CN218879579U - 一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，包括CO₂气体投加装置、原水管道、pH检测系统和铝离子检测系统，CO₂气体投加装置包括液态CO₂贮罐、气化器、CO₂气体管道，液态CO₂贮罐、气化器、CO₂气体管道依次连接；液态CO₂贮罐连接气化器，气化器通过CO₂气体管道与原水管道连接，CO₂气体管道贯穿原水管道一侧管壁并伸入原水管道中，CO₂气体管道开口设在原水管道中，CO₂气体管道的开口处位于原水调流阀和预臭氧接触池之间。本申请通过“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝设备与控制系统,以便高效、节能的通过二氧化碳投加方式调节原水pH控铝，从而提高二氧化碳气体调节原水pH系统的稳定性。

Description

一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，为“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝系统，具体为一套饮用水“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH并控铝的设备。

背景技术

气候变化和人类活动导致水体富营养化普遍发生，由此引发我国湖库水源地中藻类水华愈加频发，影响了多地城市供水安全，制约了国家的可持续发展。藻类在生长过程中大量消耗空气和水中的二氧化碳和碳酸盐，导致原水中pH变化；尤其在春夏藻类增殖期，由于藻类在生成过程中需要大量二氧化碳，使得湖库原水 pH升高明显，导致水厂混凝对浊度处理效率降低，还可能导致出厂水铝浓度超标等问题。

混凝剂是水处理工艺中使水中胶体和悬浮物聚集的化学药剂，目前国内大多数水厂都采用铝盐作为混凝剂。铝是典型的两性金属，在饮用水中普遍存在，在处理过程中较高或较低的pH值环境中都会溶出铝，所以使用铝盐系混凝剂可能增加处理水中铝的含量。长期过量摄入金属铝会导致人体神经系统紊乱和骨组织病变，还会对消化系统、脑、肝、骨、肾、细胞、造血系统、免疫功能等均有不良影响，近年来又发现老年痴呆症的出现也与平时过多摄入铝元素有关。

供水厂出水铝超标问题已成为制水工艺中重点关注的焦点问题，针对原水pH值过高的情况，国内水厂主要采用投加强酸调节原水pH和适度增加混凝剂投量强化混凝效果的方法。针对原水pH值过高，水厂所采取方法主要有两种，一种为适当增加混凝剂投加量，利用混凝剂强酸弱碱盐的性质，降低沉后水的pH值，然而该方法降pH值效果有限，需要消耗较多混凝剂，制水成本上升较多。

另一种方法为直接在原水pH值偏高时投加浓酸，但是该方法需新建加酸系统，工程投资比较大；强酸具有腐蚀性，属危险化学品，存在安全风险。但加酸混凝剂对设备的腐蚀相当严重，影响生产运行安全，而增加混凝剂投加量会导致生产成本增加且效果有限。近年国内有研究采用投加二氧化碳来调节pH的方法。相比于传统的采用酸化混凝剂、增加混凝剂的投加量或者直接在原水中投加浓硫酸降低 pH 值等方法，该方法更加安全有效、绿色环保。目前CO₂气体投加系统大多先将CO₂气体溶于水后形成碳酸打入原水中，其需增设增压泵、混合器，能耗高且设备及控制系统复杂，工程投资比较大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种饮用水“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝设备与控制系统,以便高效、节能的通过二氧化碳投加方式调节原水pH控铝，从而提高二氧化碳气体调节原水pH系统的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝设备与控制系统，主要包括（1）CO₂投加系统，包括CO₂气体管道S1、液态CO₂贮罐S11，空湿式气化器S12、气体减压阀S13、CO₂气体喷射混合系统S15；（2）控制系统，包括自控系统S2（包含CO₂调pH控铝离子模型）、气体质量流量计S21、气动球阀S22、气体调流阀S23、在线pH检测及清洗系统S24、低量程在线铝离子检测系统S25。

本实用新型提供了一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，所述的系统包括CO₂气体投加装置、原水管道、pH检测系统和铝离子检测系统，CO₂气体投加装置包括液态CO₂贮罐、气化器、CO₂气体管道，液态CO₂贮罐、气化器、CO₂气体管道依次连接；液态CO₂贮罐连接气化器，气化器通过CO₂气体管道与原水管道连接，CO₂气体管道贯穿原水管道一侧管壁并伸入原水管道中，CO₂气体管道开口设在原水管道中，CO₂气体管道的开口处位于原水调流阀和预臭氧接触池之间；气化器与CO₂气体管道开口之间的CO₂气体管道上设置气体减压阀、气体质量流量计、气体调流阀，气体减压阀与气体质量流量计之间安装压力变送器；所述原水管道上安装pH检测及清洗系统，以及铝离子检测系统。

优选的，所述的气化器是空湿式气化器；或者气体减压阀设置为CO₂气体调压至0.6～0.8Mpa，以满足能够将CO₂气体喷射投加到原水管道中的液体中为宜。CO₂气体调压至0.6～0.8Mpa时，还将CO₂气体有效溶解于原水中，减少了水泵、射流器等能耗装置，更加节能。例如，采用0.62、0.65、0.68、0.70、0.72、0.75、0.78Mpa等。

优选的，所述pH检测及清洗系统和铝离子检测系统分别与自动控制系统连接，将pH检测及清洗系统测得的pH值以及铝离子检测系统测得的铝离子含量呈递至自动控制系统。

优选的，自行控制系统与计算气体调流阀连接，将CO₂投加量反馈至投加二氧化碳的系统，通过气体调流阀调节CO₂投加量。当进气压力低于0.4 Mpa时，报警装置显示报警，与气动球阀S22联动，关闭气动球阀S22切断二氧化碳气体供应。

优选的，CO₂气体管道的开口处下游的原水管道经过预臭氧接触池、沉淀池、砂滤池、清水池。

优选的，在原水、沉淀池进水、沉淀池出水、砂滤池出水管道上分别安装在线pH检测及清洗系统，在水厂砂滤池出水管道安装低量程在线铝离子检测系统。

优选的，所述原水的流向为沿原水总管通过调流阀流向水厂生产处理工艺，处理后的水在出厂前进入清水池。所述CO₂投加点位于进厂调流阀与预臭氧接触池之间的原水总管上。

优选的，所述液态CO₂贮罐用于贮存CO₂，其贮存量应不低于水厂一周投加量，且能够保证CO₂贮存安全性。进一步地，所述液态CO₂应为符合国家标准（GB10621-2006）的食品级CO₂。

优选的，所述气化器（优选为空湿式气化器）通过管道与贮罐相连，将液态CO₂气化为气体CO₂。气化器出口设置安全保障装置，所述的安全保障装置选自但不限于以下的一种或者几种：气体减压阀、安全阀、止回阀、精密过滤器。空湿式气化器S12出口应包含气体减压阀、安全阀、止回阀、精密过滤器等保证气体输送安全的各种保护措施，保证气化后CO₂的纯度。经预处理的CO₂气体进入CO₂气体管道，CO₂管道应能承受高压气体输送。

优选的，所述调压阀S13安装于CO₂气体投加设备中，用以调节管道中CO₂压力，使得管道中压力能够使得CO₂气体通过高速直接喷射投加到原水管道中进行混合。

优选的，所述气体质量流量计S21安装于CO₂气体投加设备中，用来测量CO₂投加流量，其测量精度应小于0.2%，在线数据接入自控系统。气体质量流量计与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收CO₂投加量信息。

优选的，所述气体调流阀S23安装于CO₂气体投加设备中，用来调节CO₂气体投加流量，该气体调流阀采用气动控制，利用CO₂气体压力，无需辅助气源及空压机等动力设备，气体调流阀开度信号接入自控系统。气体调流阀开度信号与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收CO₂投加量信息。

优选的，所述气体喷射混合系统S15直接安装在原水管道中，通过设计创新直接将CO₂气体（例如0.6～0.8Mpa）通过气体喷射混合系统S15投加入原水管道，无需要将CO₂气体和水混合先形成碳酸后投加，减少了增压水泵等动力装置，提高设备效率，降低能耗及维护成本。

优选的，所述在线pH检测及清洗系统S24应能准确测定原水管道中pH变化，其pH值测量精度为±0.1。在线pH检测及清洗系统安装于原水管道CO₂投加点前及沉淀池进水管道上，为保证测量准确，与原水管道上pH监测点应与投加点距离不小于20m，实时检测数据发送至自控系统S2。

优选的，所述低量程在线铝离子检测系统S25用来检测水厂出水中铝离子含量，其安装在清水池前进水总管上，实时数据发送至CO₂投加自控系统S2。

优选的，气体质量流量计S21、气体调流阀S23、在线pH检测及清洗系统S24、低量程在线铝离子检测系统S25将实时监测数据发送至自控系统S2，所述自控系统S2中内置CO₂调pH控铝离子模型根据监测数据计算CO₂投加量。

进一步地，自控系统S2通过收集CO₂投加前后pH的变化及砂滤池出水铝离子含量，通过PID算法调整CO₂投加量,发送信号控制流量阀的开度，进而调节CO₂投加量。

在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。控制点包含增量式算法，位置式算法，微分先行三种比较简单的PID控制算法。本实用新型的过程控制也可以使用已知的PID控制算法。

优选的，由于CO₂气体投加后，沉淀池进水在线pH值反馈时间较长，无法采用后馈控制进行简单地PID控制，因此通过模型根据进水流量、原水pH值、设定调节pH值计算CO₂投加量，并根据反馈的沉淀池进水在线pH值、砂滤池出水低量程在线铝离子检测仪进行修正。

本实用新型中，管道、阀门和检测仪表等设备均符合GB/T 34242 的规定。

在本实用新型中，CO₂应为符合国家标准（GB10621-2006）的食品级CO₂。本实用新型提高了CO₂气体的有效利用率，使沉淀池进水在线pH和设定pH控制精度保持在±0.1。

本实用新型的系统在使用时，打开原水调流阀使原水进入原水管道，打开CO₂投加系统使CO₂喷射进入原水管道，观察系统中的各个仪表或者通过自动控制系统，可以实时了解系统中CO₂添加量、原水酸碱度、原水中铝含量等指标，操作简便、省时省力，降低成本。可以设置当CO₂气流压强小于0.4MPa时报警并且关闭CO₂投加系统，也可以对原水管道或者CO₂气体投加装置的堵塞设置监控和报警装置。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“原水”指未经处理的液体。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，流量、压力、pH值、铝离子含量，均是指本领域的常规指标。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝系统，具备以下有益效果：

1、该系统投加食品级CO₂调节原水pH控铝，能够将pH控制精度设定值±0.1范围内，极大地降低了由于原水pH值过高带来的水质风险。

2、该系统所有气动阀门压缩气体均利用系统内CO₂的压力作为动力源，不需要额外气源及空压系统，降低系统能耗及设备投资。

3、该系统与现有方法相比，通过将气化后的CO₂气体直接高压喷射入原水管道，通过安装在原水管道中的无动力喷射混合系统将CO₂气体有效溶解于原水中，相较于传统水射器投加方法，减少了水泵、射流器等能耗装置，更加节能。

4、该系统所需设备较少，后期维护更加方便。

5、该系统可以实现流量、pH值和铝离子含量的在线监测，提高了测试精确度，节省了测试时间。通过流量、pH值及铝离子含量数据的实时变化，动态调整CO₂投加量，能够更加高效调节原水管道中pH值控铝。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的每一幅附图针对本申请的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中“气/液”二氧化碳投加方式调节原水pH控铝系统图。

图中使用的图标为： CO₂气体管道-S1、液态CO₂贮罐-S11，空湿式气化器-S12、气体减压阀-S13、压力变送器-S14、CO₂气体喷射混合系统-S15、自控系统-S2、气体质量流量计-S21、气动球阀-S22、气体调流阀-S23、在线pH检测及清洗系统（或者pH仪）-S24、低量程在线铝离子检测系统-S25、水厂原水与出水总管-S3。

具体实施方式

本实用新型提供了一种“气/液“投加二氧化碳方式调节原水pH并控铝的系统。液体CO₂经空湿式气化器将液态CO₂转变为CO₂气体；CO₂气体通过气体减压阀调压至0.6～0.8Mpa；经气体质量流量计及气体调流阀调流后直接投加至安装在原水管道中的气体喷射混合系统进行汽水混合调节原水pH。原水管道CO₂投加点前及沉淀池进水管道上安装在线pH检测及清洗系统实时监测pH值变化，在水厂清水池出水管道安装低量程在线铝离子检测系统监测水厂出水铝离子含量。气体质量流量计、气体调流阀、在线pH检测及清洗系统、低量程在线铝离子检测系统将实时监测数据发送到自控系统，自控系统S2中内置的CO₂调pH控铝离子模型通过检测到的pH值、铝离子含量进行计算CO₂所需投加量，进而实时调节调流阀开度，改变CO₂投加量，从而高效调节原水pH控铝。

下面将通过本申请的实施例对技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分优选实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本申请的保护范围。

实施例1

如图1所示，本实用新型中，所述液态CO₂贮罐S11连接空湿式气化器S12将液态CO₂转变为气态进入CO₂气体管道S1。所述CO₂气体经投加设备中气体减压阀S13调压至0.6～0.8Mpa, 经气体质量流量计S21、气体调流阀S23调流后直投加至安装在原水管道中气体喷射混合系统S15。所述原水管道S3中CO₂投加点前、沉淀池进水、沉淀池出水及砂滤池出水管道上安装在线pH检测及清洗系统S24实时监测pH值变化，在水厂砂滤池出水管道安装低量程在线铝离子检测系统S25监测水厂出水铝离子含量。

本实用新型的“气/液”二氧化碳调pH系统，通过创新设计气体喷射混合系统S15，通过将气化后的CO₂气体直接高压喷射入原水管道，通过安装在原水管道中的无动力喷射混合系统将CO₂气体有效溶解于原水中，减少了水泵、射流器等能耗装置，更加节能。

实施例2

在实施例1的基础上安装报警装置。通常，根据气体减压阀S13及气体压变送器S14，将CO₂气体气化后压力降至0.6～0.8 Mpa，满足在安装在管道中无动力喷射混合系统的气体压力要求。当进气压力低于0.4 Mpa时，报警装置显示报警，与气动球阀S22联动，关闭气动球阀S22切断二氧化碳气体供应。

进一步地，所述原水管道中安装的无动力喷射混合系统S15，其安装了2组喷头、止回阀、过滤器及手动阀，防止在投加系统关闭时原水倒灌入气体管道，气体过滤器可防止气体喷头堵塞。

实施例3

本实用新型的系统可以安装自动控制系统，与各种CO₂流量和铝离子含量测量装置、调节装置连接，实现实时、在线监控设备运行的目的。气体压力变送器S14、气体质量流量计S21、气体调流阀S23、在线pH检测及清洗系统S24、低量程在线铝离子检测系统S25将信号上传至自控系统S2。原水在线pH仪S24、进水流量计、设定地沉淀池进水pH值反馈信号实时计算CO₂气体的投加量，通过气体质量流量计信号实时调节控制气体调流阀S23开度。所述通过沉淀池进水pH在线仪表S24反馈信号，与设定地沉淀池进水pH值进行对比，当两者pH差值大于0.05时，根据设定调整时间，调节气体调流阀S23开度，精确调整CO₂气体的投加流量。

所述自控系统S2中内置CO₂调pH控铝离子模型，通过在pH值、铝离子反馈值含量计算CO₂投加量，通过实时调节CO₂气体调流阀S22开度，调节CO₂投加量，从而高效调节原水pH控铝。所述低量程在线铝离子检测系统S25可实时监测出厂水铝离子情况，根据出厂水铝离子数据调整沉淀池进水pH设定值，从实现投加CO₂气体调pH值控铝指标的闭环控制，提高该系统的运行效果。

以上所述的实施例仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可以不通过创造性劳动即能够联想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以本申请中权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的系统包括CO2气体投加装置、原水管道、pH检测系统和铝离子检测系统，CO2气体投加装置包括液态CO2贮罐、气化器、CO2气体管道，液态CO2贮罐、气化器、CO2气体管道依次连接；

液态CO2贮罐连接气化器，气化器通过CO2气体管道与原水管道连接，CO2气体管道贯穿原水管道一侧管壁并伸入原水管道中，CO2气体管道开口设在原水管道中，CO2气体管道的开口处位于原水调流阀和预臭氧接触池之间；

气化器与CO2气体管道开口之间的CO2气体管道上设置气体减压阀、气体质量流量计、气体调流阀，气体减压阀与气体质量流量计之间安装压力变送器；

所述原水管道上安装pH检测及清洗系统，以及铝离子检测系统。

2.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的气化器是空湿式气化器；或者气体减压阀设置为CO2气体调压至0.6～0.8Mpa。

3.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，pH检测及清洗系统和铝离子检测系统分别与自动控制系统连接，将pH检测及清洗系统测得的pH值以及铝离子检测系统测得的铝离子含量呈递至自动控制系统；或者

自行控制系统与计算气体调流阀连接，将CO2投加量反馈至投加二氧化碳的系统，通过气体调流阀调节CO2投加量。

4.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，CO2气体管道的开口处下游的原水管道经过预臭氧接触池、沉淀池、砂滤池、清水池；或者

在原水、沉淀池进水、沉淀池出水、砂滤池出水管道上分别安装在线pH检测及清洗系统，在水厂砂滤池出水管道安装低量程在线铝离子检测系统。

5.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的CO2贮罐用于贮存CO2，其贮存量不低于水厂一周投加量且能够保证CO2贮存安全性。

6.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的气化器出口设置安全保障装置，所述的安全保障装置选自但不限于以下的一种或者几种：气体减压阀、安全阀、止回阀、精密过滤器。

7.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的CO2气体投加装置中设置调压阀或者CO2气体投加装置安装报警装置。

8.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的气体质量流量计安装于CO2气体投加装置中，其测量精度小于0.2%；或者

气体质量流量计与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收CO2投加量信息。

9.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述的该气体调流阀采用气动控制，或者

气体调流阀开度信号与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收CO2投加量信息。

10.根据权利要求1所述的投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，其特征在于，所述设置在原水管道CO2气体管道开口安装无动力喷射混合系统，包括两组喷头、止回阀、过滤器及手动阀。

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