CN107117678A - 一种曝气装置及地下水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种曝气装置，装置内设置第一竖向隔板和第二竖向隔板，所述第一竖向隔板和第二竖向隔板相互垂直连接，且第一竖向隔板不与装置底部接触，第二竖向隔板与装置底部接触；第二竖向隔板上围绕着第二竖向隔板搭设有通气主管，所述第二竖向隔板与装置形成的空间内设置有通气支管，通气主管与通气支管相通，通气支管上连通有多个竖向的曝气管。本发明还提供一种地下水处理工艺，待处理的地下水部分进入氢离子交换器后通过混合器与原待处理的地下水按比例混合，混合后进入曝气装置。本发明的曝气装置可实现曝气装置底部进水、上部出水，曝气充分，出水总硬度为总硬度的3/4左右，维持人体所需硬度的情况下去除水垢，pH值在6～7。

Description

一种曝气装置及地下水处理工艺

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及地下水处理，具体涉及一种曝气装置及去除水垢、降低总硬度的地下水处理工艺。

背景技术

地下水是我国居民重要和优质的饮用水水源，但是，地下水普遍存在硬度和暂时硬度(水垢)较高的问题。

目前处理高硬度水、去除水垢的技术主要有石灰软化法、膜软化法、离子交换法和酸碱平衡曝气法。石灰软化法能从根本上降低总硬度，但会产生大量泥渣，处理工艺复杂。膜软化法运行过程中动力消耗较大，制水成本较高，且为减轻主体工艺中膜材料受到的污染，需要较为繁琐的预处理过程。传统的Na型离子交换工艺会将全部水中的钙、镁离子置换出来，向水中引入钠离子，在工业水处理过程中应用较多，H型离子交换器通过氢离子将水中钙镁等阳离子置换出来，但出水pH值降低，需用碱再次调节使pH达到要求。酸碱平衡曝气法是指向水中投加强酸为主的阻垢剂，将水中产生水垢的碳酸氢根转化为二氧化碳，通过曝气吹脱二氧化碳恢复pH，其能有效去除水垢，但不降低总硬度，且会向水中引入大量阴离子，可能影响饮用水口感。

针对总硬度较高甚至超过450mg/L、碱度超过200mg/L的地下水，总硬度超标，烧水水垢多，采取石灰软化法工艺复杂，膜软化法和离子交换法成本高，酸碱平衡曝气法虽能很好地去除水垢，但难以解决总硬度超标和引入大量阴离子问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种曝气装置及去除水垢、降低总硬度的地下水处理工艺。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种曝气装置，其特征在于，所述装置内设置第一竖向隔板和第二竖向隔板，所述第一竖向隔板和第二竖向隔板相互垂直连接，且第一竖向隔板不与装置底部接触，第二竖向隔板与装置底部接触；

所述第二竖向隔板上围绕着第二竖向隔板搭设有通气主管，所述第二竖向隔板与装置形成的空间内设置有通气支管，通气主管与通气支管相通，通气支管上连通有多个竖向的曝气管，曝气管侧壁45°分布多个曝气孔。

所述装置设置进水口和出水口，且进水口距装置下部的距离大于出水口距装置下部的距离，即进水高度大于出水高度，进水口与出水口之间依次设有第一竖向隔板和第二竖向隔板，通过进水口进入的水从第一竖向隔板的下部通过后进入第二竖向隔板与装置形成的空间内。

所述多个竖向的曝气管呈多行多列设置。

所述装置下部连接放空管；所述通气主管与鼓风装置连接。

第一竖向隔板和第二竖向隔板相互垂直连接，且第二竖向隔板处在第一竖向隔板的中轴线上。

本发明还提供一种地下水处理工艺，待处理的地下水部分进入氢离子交换器后通过混合器与原待处理的地下水按比例混合，混合后进入权利要求1所述曝气装置进行曝气。

第一竖向隔板距离曝气装置底部的高度为0.1m～0.2m。

所述每根曝气管的服务面积为0.8m²～1.2m²。

所述待处理水经由曝气装置进水口进入的水力停留时间为1min～3min，在第二竖向隔板与装置形成的空间内水力停留时间为20min～45min。所述曝气装置的气水比为B/10，其中B表示待处理地下水的暂时硬度。

混合比例为体积比1:5为宜。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本发明的曝气装置经第一竖向隔板和第二竖向隔板分隔为进水区和多个曝气区，进水区和曝气区底部部分连通，这样就可以实现曝气装置底部进水、上部出水，曝气充分、不同于现有的上部进水的曝气装置，出水效果优。

(2)本发明的曝气装置第一竖向隔板和第二竖向隔板相互垂直对称布置，因此，进水区的水由底部进入曝气区时，会实现均匀配水，不需再使用分流器等装置，大大简化现有曝气工艺。同时，由于分隔出多个曝气区，相较单个曝气区，长宽比增大，更有利于水体的曝气扰动，曝气效果优，不同于现有曝气装置一味地通过曝气管增多增加曝气效果，简化了现有曝气工艺。

(3)本发明的曝气装置进水口高度高于出水口高度，进水区内的水体高度不会没过进水口，在一定高度差下，形成一个跌水曝气的效果，提高整体曝气效率，同时也减轻后续曝气区的工作量。

(4)本发明的曝气装置，设置多行多列的竖向曝气管进行曝气，能实现以曝气管为中心的一个圆周的曝气，加之每根曝气管的服务面积为0.8～1.2m²，因此，经由底部进入的水基本能实现全部快速曝气，仅需10～20min的曝气时间就能完成CO₂气体的吹脱，效率高。

(5)本发明的地下水处理工艺，原水一部分进入氢型离子交换器，另一部分不处理的原水与氢型离子交换器的出水混合曝气，水中会含有部分钙、镁离子，也不会导致出水pH值低，只要比例控制合适，可以达到出水总硬度为总硬度的3/4左右，pH值在6～7之间，且不引入杂质阴离子，保证出水含有人体所需的硬度、水垢去除，pH值达到国家饮用水相关标准，解决目前地下水处理时，pH调节与总硬度达标难顾全的问题。

(6)本发明的工艺操作简单、管理方便、可程序化，可使用两套氢型离子交换器交替使用(一套再生、一套运行)，而且离子树脂可再生，运行费用少，仅仅是离子交换、混合和曝气三个主要步骤，其运行费用低于其他的目标处理工艺。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

附图说明

图1为本发明地下水处理工艺流程示意图，图中的实线箭头表示水流方向，图中虚线箭头表示气流方向；

图2为本发明地下水处理工艺俯视图；

图3为本发明曝气装置I-I剖面图；

图中的标号分别表示：1-第一竖向隔板、2-第二竖向隔板、3-通气主管、4-通气支管、5-曝气管、6-进水口、7-出水口、8-放空管、9-鼓风装置，10-氢离子交换器、11-混合器。

具体实施方式

以下仅给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，并且凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本发明针对总硬度和暂时硬度较高的水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、HCO^3-的特性，将待处理水部分通过氢型离子交换器，一方面，水中的Ca²⁺、Mg²⁺与离子交换树脂置换出H⁺，去除水中Ca²⁺、Mg²⁺等阳离子的含量，同时离子交换树脂置换出来的H⁺与水中HCO^3-发生如下反应：HCO^3-+H⁺＝H₂O+CO₂↑，水中产生大量溶解的CO₂，水在流入曝气区的过程中，通过曝气对水中的CO₂进行吹脱，水中的CO₂扩散到空气中。同时，水中不会引入其他阴离子，不会产生废渣，减少了后续处理的麻烦，而且本处理方法中氢型离子交换器的出水与一定比例的原水混合，既降低了水垢，又能保证最终出水含有一定量的硬度，pH值符合国家饮用水相关标准，不会造成出水含有大量H⁺，避免对人体健康造成损害。

为了保证以最小的曝气量完成最好的吹脱效果，采用曝气法将水中的CO₂气体吹脱时的气水比为B/10，此公式为发明人研究所得，其中B表示原水的暂时硬度，单位mg/L，本公式在计算时只取B的数值，不取单位。

实施例1：

本实施例曝气装置深度为3.5～4.5m，具体使用时参照想要曝气的水量可以调节。

本实施例提供一种曝气装置，装置内设置第一竖向隔板1和第二竖向隔板2，第一竖向隔板1和第二竖向隔板2相互垂直连接，且第一竖向隔板1不与装置底部接触用于通过水，第二竖向隔板2与装置底部接触隔开曝气区，若第二竖向隔板2处在第一竖向隔板1的中轴线上，则起到均匀分配从而均匀配水的作用；第二竖向隔板2上围绕着第二竖向隔板2搭设有通气主管3，第二竖向隔板2与装置形成的空间内设置有通气支管4，通气主管3与通气支管4相通，通气支管4上连通有多个竖向的曝气管5，曝气管5的壁上加工有多个开孔，多个竖向的曝气管5呈多行多列设置，能实现以曝气管为中心的一个圆周的曝气。

装置设置进水口6和出水口7，且进水口6距装置下部的距离大于出水口7距装置下部的距离，通过进水口6进入的水从第一竖向隔板1的下部通过后进入第二竖向隔板2与装置形成的空间内，在一定高度差下，形成一个跌水曝气的效果，提高整体曝气效率。

装置下部连接放空管8，用于特殊情况下排空水；通气主管3与鼓风装置9连接供气。

第一竖向隔板1距曝气装置底部的高度为0.1m～0.2m，通过调节底部高度一定程度上可以控制进去曝气区的水流量，省略使用流量调节器的麻烦。

每根曝气管5的服务面积为0.8m²～1.2m²，多个竖向的曝气管5呈多行多列设置，这样整体上可以呈现曝气区底部全部参与曝气的效果。

实施例2：

本实施例提供一种地下水处理工艺，待处理的地下水部分进入氢离子交换器10后通过混合器11与原待处理的地下水按体积比1:5混合，混合后进入曝气装置进行曝气。

待处理水经由曝气装置进水口6进入的水力停留时间为3min，在第二竖向隔板2与装置形成的空间内水力停留时间为45min。曝气装置的气水比为B/10，其中B表示待处理地下水的暂时硬度。

本实施例工艺流程为：

待处理水经离子交换器处理后通过静态混合器与原水按1:5体积比混合，充分混合后进入曝气装置的进水区，然后由第一竖向隔板的底部进入曝气装置的曝气区，在曝气区内将水中的二氧化碳吹脱出去，提高处理水的pH值，然后曝气后的处理水经出水管出水；待处理水由进水区的顶部流入，处理后的水由曝气区的顶部流出，使新加入的待处理水由进水区底部的第一竖向隔板缺口处进入曝气区，通过曝气区的气流将CO₂气体吹脱，完成整个处理过程，处理后的水出水总硬度为总硬度的3/4左右，pH值在6～7之间。

对比例1：

本对比例只采用离子交换器，不与原水进行混合，其他同实施例2，处理水与原水混合比1:5，曝气装置的气水比为1:5，原水的pH值为7.78，总硬度436.3mg/L，烧开后有水垢，经处理后各项指标为：pH2.52，总硬度19.6mg/L，烧开后无水垢。但结果显示处理的出水偏酸性，总硬度较低，属于软水。水中的镁盐对人体的很多疾病(类似于心血管疾病)都有着大大小小的抑制作用，所以长期饮用软水并不利于人体的健康，而且影响人们的口感。

实施例3：

本实施例以陕西省西安市某处地下水为例，曝气装置的气水比为1:5，对实施例2的效果进行验证，在实验室内监测反应器出水总硬度。

采用本发明所叙述的方法，即“置换+混合+曝气”，各项指标如下表：

经过多次试验运行结果可知，当处理水与原水混合比为1:5时，出水的pH稳定后维持在6.55左右，曝气前后硬度基本不变，出水总硬度维持在原水的3/4左右，出水沸后较清澈，没有沉淀和漂浮物产生，同时解决pH及水硬度问题，符合相关标准。

Claims (10)

1.一种曝气装置，其特征在于，所述装置内设置第一竖向隔板(1)和第二竖向隔板(2)，所述第一竖向隔板(1)和第二竖向隔板(2)相互垂直连接，且第一竖向隔板(1)不与装置底部接触，第二竖向隔板(2)与装置底部接触；

所述第二竖向隔板(2)上围绕着第二竖向隔板(2)搭设有通气主管(3)，所述第二竖向隔板(2)与装置形成的空间内设置有通气支管(4)，通气主管(3)与通气支管(4)相通，通气支管(4)上连通有多个竖向的曝气管(5)，曝气管(5)的壁上分布曝气孔。

2.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置设置进水口(6)和出水口(7)，且进水口(6)距装置下部的距离大于出水口(7)距装置下部的距离，进水口(6)与出水口(7)之间依次设有第一竖向隔板(1)和第二竖向隔板(2)，通过进水口(6)进入的水从第一竖向隔板(1)的下部通过后进入第二竖向隔板(2)与装置形成的空间内。

3.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述多个竖向的曝气管(5)呈多行多列设置，曝气管(5)的壁上呈45°分布曝气孔。

4.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置下部连接放空管(8)；所述通气主管(3)与鼓风装置(9)连接。

5.如权利要求1所述装置，其特征在于，第一竖向隔板(1)和第二竖向隔板(2)相互垂直连接，且第二竖向隔板(2)处在第一竖向隔板(1)的中轴线上。

6.如权利要求1所述装置，其特征在于，第一竖向隔板(1)距离曝气装置底部的高度为0.1m～0.2m。

7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述每根曝气管(5)的服务面积为0.8m²～1.2m²。

8.一种地下水处理工艺，其特征在于，待处理的地下水部分进入氢离子交换器(10)后通过混合器(11)与原待处理的地下水按比例混合，混合后进入权利要求1所述曝气装置进行曝气。

9.如权利要求8所述工艺，其特征在于，所述待处理水经由曝气装置进水口(6)进入的水力停留时间为1min～3min，在第二竖向隔板(2)与装置形成的空间内水力停留时间为20min～45min。所述曝气装置的气水比为B/10，其中B表示待处理地下水的暂时硬度。

10.如权利要求8所述工艺，其特征在于，按比例混合时混合比例为体积比1:5。