CN112661276A - 一种强制循环软化除固水处理装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种强制循环软化除固水处理装置及其应用。强制循环软化除固水处理装置从下至上依次为喷水托盘、悬浮竖管、静态混合器和带钩折板分离器，所述静态混合器与原水入口相连接，悬浮竖管和静态混合器之间设有晶核投加装置。软化除固处理效果好，通过循环水泵流量的调节可控制水流在装置内的停留时间，便于根据需要调节系统的处理能力，通过多次的内、外循环使其中的小颗粒充分长大分离，微小颗粒能通过带钩折板分离器进一步长大和分离，提升水处理效果。

Description

一种强制循环软化除固水处理装置及其应用

技术领域

本发明涉及水处理领域，具体涉及一种强制循环软化除固水处理装置及其应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

无论是工业生产用水或是生活用水均对水的硬度有一定的要求。软化处理主要去除水中的部分硬度或全部硬度，常用药剂软化、离子交换方法。水的药剂软化是根据溶度积原理投加一些药剂于水中，使之和水中的钙镁离子反应生成难溶化合物如CaCO₃和Mg(OH)₂，通过沉淀去除，达到软化的目的。药剂软化时，Ca²⁺、Mg²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等形成的难溶盐类和氢氧化物都会沉淀下来。在一般天然水中，Ca²⁺、Mg²⁺结晶沉淀物较多，其他离子氢氧化物含量很少。当水中含有较多有机物时，有机物吸附在胶体颗粒表面，保护了胶体稳定性，使残留在水中的CaCO₃和Mg(OH)₂含量增加。

发明人发现现有药剂法一般选用澄清池来进行混凝沉淀、药剂软化，占地面积大，处理效率低。另外，一些设备虽然能实现颗粒的循环增长，但是功能单一，无法针对不同大小的颗粒进行分离和进一步处理，水处理效果有待进一步提升。

发明内容

为了解决现有软化水处理技术占地面积大、处理效率低、功能单一、水处理效果差的问题，本发明提出一种强制循环软化除固水处理装置及其应用。通过投加碱性药剂和晶核，生成CaCO₃和Mg(OH)₂晶粒，在悬浮过程中逐渐长大，最终沉淀到集泥装置中排出。细小的晶核和晶粒有可能随水流带出悬浮软化区域，通过设置的静态混合器、强制再循环、带钩折板分离器进行多级的拦截循环回用，并促进晶粒在这一过程中继续聚集长大，进一步优化出水指标，增强系统运行的稳定性。

具体地，本发明是通过如下所述的技术方案实现的：

本发明第一方面，提供一种强制循环软化除固水处理装置，包括：从下至上依次为喷水托盘、悬浮竖管、静态混合器和带钩折板分离器，所述静态混合器与原水入口相连接，悬浮竖管和静态混合器之间设有晶核投加装置。

本发明第二方面，提供一种强制循环软化除固水处理装置在水处理领域中的应用。

本发明的一个或多个实施例具有以下有益效果：

1)悬浮竖管、静态混合器、带钩折板分离器可以对不同大小的颗粒进行分离，并延长水流在装置内的流动时间，使其中的小颗粒充分长大分离，微小颗粒能通过带钩折板分离器进一步长大和分离，提升水处理效果。

2)设置了由多组斜向导流板组成的静态混合器，一方面促使从晶核投加管网进入的晶核均匀分布在水流中，使小颗粒长大，另一方面对大粒径的碳酸钙等颗粒有初步的拦截作用。

3)待处理的水通过悬浮竖管和静态混合器向上运动过程，水中碳酸钙等颗粒逐渐形成与长大。

颗粒足够大时，可冲破高速上升水流的阻力下落至集泥装置中；

中等大小的颗粒被高速上升水流带出悬浮竖管，由于悬浮竖管上部直径变大，水流速度减缓，上升水流的抬升浮力减小，并且有静态混合器的拦截作用，颗粒便回落至悬浮竖管中并再次被高速上升水流抬升，颗粒又被携带至悬浮竖管上方，在上下多次往复运动中，晶核或颗粒在装置内的反应结晶停留时间被延长，粒径逐渐长大，粒径大到一定程度便冲破高速上升水流的阻力下落至集泥装置中；本段描述过程可简称为内循环。

此外，更小的一部分颗粒在水流作用下可突破静态混合器随水流继续上升，被带钩折板分离器的拦截后，全部通过吸水管网进入强制循环，被送至装置入口再次进行反应结晶。本段描述过程可简称为外循环。

通过多次的内、外循环，所生成的CaCO₃、Mg(OH)₂及其他固体颗粒均能生长到较大粒径，并全部沉淀到集泥装置中排出。

4)在由喷水托盘、悬浮竖管、静态混合器和带钩折板分离器组成的装置中，占地面积小，集成度高，能随时补充晶核和药剂，而且晶核添加装置与药剂投加管口处于不同位置，能更好的促进颗粒生成、长大、沉淀、分离，循环进行，提升水处理效果。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：

图1为本发明实施例1强制循环软化除固水处理装置主视图；

图2为本发明实施例1悬浮竖管俯视图；

图3为本发明实施例1带钩折板分离器的结构示意图；

其中：1、原水入口；2、喷水托盘；3、悬浮竖管；4、静态混合器；5、吸水管网；6、循环水泵；7、管道混合器；8、药剂投加管口；9、带钩折板分离器；10、晶核投加装置；11、集泥装置；12、排泥阀；13、出水口；14、拦截钩。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。

需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

现有药剂法一般选用澄清池来进行混凝沉淀、药剂软化，占地面积大，处理效率低。另外，一些设备虽然能实现颗粒的循环增长，但是功能单一，无法针对不同大小的颗粒进行分离和进一步处理，水处理效果有待进一步提升。为了解决这些问题，本发明提出一种强制循环软化除固水处理装置，从下至上依次为喷水托盘、悬浮竖管、静态混合器和带钩折板分离器，所述静态混合器与原水入口相连接，悬浮竖管和静态混合器之间设有晶核投加装置。

喷水托盘布置在装置下端，悬浮竖管(悬浮软化段)的进口处，每个悬浮竖管的入口渐缩段设置一个喷水托盘，负责把掺入了药剂的循环水均匀的分布到每个悬浮竖管中。

水流通过多组并列设置的悬浮竖管的过程中进行药剂软化，水流速度可以设为30-50mm/s，生成的碳酸钙等颗粒附着在晶核上，粒径小的被向上的水流带出，粒径大的颗粒由于粒径和重量的原因，悬浮在悬浮竖管中，逐渐增大，直到沉淀到底部集泥装置中。

静态混合器由多组斜向导流板组成，从晶核投加装置进入的晶核均匀分布在水流中，在水流作用下进入静态混合器中，由于静态混合器由多组斜向导流板组成，路径长且曲折，能促进水流中小颗粒长大，同时对大粒径的碳酸钙等颗粒有初步的拦截作用，被拦截的大颗粒在重力作用下重新回到悬浮竖管中继续长大，直至沉淀，进入集泥装置中。

在本发明一个或多个实施例中，静态混合器和带钩折板分离器之间设有吸水管网，静态混合器通过吸水管网与原水入口连接。

将吸水管网设置在静态混合器之上，保证较大和中等大小的颗粒有足够时间在悬浮竖管和静态混合器之间往复运动，进而长大并沉淀，保证小颗粒有足够时间在静态混合器长大。此时，流入吸水管网的水含有的多为更小的颗粒，进入管道混合器，与原水混合进一步处理。

如果将吸水管网设置在其他部位，无法实现较大、中等大小、小颗粒的处理，原水软化效果受限。

吸水管网位于静态混合器和带钩折板分离器之间，把装置内的生成的碳酸钙等颗粒、新加入的晶核等颗粒随回流水流，通过循环水泵强制返回到进水区。在循环管路上设置管道混合器及药剂投加管口，管道混合器内流速快，用于混合小颗粒、晶核和药剂，便于进行悬浮软化沉降过程。

发明人经过研究发现，如果将晶核和药剂同时加到原水入口处，容易在喷水托盘发生堵塞，只能在悬浮竖管中作用，而无法对悬浮竖管流出的携带小颗粒的水进一步处理。因此创造性地提出在悬浮竖管和静态混合器之间加入晶核，晶核首先与从悬浮竖管流出的水流进行混合，一部分晶核进入悬浮竖管促进颗粒的形成与长大，另一部分晶核经水流运动和静态混合器的混合作用，促进颗粒的进一步形成与长大，大颗粒回落至悬浮竖管中，实现颗粒的多级处理。残留的晶核在吸水管网的作用下进入管道混合器，与药剂混合，用于原水处理。此时，晶核含量不是很高，因此也不会堵塞喷水托盘，而且还能促进悬浮竖管内颗粒的产生和长大。

带钩折板分离器由若干波浪线形状的折板组成，流速慢，可以为1-3mm/s，用于沉淀、拦截随水流带出的微小颗粒。通过带钩折板分离器波浪形的设计，水流路径长，足以继续促进晶粒进一步聚集长大，或者堆积在波浪线形折板上，或者在重力作用下掉落至静态混合器或吸水管网上，进一步长大，进入强制回流或掉落至悬浮竖管中。

集泥装置临时存储沉淀下来的大颗粒沉淀物，并通过排泥阀并及时排出。

在本发明一个或多个实施例中，所述悬浮竖管大小相同，竖直排列，悬浮竖管两端直径大于悬浮竖管中部直径。

悬浮竖管上方直径大于悬浮竖管中部直径，使得悬浮竖管上方出口处水流速度略低于悬浮竖管中部，水流速度的减慢能延长颗粒长大时间，而且有助于大颗粒的沉降。

在本发明一个或多个实施例中，所述悬浮竖管下方开口处设有喷水托盘，数量与喷水托盘数量相同；

进一步地，所述悬浮竖管的数量为多个。根据实际情况选择悬浮竖管数量即可，并不限于列举的数量。

在本发明一个或多个实施例中，晶核投加装置与悬浮竖管的上方开口处相连。

在本发明一个或多个实施例中，吸水管网与原水入口间设有循环水泵、管道混合器、药剂投加管口，用于混合晶核、药剂和水。

在本发明一个或多个实施例中，所述悬浮竖管和喷水托盘下方设有集泥装置和排泥阀。

在本发明一个或多个实施例中，所述带钩折板分离器由若干波浪线形状的折板组成。

根据水流运动特点，本发明首次提出使用带钩折板分离器进行固液分离，并合理设计带钩折板分离器结构和尺寸，与悬浮竖管、静态混合器、吸水管网配合，促进颗粒长大，实现颗粒的多次拦截，显著提升水处理效果。

此外，本发明一些实施例中使用的折板等距分布，并且折板间距小，水流速度低，带钩折板分离器内折板流通距离高度可以为1～2m以上，相比于其他设备具有分流、延长水流运动时间、促使颗粒长大、沉淀、分离的作用。

进一步地，折板外凸处设有拦截钩，当水流速度慢时，水流可以沿着折板弯曲流动，但是颗粒由于重力和惯性的原因，无法完全跟随水流流动，会沉积在折板上或被拦截钩拦下，颗粒长大，回落至悬浮竖管区。

在本发明一个或多个实施例中，喷水托盘与原水入口连接，带钩折板分离器连接出水口。

本发明中装置可做成圆形仓体或者其他壳体形式，根据场地空间进行针对性的调整。

在本发明的第二方面，提供一种强制循环软化除固水处理装置在水处理领域中的应用。

下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。

实施例1

如图1所示，一种强制循环软化除固水处理装置，从下至上依次为喷水托盘2、悬浮竖管3、静态混合器4、吸水管网5和带钩折板分离器9，喷水托盘2与原水入口1连接，带钩折板分离器9连接出水口13。悬浮竖管3和静态混合器4之间设有晶核投加装置10，晶核投加装置10与悬浮竖管3的上方开口处相连。吸水管网5通过循环水泵6、管道混合器7、药剂投加管口8与原水入口1相连接。悬浮竖管3和喷水托盘2下方还设有集泥装置11和排泥阀12。

如图2所示，悬浮竖管3数量为6个，大小相同，竖直排列，悬浮竖管3两端直径大于悬浮竖管中部直径，每个悬浮竖管3下方开口处设有一个喷水托盘2。

如图3所示，带钩折板分离器9由若干波浪线形状的折板组成，折板外凸处设有拦截钩14。

工作过程为：原水从原水入口1进入装置，经喷水托盘2均匀分布水流后进入悬浮竖管3，原水在药剂和少量晶核的作用下，进行软化，生成的碳酸钙等颗粒附着在晶核上，粒径小的被向上的水流带出，粒径大的颗粒悬浮在悬浮竖管3中，逐渐增大，直到沉淀到底部集泥装置11中。水流继续向上运动至静态混合器4，促使从晶核投加管网10进入的晶核的均匀分布在水流中，同时对大粒径的碳酸钙等颗粒有初步的拦截作用。经过两次处理的水运动到吸水管网5中，一方面，在循环水泵6的作用下，吸水官网5能将夹杂有小颗粒的水强制引入到管道混合器7中，与药剂和晶核进行剧烈混合，用于处理原水。另一方面，未被吸水管网5强制回流的水继续向上运动进入带钩折板分离器9中，当水流速度慢时，水流可以沿着折板弯曲流动，但是颗粒由于重力和惯性的原因，无法完全跟随水流流动，会沉积在折板上或被拦截钩14拦下，颗粒长大，回落至悬浮竖管3内，继续长大，进而落入集泥装置11中，被净化的水从出水口13排出。

下面以硬水(Ca²⁺、Mg²⁺含量较高)软化为例说明该装置具体实施方式与处理效果。原水总硬度含量287.6mg/L，煮沸后浊度大于78NTU，经本实施例处理后，出水pH值约9.5～10，总硬度55约mg/L，去除率大于80％，出水浊度小于1NTU。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，从下至上依次为喷水托盘、悬浮竖管、静态混合器和带钩折板分离器，所述静态混合器与原水入口相连接，悬浮竖管和静态混合器之间设有晶核投加装置。

2.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，所述悬浮竖管大小相同，竖直排列，悬浮竖管两端直径大于悬浮竖管中部直径。

3.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，所述悬浮竖管下方开口处设有喷水托盘，数量与喷水托盘数量相同；

进一步地，所述悬浮竖管的数量为多个。

4.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，静态混合器和带钩折板分离器之间设有吸水管网，静态混合器通过吸水管网与原水入口连接。

5.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，晶核投加装置与悬浮竖管的上方开口处相连。

6.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，吸水管网与原水入口间设有循环水泵、管道混合器、药剂投加管口。

7.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，所述悬浮竖管和喷水托盘下方设有集泥装置和排泥阀。

8.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，所述带钩折板分离器由若干波浪线形状的折板组成；

进一步地，折板外凸处设有拦截钩。

9.根据权利要求1所述的强制循环软化除固水处理装置，其特征在于，喷水托盘与原水入口连接，带钩折板分离器连接出水口。

10.权利要求1至9中任一项所述的强制循环软化除固水处理装置在水处理领域中的应用。

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