CN105585141B - 一种负压除碳除水中暂时硬度设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种负压除碳除水中暂时硬度设备，包括密封罐，密封罐的顶部设置真空泵，密封罐由上到下依次分为喷淋区、填料区和集水区，喷淋区将酸与待处理水混合后液体喷淋到填料区，在填料区水与水中的二氧化碳气体分离，二氧化碳气体经密封罐顶部的真空泵抽出，并由真空泵上的出气口排出，去除二氧化碳气体的水流至集水区进行收集；原理是去除水中的HCO3 ‑，抽气单元利用真空泵使密闭桶内保持负压状态，将CO2扩散到液相之外，填料单元作用是增大水与外界的接触面积，提高CO2脱出效率，出水单元将水汇集并排出。设备各功能单元衔接紧凑，原理简单，安装拆解方便，针对暂时硬度大的原水具有很高的水垢去除率。

Description

一种负压除碳除水中暂时硬度设备
技术领域
本发明涉及给水技术领域的设备，具体指一种负压除碳除水中暂时硬度设备。
技术背景
地下水是我国居民重要和优质的饮用水水源。大中城市由于用水量大而普遍采用地表水水源地表水源主要包括河流、湖泊、水库等，其特点是硬度低，但是悬浮杂质多，有机物和细菌多，水处理相对复杂，并且易受到外界环境的影响和污染，而将地下水作为城市备用水源。相比于地表水，地下水具有悬浮杂质少，有机物和细菌少，水处理相对容易，并且不易受到外界环境的影响和污染，在中小城市、镇和农村普遍采用地下水水源。
地下水普遍存在硬度和暂时硬度(水垢)高的问题。水垢是在烧开水过程中由暂时硬度形成的，即碳酸盐硬度，是总硬度的一部分，相当于与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合的钙、镁所形成的硬度，当水煮沸时，钙、镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸的方法来去除部分硬度。如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在，即为永久硬度。
水垢多导致饮用开水感官性差，对居民生活和身体健康存在潜在影响。尽管我国《生活饮用水卫生标准》中规定水的总硬度不得超过450mg/L，但对暂时硬度没有限制规定。对暂时硬度较高的地下水供水系统，由于地下水中大量存在的HCO3-离子，烧开后在水中出现大量沉淀和漂浮物，导致浊度升高，部分水浊度超过5NTU，这与我国饮用水关于浊度和不得有可见物规定矛盾。我国《生活饮用水卫生标准》是在参考WHO和西方发达国家相关标准而制定的，其制定依据是饮用生水，而与我国居民常以烧开水饮用差异较大，前者主要饮用溶解的钙、镁离子，我国居民饮用的是部分离子转化为碳酸钙，长期饮用高碳酸钙水对正常人影响不明。偶尔饮用硬水，则会造成肠胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水洗衣，肥皂起沫少，造成浪费；用硬水煮饭做菜，不易煮熟；用硬水洗头，会使头发黏结、发脆等；
目前处理高硬度水的技术主要有药剂软化法、离子交换法和膜软化法。经药剂软化处理后的水还有残余硬度，仍然会形成结垢问题，此外产生大量的泥渣。离子交换软化法工艺设备复杂，需要消耗大量的酸或盐做再生剂，成本相对较高。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，离子交换使得水中钠离子等增加，产生。
现有的软化技术处理成本高，急需一种经济去除地下水水垢工艺和设备。我国常见的地下水源总硬度满足《生活饮用水卫生标准》，但水垢引起的群众不满意投诉多见，现有的处理技术，在水厂需建设复杂和庞大的处理系统，处理成本高。而且从现有研究成果表明溶解钙镁离子对人体无显著影响，寻求经济地处理地下水水垢的技术，对于提高我国饮用开水感官和消除饮用碳酸钙潜在问题非常重要，到目前为止国内外关于地下水硬度处理研究，主要集中于总硬度降低工艺中，而对水垢即暂时硬度研究不多见，无成熟工艺和设备。因此本发明着力于寻求出一种简单易行，并且成本相当低廉的处理方法来去除暂时硬度。
发明内容
针对目前饮用水暂时硬度大，易结垢的问题，本发明的目的在于设计一套可以去除水的暂时硬度装置，摆脱去除钙镁离子的传统想法，从去除水中HCO3 -和CO3 2-的角度出发，来降低水中的暂时硬度，减少水垢的产生。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种负压除碳除水中暂时硬度设备，包括密封罐，密封罐的顶部设置真空泵，密封罐由上到下依次分为喷淋区、填料区和集水区，喷淋区将酸与待处理水混合后的含有二氧化碳气体的水溶液喷淋到填料区，在填料区水溶液中的二氧化碳气体逸出，逸出的二氧化碳气体经密封罐顶部的真空泵抽出，去除二氧化碳气体的水流至集水区进行收集。
具体的，所述的喷淋区设置喷淋构件和与喷淋构件连通的进水管，酸与待处理水在进水管内混合后得到含有二氧化碳气体的水溶液，喷淋构件将含有二氧化碳气体的水溶液喷淋到填料区。
具体的，喷淋构件包括配水主管、多个配水支管和多个喷头，配水支管沿与配水主管垂直的方向设置在配水主管上并与配水主管连通，配水支管上均匀设置多个喷头。
进一步的，在喷淋区内还设置收水器，收水器位于喷淋构件的上方。
具体的，所述的填料区内设置填料支撑，在填料支撑上填有填料。
优选的，所述的填料为直径是25mm的多面空心球。
优选的，所述的填料支撑为间距小于25mm的不锈钢格栅。
具体的，所述的集水区位于密封罐的底部，为漏斗状的罐体，密封罐的底端与出水管连通。
本发明的负压除碳除水中暂时硬度设备具有以下优点：
1、充分针对暂时硬度高的水HCO3 -含量的特性，原理简单：本发明的负压除碳除水中暂时硬度设备，除水垢流程为下向流，水中HCO3 -与药剂(盐酸)中的H+发生如下反应：HCO3 -+H+＝H2O+CO2↑，水中产生大量溶解的CO2，降低暂时硬度。由于CO2在负压条件下极难溶解于水，通过利用真空泵制造负压条件，同时当水经过填料时，薄膜状的水与空气接触面积加大，使本溶于水中的CO2可以大量扩散到空气中去，实现高效除碳。
2、本设备结构与脱气塔类似，但创新在于脱气塔不是密闭结构，需要从其底部通入大量空气，使空气与水流接触将CO2带出，能耗很大；而本设计在于筒体是密闭结构，仅需要在筒体顶部设置一真空泵降低筒内压强，根据CO2低压情况下溶解度的特性将其抽出水体，能耗较小。
3、筒体各部由法兰连接，便于拆卸清理及维修，便于拆卸，对填料进行更换及清理。药剂易采购，价格低，配制简单，无废液产生。盐酸是相对常见的药剂，容易购买，成本低廉，配制一定浓度的盐酸溶液过程简单；而且处理过程中不产生废液，不会产生污染。
附图说明
图1为本发明的负压除碳除水中暂时硬度设备的内部结构示意图，图中实线箭头表示水流方向，图中虚线箭头表示气流方向；
图2为图1的右视图；
图3为图2沿A-A的剖视图；
图中的标号分别表示：1-密封罐、11-检修梯、12-观察窗、2-真空泵、21-出气口、3-喷淋区、31-收水器、32-配水支管、320-喷头、33-配水主管、34-进水管、35-静态混合器、36-加酸阀、37-进水阀、4-填料区、41-填料支撑、5-集水区、51-出水管、52-出水阀；
以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。
具体实施方式
本发明的负压除碳除水中暂时硬度设备的工作原理是，将药剂(盐酸)通过静态混合器与原水充分混合，使氢离子与水中的碳酸氢根离子反应生成水和二氧化碳，反应后的水由进水管引流至密封罐上部，经喷淋构件喷洒在填料上，水流在填料中变成薄膜状，增大了与外界的接触面积，同时真空泵不断向外抽送气体，使密封罐内变成负压状态，这样根据CO2在低压条件下极难溶解于水的特性，可以使其不断扩散到外界并由真空泵抽送出去，在这一过程中气体夹带的水分可由收水器截流下来，最终水流汇集在筒体底部并由出水管排出。
具体的，结合图1-3，本发明的负压除碳除水中暂时硬度设备包括密封罐1，密封罐1的顶部设置真空泵2，密封罐1由上到下依次分为喷淋区3、填料区4和集水区5，喷淋区3将酸与待处理水混合后的水溶液喷淋到填料区4，由于真空负压条件下二氧化碳气体的溶解度降低，在填料区4水中的二氧化碳气体逸出，逸出的二氧化碳气体经密封罐1顶部的真空泵2抽出，并由真空泵2上的出气口21排出，去除二氧化碳气体的水流至集水区5进行收集；其中：
喷淋区3设置喷淋构件，喷淋构件与进水管34连通，进水管34上设置静态混合器35、加酸阀36和进水阀37，来自加酸阀36的酸与来自进水阀37的水在静态混合器35内混合后得到含有二氧化碳气体的水溶液，水溶液沿进水管34提供给喷淋构件，喷淋构件将反应后的带有大量二氧化碳气体的水喷淋到填料区4；喷淋构件包括配水主管33、多个配水支管32和多个喷头320，配水支管32沿与配水主管33垂直的方向设置在配水主管33上并与配水主管33连通，结构类似于“鱼骨”的形状，然后在配水支管32上均匀设置多个喷头320。
填料区4内设置填料支撑41，在填料支撑41上填有填料，可选的填料为直径是25mm的多面空心球，填料支撑41为间距小于25mm的不锈钢格栅，来自喷淋区3的水溶液在填料上呈薄膜状下流，同时密封罐1顶部的真空泵2启动，不断通过出气口21向外抽送气体，此时的气体先是密封罐1内原有的空气，随着设备的运行，水溶液中溶解的大量CO2在负压情况下扩散出来，不断被真空泵2抽送到密封罐1外，在此过程中，CO2气体可能带有水分，因此，在喷淋区3内设置PVC材质的收水器31，含有水分的CO2气体在通过收水器31时将水截留下来，仅允许CO2气体通过真空泵2抽出密封罐1。
集水区5为密封罐1的底部，为漏斗状的罐体，收集的水体在此处积存，密封罐1的底端出水管51连通，进行处理后水的输送，出水管51上设置出水阀52；另外，在处理水量较大的情况下，水流在集水区5积存，由于密封罐1内仍处于真空负压状态，在填料区4水体中未逸出的二氧化碳气体在此时也可以进行二次逸出，保证水体的除碳效果。
还有，考虑到对本发明设备的检修和对密封罐1内的运行情况进行观察，沿密封罐1的罐身高度设置检修梯11，且在密封罐1的中央部位设置观察窗12。
本发明设备的工作过程如下：
开启进水阀37，待处理水由进水管34进入，药剂(盐酸)通过计量泵经过加酸阀36与待处理水汇流，然后通过静态混合器35进行充分混合，氢离子与水中碳酸氢根离子反应生成水和二氧化碳，反应后的水溶液沿进水管34流至密封罐1上部，进入配水主管33及配水支管32，并由喷头320均匀洒在填料上，水溶液在填料上呈薄膜状下流，同时真空泵2启动，不断通过出气口21向外抽送气体，此时的气体先是密封罐1内原有的空气，随着设备的运行，水溶液中溶解的大量CO2在负压情况下扩散出来，不断被真空泵2抽送到密封罐1外，在此过程中，CO2气体可能带有水分，在通过收水器31时将水截留下来，最终水流汇集在密封罐1底部的集水区5，打开出水阀52最后由出水管51排出。

Claims (8)

1.一种负压除碳除水中暂时硬度设备，包括密封罐(1)，密封罐(1)的顶部设置真空泵(2)，其特征在于，密封罐(1)由上到下依次为喷淋区(3)、填料区(4)和集水区(5)组成，喷淋区(3)将酸与地下水混合后的含有二氧化碳气体的水溶液喷淋到填料区(4)，在填料区(4)水溶液中的二氧化碳气体逸出，逸出的二氧化碳气体经密封罐(1)顶部的真空泵(2)抽出罐外，去除二氧化碳气体的水流至集水区(5)进行收集即得饮用水。
2.如权利要求1所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，所述的喷淋区(3)设置喷淋构件和与喷淋构件连通的进水管(34)，酸与待处理水在进水管(34)内混合后得到含有二氧化碳气体的水溶液，喷淋构件将含有二氧化碳气体的水溶液喷淋到填料区(4)。
3.如权利要求2所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，喷淋构件包括配水主管(33)、多个配水支管(32)和多个喷头(320)，配水支管(32)沿与配水主管(33)垂直的方向设置在配水主管(33)上并与配水主管(33)连通，配水支管(32)上均匀设置多个喷头(320)。
4.如权利要求2或3所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，在喷淋区(3)内还设置收水器(31)，收水器(31)位于喷淋构件的上方。
5.如权利要求1、2或3所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，所述的填料区(4)内设置填料支撑(41)，在填料支撑(41)上填有填料。
6.如权利要求5所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，所述的填料为直径是25mm的多面空心球。
7.如权利要求6所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，所述的填料支撑(41)为间距小于25mm的不锈钢格栅。
8.如权利要求1、2或3所述的负压除碳除水中暂时硬度设备，其特征在于，所述的集水区(5)位于密封罐(1)的底部，为漏斗状的罐体，密封罐(1)的底端与出水管(51)连通。
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