、压力和温度。本发明具有体积小、处理速度快、自动化程度高、pH调节精度高等优点。

Description

一种用于pH在线调节的酸碱中和装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及pH中和领域，具体的讲，是涉及工艺过程的原液的pH精确调节或污水处理中酸性或碱性废水的在线中和装置。

背景技术

pH的调节是化工工艺过程中最常用的技术手段之一，很多化学反应过程都是在特定的pH值范围内进行的，因此，为增加产品的产量、提高产品质量、保障生产安全，都需要对参与反应的原液进行精确的pH调节。同样地，在污水处理领域，很多工厂排放的废水常呈现不同的酸性或碱性特征，若直接排放，将对受纳水体产生极大的污染，严重的将导致水体中动植物死亡，甚至导致水体功能丧失，对生态环境造成极大地损害。在污水处理厂（站），各个处理单元对进入的污水的pH值也十分敏感，多数生化处理工段都需要污水的pH值在中性范围（pH6~9），而化学絮凝、破乳除油等也只有在特定的pH值范围内才能达到最佳效果。所以，如果工业废水（污水）的pH值过高或者过低，就需要对其pH值进行精确的调节，以达到最好的处理效果，最终实现达标排放。

目前，常见的用于生产工艺或污水处理的pH中和系统中，多采用隔膜泵或者计量泵进行加药控制，将酸或者碱液加入中和池，利用搅拌器或者空气搅拌的方式进行混合，然后利用第一pH计测量中和池的pH值，如专利CN202785773U公布了一种酸碱中和池，包括池体，在池体中部设有压缩空气进气总管，进气总管通入池体底部，在池体底部设有通气孔，进气总管与压缩空气气源相连。专利CN203364106U公开了一种用于现场化学清洗及排污酸碱中和一体化装置，包括水箱及锅炉，所述水箱通过在其右侧壁下部依次串接安装有颗粒物杂质过滤拦栅箱、抽水开关阀、抽水泵及水箱下置入水阀的管道与锅炉底部连接，所述锅炉底部通过安装有下置排水阀的管道与水箱顶部连接，在电机轴的低端安装有搅拌叶片，在水箱右侧壁底部安装有排污阀。这些专利都存在较大容积的中和槽或者中和池，设有空气搅拌或者机械搅拌装置，导致pH中和调节装置的体积庞大，占地面积大，投资成本高，同时，由于pH中和调节过程具有很大的迟滞性，故这样的系统对pH值的控制精度很难达到较高水平，在进液的pH值波动产生时，需要很长的时间进行调节整定，导致出水的pH值波动较大，装置运行很不稳定，严重时对后续生产工艺或处理工序产生较大的影响。

因此，改进pH酸碱中和的工艺，实现在线调节，减小中和装置的体积，减小酸碱反应的滞后时间，提高pH值中和的控制精度，对生产工艺的稳定进行或污水处理后续工段特别是生化工段的正常运行，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种结构简单、体积小、无机械搅拌或者空气搅拌系统，时滞小，反应迅速的pH值在线调节的酸碱中和装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，包括第一pH调节装置和控制系统；其中，所述第一pH调节装置包括：

原液流量控制系统，使原液流量保持稳定值；

第一中和剂流量控制系统，输出中和剂并控制中和剂的流量；

第一混合反应部件，所述原液流量控制系统和所述第一中和剂流量控制系统流出的液体在所述第一混合反应部件内混合反应；

第一信息反馈系统，反馈原液流量信息用于控制原液流量输出使其保持稳定值，反馈第一混合反应部件内混合液体的pH值、压力和温度，用于控制第一混合反应部件内混合液体的pH值、压力和温度。

进一步的，所述原液流量控制系统包括均由所述控制系统控制的原液加压泵和原液加压泵变频器。

进一步的，所述第一中和剂流量控制系统包括第一中和剂存储罐，以及均与所述控制系统控制的第一中和剂投加泵和第一中和剂投加泵变频器。

进一步的，所述第一混合反应部件包括进口与所述原液流量控制系统和所述第一中和剂流量控制系统的出口连通的水射器一，进口与所述水射器一出口连通的第一管道反应器，以及进口与所述第一管道反应器出口连通的第一缓冲罐。

进一步的，所述第一信息反馈系统包括用于检测原液流量的原液流量计，以及设置在所述第一缓冲罐上并与所述控制系统连接的第一压力变送器、第一pH计和温度变送器一。

进一步的，在所述第一缓冲罐上还设有释放电磁阀。

进一步的，还包括第二pH调节装置，所述第二pH调节装置包括：

进一步的，第二中和剂流量控制系统，输出中和剂并控制中和剂的流量；

进一步的，第二混合反应部件，所述第一缓冲罐和所述第二中和剂流量控制系统流出的液体在所述第二混合反应部件内混合反应；

进一步的，第二信息反馈系统，反馈第二混合反应部件内混合液体的pH值和温度，用于控制第二混合反应部件内混合液体的pH值和温度。

进一步的，所述第二中和剂流量控制系统包括第二中和剂存储罐，以及均与所述控制系统控制的第二中和剂投加泵和第二中和剂投加泵变频器。

进一步的，所述第二混合反应部件包括与所述第一缓冲罐出口连通的水射器二，进口与所述水射器二出口连通的第二管道反应器，以及进口与所述第二管道反应器出口连通的第二缓冲罐。

进一步的，所述第二信息反馈系统包括设置在所述第二缓冲罐上并与所述控制系统连接的第二pH计和温度变送器二。

进一步的，所述控制系统为非线性控制系统。

进一步的，所述第一管道反应器和所述第二管道反应器上设置有冷却水夹套。

进一步的，所述原液加压泵为高压管道泵；所述第一中和剂投加泵、第二中和剂投加泵为计量泵。

进一步的，所述第一管道反应器和所述第二管道反应器为静态混合器，为耐酸碱的非金属材质或金属材质内衬防腐层的结构。

进一步的，所述第一pH调节装置对原液进行粗调形成粗调后的混合液，所述第二pH调节装置对所述混合液进行精调，使混合液转变为达标液。

上述用于pH在线调节的酸碱中和装置的实现方法，包括以下步骤：

粗调节

（1）原液经过原液流量控制系统输出，第一中和剂流量控制系统输出中和剂，同时，原液流量计反馈原液流量信息，控制系统控制原液流量，使原液流量稳定供应；

（2）原液和中和剂在水射器一中实现预混合，然后进入第一管道反应器中进行充分混合；

（3）从第一管道反应器流出的混合液进入第一缓冲罐，对罐内混合液的pH值、压力、温度进行监控，并用pH值反馈控制第一中和剂流量控制系统输出的中和剂流量，使得原液量与中和剂量匹配，完成粗调节；

进一步的，还包括以下步骤：

精调节

（4）从第一缓冲罐内流出的混合液体进入水射器二中，第二中和剂流量控制系统输出中和剂；

（5）混合液和中和剂在水射器二中实现预混合，然后进入第二管道反应器中进行充分混合；

（6）从第二管道反应器流出的混合液进入第二缓冲罐，对罐内混合液的pH值、温度进行监控，并用pH值反馈控制第二中和剂流量控制系统输出的中和剂流量，使得混合液与中和剂量匹配，完成精调节，输出达标的排放液。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明对生产工艺中的液体物料进行pH在线调节和控制，可以处理各种酸性或碱性污水，精确控制污水的pH值，以满足后续污水处理工艺的正常运行。本发明具有体积小、处理速度快、自动化程度高、pH调节精度高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

上述附图中，附图标记对应的部件名称如下：

1-原液加压泵，2-原液加压泵变频器，3-第一中和剂投加泵，4-第一中和剂存储罐，5-第一中和剂投加泵变频器，6-第一单向阀，7-原液流量计，8-水射器一，9-第一管道反应器，10-控制柜，11-第一压力变送器，12-第一pH计，13-温度变送器一，14-释压电磁阀，15-第一缓冲罐，16-第二单向阀，17-第二中和剂投加泵变频器，18-水射器二，19-第二中和剂投加泵，20-第二中和剂存储罐，21-第二pH计，22.温度变送器二，23-第二管道反应器，24-第二缓冲罐。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，该装置包括第一pH调节装置、第二pH调节装置和控制系统，原液（工业废水）先后经过第一pH调节装置和第二pH调节装置进行两次pH值的调节：粗调和精调，其中，第一pH调节装置用于粗调，第二pH调节装置用于精调，在粗调和精调的过程中，对调节的混合液进行监控，根据混合液的pH值反馈调节，提高控制精度。进一步的，中和剂的选用根据工业废水的酸碱性来确定，若工业废水呈碱性，则中和剂为酸性，若工业废水呈酸性，则中和剂为碱性。在本实施例中，第一pH调节装置中选用高浓度的盐酸作为中和剂，第二pH调节装置中选用低浓度的盐酸作为中和剂。

第一pH调节装置和第二pH调节装置中的零部件通过管道连接，控制系统与受其控制的部件之间通过线缆连接。

具体的说，第一pH调节装置包括原液流量控制系统、第一中和剂流量控制系统、第一混合反应部件和第一信息反馈系统。原液流量控制系统用于连接原液（工业废水）源头，输出原液，同时，通过反馈的信息控制原液流量，使其稳定输出。原液流量控制系统由原液加压泵1和原液加压泵变频器2构成，两台泵均受控制系统控制，其中，原液加压泵优选高压管道泵。为了防止原液倒流，在出口端还设置有单向阀。

第一中和剂流量控制系统用于输出中和剂并控制中和剂的流量，其由第一中和剂存储罐4，以及第一中和剂投加泵3和第一中和剂投加泵变频器5组成，两台泵均受控制系统控制，其中，第一中和剂投加泵优为计量泵。为了防止原液倒流，在出口端还设置有单向阀。

第一混合反应部件包括进口与原液流量控制系统和第一中和剂流量控制系统的出口连通的水射器一8，进口与水射器一8出口连通的第一管道反应器9，以及进口与第一管道反应器9出口连通的第一缓冲罐15；其中，第一管道反应器优选静态混合器，为耐酸碱的非金属材质或金属材质内衬防腐层的结构；第一缓冲罐为圆柱形，采用耐酸碱的非金属材质或金属材质内衬防腐层的结构。原液与中和剂首先在水射器一内进行预混合，然后在第一管道反应器内进行充分混合后进入第一缓冲罐内。

第一信息反馈系统，用于监控液体信息，并将信息反馈至控制系统，由控制系统作出反馈调节。具体的说，第一信息反馈系统由若干检测元件构成：用于检测原液流量的原液流量计7，以及设置在所述第一缓冲罐15上并与所述控制系统连接的第一压力变送器11、第一pH计12和温度变送器一13；上述检测元件与液体接触部分均由耐酸碱的非金属或者金属材质制成。

为了确保第一缓冲罐内压力维持在安全值内，本实施例在第一缓冲罐上还设有释放电磁阀14。当第一缓冲罐内的压力值超过安全限值时，自动打开释压电磁阀，实现安全联锁保护。

第一pH调节装置和第二pH调节装置可单独使用，也可组合使用，组合使用时，即为前述的粗调和精调，单独使用时，则为一次性调节。根据实际需要，还可增加第三pH调节装置、第四pH调节装置甚至更多，由此实现对原液的多级pH调节。

本实施例中，第二pH调节装置主要包括：第二中和剂流量控制系统、第二混合反应部件和第二信息反馈系统。这三个系统与第一pH调节装置中的第一中和剂流量控制系统、第一混合反应部件和第一信息反馈系统的结构基本一致，二者的调节控制原理也一样。不同的是，第二pH调节装置中的第二混合反应部件用于连接从第一缓冲罐内流出的混合液和第二中和剂流量控制系统输出的中和剂，同时，第二中和剂流量控制系统输出的中和剂和第一中和剂流量控制系统输出的中和剂的浓度也应当不同，以适应不同的调节，当然，两个系统输出的中和剂的浓度也可采用相同浓度，根据实际工况需要进行选择，并不作特别限定。

第二pH调节装置的具体结构如下：第二中和剂流量控制系统包括第二中和剂存储罐20，以及均与控制系统控制的第二中和剂投加泵19和第二中和剂投加泵变频器17。第二混合反应部件包括与第一缓冲罐15出口连通的水射器二18，进口与水射器二18出口连通的第二管道反应器23，以及进口与第二管道反应器23出口连通的第二缓冲罐24。第二信息反馈系统包括设置在第二缓冲罐24上并与控制系统连接的第二pH计21和温度变送器二22。其中，各部件的优选结构也与第一pH调节装置中对应的部件保持一致，在此不作赘述。

本实施例中，控制系统为非线性控制系统，其主要由控制柜10、非线性控制器、I/O接口电路等组成。控制系统具有手动、自动操作两种操作模式。

下面以处理某工业废水，原水pH值13.7，需要将pH调节至6~9的范为例。本发明的工作过程如下：工业废水利用原液加压泵1进行提升，通过单向阀、原液流量计7进入水射器一8，利用原液流量计7的读数，反馈控制原液加压泵变频器2，从而实现原液流量的稳定供应。同时，第一中和剂存储罐中盛装高浓度的酸液，根据工艺条件，可以是硫酸或盐酸等浓酸，利用第一中和剂投加泵3将浓酸加压，依次流经第一单向阀和水射器一8，第一中和剂投加泵3由第一中和剂投加泵变频器5控制，第一中和剂投加泵变频器5又由控制系和第一pH计12控制，实现浓酸添加量和原液量的匹配，从而将第一缓冲罐15内的pH值控制在理想的数值9.5~10pH。在水射器一8中，浓酸与碱性废水实现预混合，然后进入第一管道反应器9进行充分反应，从第一管道反应器9出来的混合液进入第一缓冲罐15，利用第一缓冲罐15上安装有第一压力变送器11、第一pH计12和温度变送器一13，对罐内混合液的pH值、压力、温度进行监控，并用pH值反馈控制第一中和剂投加泵变频器5；当第一缓冲罐15内的压力值超过安全限值时，自动打开释压电磁阀14，实现安全联锁保护。第一缓冲罐15出来的混合液进入水射器二18；第二中和剂存储罐20中，预先配置好低浓度的盐酸或者硫酸等强酸水溶液，用第二中和剂投加泵19进行输送，流经第二单向阀16，进入水射器二18。在水射器二18中，稀酸水溶液和从第一缓冲罐15来的混合液进行混合，然后进入第二管道反应器23，进行充分反应，第二管道反应器23出口用管道连接第二缓冲罐24。第二缓冲罐24上安装的温度变送器二22及第二pH计21，实时监测第二缓冲罐24内混合液的温度和pH值，其中pH值用于反馈控制第二中和剂投加泵变频器17，以保证稀酸投加量和混合液的量的匹配，实现pH的精确控制，最终实现pH值在6-9的范围。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，包括第一pH调节装置和控制系统；其中，所述第一pH调节装置包括：

原液流量控制系统，使原液流量保持稳定值；

第一中和剂流量控制系统，输出中和剂并控制中和剂的流量，以适应原液的流量和pH值；

第一混合反应部件，所述原液流量控制系统和所述第一中和剂流量控制系统流出的液体在所述第一混合反应部件内混合反应；

第一信息反馈系统，反馈原液流量信息用于控制原液流量输出使其保持稳定值；反馈第一混合反应部件内混合液体的pH值、压力和温度，用于控制第一混合反应部件内混合液体的pH值、压力和温度。

2.根据权利要求1所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述原液流量控制系统包括均由所述控制系统控制的原液加压泵（1）和原液加压泵变频器（2）；

所述第一中和剂流量控制系统包括第一中和剂存储罐（4），以及均与所述控制系统控制的第一中和剂投加泵（3）和第一中和剂投加泵变频器（5）；

所述第一混合反应部件包括进口与所述原液流量控制系统及所述第一中和剂流量控制系统的出口连通的水射器一（8），进口与所述水射器一（8）出口连通的第一管道反应器（9），以及进口与所述第一管道反应器（9）出口连通的第一缓冲罐（15）；

所述第一信息反馈系统包括用于检测原液流量的原液流量计（7），以及设置在所述第一缓冲罐（15）上并与所述控制系统连接的第一压力变送器（11）、第一pH计（12）和温度变送器一（13）；所述第一缓冲罐（15）上还设有释放电磁阀（14）。

3.根据权利要求2所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，还包括第二pH调节装置，所述第二pH调节装置包括：

第二中和剂流量控制系统，输出中和剂并控制中和剂的流量；

第二混合反应部件，所述第一缓冲罐（15）和所述第二中和剂流量控制系统流出的液体在所述第二混合反应部件内混合反应；

第二信息反馈系统，反馈第二混合反应部件内混合液体的pH值和温度，用于控制第二混合反应部件内混合液体的pH值和温度。

4.根据权利要求3所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述第二中和剂流量控制系统包括第二中和剂存储罐（20），以及均与所述控制系统控制的第二中和剂投加泵（19）和第二中和剂投加泵变频器（17）。

5.根据权利要求4所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述第二混合反应部件包括与所述第一缓冲罐（15）出口连通的水射器二（18），进口与所述水射器二（18）出口连通的第二管道反应器（23），以及进口与所述第二管道反应器（23）出口连通的第二缓冲罐（24）。

6.根据权利要求5所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述第二信息反馈系统包括设置在所述第二缓冲罐（24）上并与所述控制系统连接的第二pH计（21）和温度变送器二（22）。

7.根据权利要求1所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述控制系统为非线性控制系统。

8.根据权利要求6所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述原液加压泵（1）为高压管道泵；所述第一中和剂投加泵（3）、第二中和剂投加泵（19）为计量泵；所述第一管道反应器（9）和所述第二管道反应器（23）为静态混合器，为耐酸碱的非金属材质或金属材质内衬防腐层的结构。

9.根据权利要求8所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置，其特征在于，所述第一pH调节装置对原液进行粗调形成粗调后的混合液，所述第二pH调节装置对所述混合液进行精调，使混合液转变为达标液。

10.如权利要求2~9任一项所述的一种用于pH在线调节的酸碱中和装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

粗调节

（1）原液经过原液流量控制系统输出，第一中和剂流量控制系统输出中和剂，同时，原液流量计反馈原液流量信息，控制系统控制原液流量，使原液流量稳定供应；

（2）原液和中和剂在水射器一中实现预混合，然后进入第一管道反应器中进行充分混合；

（3）从第一管道反应器流出的混合液进入第一缓冲罐，对罐内混合液的pH值、压力、温度进行监控，并用pH值反馈控制第一中和剂流量控制系统输出的中和剂流量，使得原液量与中和剂量匹配，完成粗调节；

精调节

（4）从第一缓冲罐内流出的混合液体进入水射器二中，第二中和剂流量控制系统输出中和剂；

（5）混合液和中和剂在水射器二中实现预混合，然后进入第二管道反应器中进行充分混合；

（6）从第二管道反应器流出的混合液进入第二缓冲罐，对罐内混合液的pH值、温度进行监控，并用pH值反馈控制第二中和剂流量控制系统输出的中和剂流量，使得混合液与中和剂量匹配，完成精调节，输出达标的排放液。