一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法及装置与流程

1.本发明涉及淡化水后处理技术领域，尤其涉及一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法及装置。


背景技术：

2.海水淡化已经成为解决滨海缺水地区工业、城乡生活和农业灌溉用水必不可少的方法，一些地区已经将海水淡化水(简称淡化水或脱盐水)纳入城市供水管网。但是无论是反渗透、电渗析、多级闪蒸还是多效蒸馏等海水脱盐处理，其出水一般为弱酸性的软水，存在ph值偏低、矿物质含量少、口感差等问题，不仅会造成下游端储水设施以及管道和阀门等供水设施的腐蚀，而且不符合作物灌溉用水和生活饮用水的要求，尤其是矿物质含量偏低(如反渗透工艺的淡化水出水钙含量约3mg/l，硬度一般为13-17mg/l)，长期饮用会使人体得不到有效的矿物质补充，从而影响身体健康。对淡化水进行再矿化处理，已经成为淡化水后处理过程的重要组成部分，可以有效避免腐蚀，并使水变得可口且符合生活饮用要求，具有十分重要的现实意义。
3.目前，对淡化水进行再矿化处理的方法主要有：化学物质直接添加(例如：添加cacl2和nahco3、添加ca(oh)2和naco3或添加caso4和nahco3)、石灰(ca(oh)2)的co2溶解、石灰石颗粒床(caco3)的过滤溶解以及咸淡水水源掺混等。其中，化学物质直接添加的方法，以添加cacl2和nahco3为例，需要配备cacl2溶液和nahco3溶液，费用昂贵且不切实际，仅适用于小规模的工程。co2溶解石灰(ca(oh)2)方法最大的优点是石灰反应过程完全，但是，石灰的价格偏高且co2消耗量很大，还会增加产水的浊度。而co2溶解石灰石颗粒(caco3)的方法具有低碳、环保且投入成本低等优势，该工艺比石灰溶解工艺便宜，在生成同样矿物质条件下仅消耗一半的co2，但是该方法进行淡化水的再矿化时存在石灰石颗粒溶解速度缓慢，淡化水再矿化效率低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法及装置，本发明提供的淡化水再矿化方法能够有效提高石灰石溶解速度，进而提高淡化水再矿化效率。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.本发明提供了一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法，包括以下步骤：
7.(1)将石灰石乳浆和淡化水混合，形成石灰石水浆液；所述石灰石乳浆包括石灰石和水，所述石灰石的粒径≤3μm，所述石灰石乳浆中石灰石的质量百分含量≤25％；
8.(2)将酸剂和所述石灰石水浆液混合，加速石灰石溶解矿化，所述酸剂包括二氧化碳和/或稀酸水溶液。
9.优选的，所述石灰石乳浆和淡化水的体积比为(0.02～0.04):1。
10.优选的，所述步骤(1)中，所述混合时，所述石灰石乳浆的注入流速为200～400ml/
min。
11.优选的，所述步骤(1)中，所述混合时，所述淡化水的注入流速为8～15l/min。
12.优选的，当所述酸剂为二氧化碳时，所述石灰石乳浆中的石灰石和二氧化碳的摩尔比为1:(0.4～2)；
13.当所述酸剂为稀酸水溶液时，所述稀酸水溶液为稀硫酸和/或碳酸水溶液，所述稀酸水溶液的摩尔浓度为0.9～3.2mmol/l，所述石灰石乳浆中的石灰石和稀酸水溶液中的h

的摩尔比为1:(0.2～1.4)。
14.优选的，所述步骤(2)中的混合为将酸剂注入所述石灰石水浆液中，所述酸剂的注入流速为0.015～0.4l/min，所述注入为酸剂从所述石灰石水浆液的底部注入。
15.优选的，所述酸剂和所述石灰石水浆液混合后得到澄清液，还包括将所述澄清液进行过滤；所述过滤时，所述澄清液的流速≤11l/min；所述过滤的介质包括砾石、石英砂和石灰石中的一种或多种，所述砾石和石英砂的粒径独立地为1～10mm，所述石灰石的粒径为1～3mm。
16.优选的，所述石灰石中caco3的质量百分含量≥97.5％，所述石灰石的密度为2.5～2.7g/cm3。
17.本发明提供了上述技术方案所述的利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法所用的装置，包括：
18.澄清池19，所述澄清池19设置第一液体入口，第二液体入口、气体入口和出口；
19.出口与所述澄清池19第一液体入口连通的淡化水储存容器1；
20.出口与所述澄清池19第一液体入口连通的浆液储存容器7；
21.所述装置还包括出口与所述澄清池19气体入口连通的二氧化碳气储容器12和/或出口与所述澄清池19第二液体入口连通的稀酸水溶液储存容器17。
22.优选的，还包括：
23.入口与所述澄清池19出口连通的接触式过滤器22，所述接触式过滤器22的空床接触时间为20～25min。
24.本发明提供了一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法，包括以下步骤：将石灰石乳浆和淡化水混合，形成石灰石水浆液；所述石灰石乳浆包括石灰石和水，所述石灰石的粒径≤3μm，所述石灰石乳浆中石灰石的质量百分含量≤25％；将酸剂和所述石灰石水浆液混合，加速石灰石溶解矿化，得到再矿化水，所述酸剂包括二氧化碳和/或稀酸水溶液。本发明提供的制备方法采用石灰石乳浆和淡化水混合，控制石灰石乳浆石灰石的粒径≤3μm，石灰石的质量百分含量≤25％；能够有效提高石灰石在淡化水中的溶解速度。同时，本发明将酸剂和所述石灰石水浆液混合，进一步通过酸剂也能够加速石灰石溶解，由此本发明提供的制备方法能够有效提高石灰石溶解速度，进而提高淡化水再矿化效率。
附图说明
25.图1为本发明实施例使用的淡化水再矿化方法所用的装置示意图；
26.其中，1-淡化水储存容器；2-淡化水取样口；3-淡化水供应泵；4-淡化水流量计；5-石灰石粉状颗粒罐；6-浆液搅拌罐；7-浆液储存容器；8-乳浆取样口；9-泥浆泵；10-泥浆流量计；11-淡化水与石灰石乳浆混合泵；12-二氧化碳储气容器；13-压力阀；14-压力指示计；
15-二氧化碳气体流量计；16-二氧化碳加注检验阀；17-稀酸水溶液储存罐；18-液体流量计；19-澄清池；20-取样口；21-接触式过滤器进水流量计；22-接触式过滤器；23-过滤器出水流量计；24-过滤器出水取样口；25-二氧化碳脱气回收单元；26-ph中和单元；27-矿化水取样口；28-超滤单元；29-再矿化终端水储水容器；30-过滤器反冲洗进水口；31-过滤器反冲洗出水口；32-稀酸输送泵；
27.图2为本发明实施例使用的接触式过滤器装置示意图。
具体实施方式
28.本发明提供了一种利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法，包括以下步骤：
29.(1)将石灰石乳浆和淡化水混合，形成石灰石水浆液；所述石灰石乳浆包括石灰石和水，所述石灰石的粒径≤3μm，所述石灰石乳浆中石灰石的质量百分含量≤25％；
30.(2)将酸剂和所述石灰石水浆液混合矿化，所述酸剂包括二氧化碳和/或稀酸水溶液。
31.在本发明中，如无特殊说明，所用原料均为本领域技术人员熟知的市售产品。
32.本发明将石灰石乳浆和淡化水混合(以下称为第一混合)，形成石灰石水浆液；所述石灰石乳浆包括石灰石和水，所述石灰石的粒径≤3μm，所述石灰石乳浆中石灰石的质量百分含量≤25％。
33.在本本发明中，所述石灰石乳浆包括石灰石和水。
34.在本发明中种，所述石灰石的粒径≤3μm，优选为1～3μm。
35.在本发明中，所述石灰石中caco3的质量百分含量优选≥97.5％，更优选≥98％.
36.在本发明中，所述石灰石的密度优选为2.5～2.7g/cm3，更优选为2.55～2.65g/cm3。
37.在本发明中，所述石灰石的制备方法优选包括以下步骤：
38.将所述石灰石颗粒依次进行干燥、研磨和筛分。
39.在本发明中，所述研磨优选为球磨，本发明对所述干燥、球磨和筛分的具体实施过程没有特殊要求。
40.在本发明中，所述水优选为待处理淡化水。
41.在本发明中，所述石灰石乳浆中石灰石的质量百分含量≤25％，优选为20～25％。
42.本发明提供的淡化水再矿化方法优选将所述石灰石中caco3的质量百分含量优选≥97.5％，所述石灰石的密度优选为2.5～2.7g/cm3，更有利于石灰石在淡化水中的溶解。
43.在本发明中，所述石灰石乳浆的制备方法优选包括：将所述石灰石和水混合制浆，所述混合制浆的时间优选≥20min。
44.在本发明中，所述石灰石乳浆优选预制浆或现场制浆，更优选为现场制浆。
45.在本发明中，所述第一混合时，所述石灰石乳浆的注入流速优选为200～400ml/min，更优选为215～380ml/min。
46.本发明对所述淡化水的来源没有特殊要求。
47.在本发明中，所述第一混合时，所述淡化水的注入流速优选8～15l/min，更优选为10l/min。
48.在本发明中，所述石灰石乳浆和淡化水的体积比优选为(0.02～0.04):1，更优选
为(0.024～0.035):1。
49.在本发明中，所述石灰石乳浆和淡化水混合优选在混合泵中进行，本发明优选将形成的石灰石水浆液输送至澄清罐中。
50.得到石灰石水浆液后，本发明将酸剂和所述石灰石水浆液混合(以下称为第二混合)，加速石灰石溶解，得到再矿化水，所述酸剂包括二氧化碳和/或稀酸水溶液。
51.在本发明中，所述酸剂包括二氧化碳和/或稀酸水溶液。
52.在本发明中，所述稀酸水溶液优选为稀硫酸和/或碳酸水溶液，更优选为稀硫酸。
53.在本发明中，所述稀酸水溶液的摩尔浓度优选优选为0.9～3.2mmol/l，更优选为1～3mmol/l。
54.在本发明中，当所述酸剂优选为二氧化碳时，所述石灰石乳浆中的石灰石和二氧化碳的摩尔比优选为1:(0.4～2)，更优选为1:(0.5～1.7)。
55.在本发明中，当所述酸剂为稀酸水溶液时，所述石灰石乳浆中的石灰石和稀酸水溶液中的h

的摩尔比为1:(0.2～1.4)，更优选为1:(0.25～1.3)。
56.在本发明中，所述第二混合优选为将酸剂注入所述石灰石水浆液中，所述酸剂的注入流速优选为0.015～0.4l/min，更优选为0.02～0.35l/min。
57.在本发明中，所述所述注入优选为酸剂从所述石灰石水浆液的底部注入。
58.在本发明中，所述酸剂和所述石灰石水浆液混合后得到澄清液，本发明优选还包括将所述澄清液进行过滤，得到所述再矿化水；所述过滤时，所述澄清液的流速≤11l/min；所述过滤的介质包括砾石、石英砂和石灰石中的一种或多种，所述砾石和石英砂的粒径独立地为1～10mm，所述石灰石的粒径为1～3mm。
59.在本发明中，所述过滤时，所述澄清液的流速优选≤11l/min，更优选为8～11l/min。
60.在本发明中，所述过滤介质优选包括砾石、石英砂和石灰石中的一种或多种，更优选为包括石英砂或石灰石。
61.在本发明中，所述砾石的粒径优选为1～10mm，更优选为2～6mm。
62.在本发明中，所述石英砂的粒径优选为1～10mm，更优选为2～6mm。
63.在本发明中，所述石灰石的粒径为1～3mm，更优选为1.5～2mm。
64.本发明优选通过所述过滤降低所述再矿化水的浊度。
65.在本发明中，所述过滤后得到过滤液，本发明优选还包括将所述滤液进行ph值中和，得到所述再矿化水。
66.在本发明中，所述ph值中和用碱剂优选包括nh4oh溶液、koh溶液、na2co3溶液或naoh溶液。
67.在本发明中，所述nh4oh溶液、koh溶液、na2co3溶液或naoh溶液的质量百分含量独立的优选为3～25％，更优选为5～20％。
68.在本发明中，所述ph至中和后得到中和液，本发明优选还包括将所述中和液进行超滤，得到所述再矿化水。
69.在本发明中，所述超滤用超滤膜的孔径优选为0.1～2μm。
70.在本发明中，所述超滤膜的材质优选包括多孔陶瓷和/或合成聚合物；所述合成聚合物优选包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯等中一种或多种。
71.本发明通过所述超滤进一步降低所述在矿化水的浊度、去除所述再矿化水中的微生物、细菌和病原菌。
72.在本发明中，所述再矿化水的水质参数优选包括：ph值优选为6.0～9.5，以caco3计，总硬度优选为60～120mg/l、以caco3计，碱度优选为50～150mg/l，ca
2
浓度优选为21～45mg/l，溶解性总固体(tds)优选为100～500mg/l，浊度优选＜0.2ntu，朗格利尔饱和指数(lsi指数)优选为-0.2～0.2。
73.本发明提供了上述技术方案所述的利用石灰石乳浆进行淡化水再矿化方法所用的装置，包括：
74.澄清池19，所述澄清池19设置第一液体入口，第二液体入口、气体入口和出口；
75.出口与所述澄清池19第一液体入口连通的淡化水储存容器1；
76.出口与所述澄清池19第一液体入口连通的浆液储存容器7；
77.所述装置还包括出口与所述澄清池19气体入口连通的二氧化碳储气容器12和/或出口与所述澄清池19第二液体入口连通的稀酸水溶液储存罐17。
78.本发明提供的装置包括淡化水储存容器1，所述淡化水储存容器1优选还设置淡化水取样口2、第一出口和第二出口。
79.在本发明中，所述淡化水储存容器1的材质优选为不锈钢、纤维增强复合材料(frp)或pvc。
80.在本发明中，与所述淡化水储存容器1连通的管路的管材优选为不锈钢、纤维增强复合材料(frp)、pvc或内衬环氧树脂管。
81.本发明提供的装置优选还包括与所述淡化水储存容器1第一出口连通的淡化水供应泵3，所述淡化水供应泵3的出口管路上设置淡化水流量计4，所述淡化水供应泵3用于输送所述淡化水。
82.本发明提供的装置优选还包括液体入口与所述淡化水储存容器1第二出口连通的浆液搅拌罐6，在本发明中，所述浆液搅拌罐6用于形成所述石灰石乳浆。
83.本发明提供的装置优选还包括出料口与所述浆液搅拌罐6固体入口连通的石灰石粉状颗粒罐5，所述石灰石粉状颗粒罐5优选用于储存所述石灰石颗粒。
84.本发明提供的装置包括入口与所述浆液搅拌罐6出口连通的浆液储存容器7，所述浆液储存容器7优选还设置乳浆取样口8。
85.本发明提供的装置优选还包括入口与所述浆液储存容器7出口连通的泥浆泵9，所述泥浆泵9的出口管路上设置泥浆流量计10，所述泥浆泵9用于输送所述石灰石乳浆。
86.本发明提供的装置优选还包括入口同时与所述淡化水供应泵3出口和所述泥浆泵9出口连通的淡化水和石灰石乳浆混合泵11，所述淡化水和石灰石乳浆混合泵11用于混合所述淡化水和石灰石乳浆。
87.本发明提供的装置包括第一液体入口与所述淡化水和石灰石乳浆混合泵11出口连通的澄清池19，所述澄清池19包括第一液体入口，第二液体入口、气体入口和出口；所述澄清池19优选还设置取样口20。所述澄清池19的出口管道上优选设置接触式过滤器进水流量计21。
88.本发明提供的装置还包括出口与所述澄清池19气体入口连通的二氧化碳储气容器12，所述二氧化碳储气容器12的出口管道上依次设置压力阀13、压力指示剂14和二氧化
碳气体流量计15、二氧化碳加注检验阀16。
89.和/或出口与所述澄清池19第二液体入口连通的稀酸水溶液储存罐17，所述稀酸水溶液储存罐17的出口管道上依次设置稀酸输送泵32和液体流量计18。
90.本发明提供的装置优选还包括入口与所述澄清池19出口连通的接触式过滤器22，所述接触式过滤器22的空床接触时间为20～25min。在本发明中，所述接触过滤器22优选采用上升流模式。
91.在本发明中，所述接触式过滤器22优选选用数量为5、半径为12.5cm、长度为1m的过滤管串联，所述过滤管内设置过滤介质。所述接触过滤器22的管材优选选用纤维增强复合材料(frp)，具体优选为玻璃钢或聚丙烯材料。
92.在本发明中，所述接触式过滤器22优选还设置过滤器出水取样口24、过滤器反冲洗进水口30和过滤器反冲洗出水口31、废气出口和滤液出口，所述滤液出口管道上设置过滤器出水流量计23。
93.本发明提供的装置优选还包括气体入口与所述接触式过滤器22的废气出口连通的二氧化碳脱气回收单元25，本发明对所述二氧化碳脱气回收单元25的部件设置没有特殊要求，采用本领域常规的部件进行连接即可。
94.本发明提供的装置优选还包括液体入口与所述接触式过滤器22的滤液出口连通的ph中和单元26，所述ph中和单元26优选还设置矿化水取样口27。
95.本发明提供的装置优选还包括液体入口与所述ph中和单元26的液体出口连通的超滤单元28。
96.本发明提供的装置优选还包括液体入口与所述超滤单元28液体出口连通的再矿化终端水储水容器29。
97.下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
98.实施例1
99.一个120l体积的淡化水储存容器1，以10l/min的流速输送淡化水；一个盛有10l石灰石乳浆的浆液储存容器7，以200ml/min的流速输送石灰石乳浆；石灰石乳浆和淡化水通过淡化水与石灰石乳浆混合泵混合泵入澄清池19中，向澄清池19同时通入二氧化碳和泵入硫酸，二氧化碳流速为0.02l/min，硫酸流速为15ml/min，得到澄清液后，将澄清液以11l/min的流速注入上升流的接触式过滤器中，接触式过滤器由5根半径12.5cm、长度1m的过滤管并联组成，过滤管中填充粒径为1～10mm的石英砂，接触式过滤器的空床接触时间为23min，得到再矿化水，再矿化水的水质参数：ph值为6.0～9.5，以caco3计，总硬度为60～120mg/l、以caco3计，碱度为50～150mg/l，ca
2
浓度为21～45mg/l，tds为100～500mg/l，浊度优选＜0.2ntu，lsi指数为-0.2～0.2。
100.实施例2
101.一个120l体积的淡化水储存容器1，以10l/min的流速输送淡化水；一个盛有10l石灰石乳浆的浆液储存容器7，以400ml/min的流速输送石灰石乳浆；石灰石乳浆和淡化水通过淡化水与石灰石乳浆混合泵混合泵入澄清池19中，向澄清池19同时通入二氧化碳和泵入硫酸，二氧化碳流速为0.4l/min，硫酸流速为100ml/min，得到澄清液后，将澄清液以11l/min的流速注入上升流的接触式过滤器中，接触式过滤器由5根半径12.5cm、长度1m的过滤管并联组成，过滤管中填充粒径为1～10mm的石英砂，接触式过滤器的空床接触时间为
23min，得到滤液，将滤液进行ph值中和，碱剂为质量百分含量为3％nh4oh溶液，得到中和液，将中和液进行超滤，超滤用超滤膜的孔径为0.1～2μm。超滤膜的材质为多孔陶瓷；得到再矿化水，再矿化水的水质参数：ph值为6.0～9.5，以caco3计，总硬度为60～120mg/l、以caco3计，碱度为50～150mg/l，ca
2
浓度为21～45mg/l，tds为100～500mg/l，浊度优选＜0.2ntu，lsi指数为-0.2～0.2。
102.实施例3
103.一个120l体积的淡化水储存容器1，以10l/min的流速输送淡化水；一个盛有10l石灰石乳浆的浆液储存容器7，以200ml/min的流速输送石灰石乳浆；石灰石乳浆和淡化水通过淡化水与石灰石乳浆混合泵混合泵入澄清池19中，向澄清池19同时通入二氧化碳和泵入硫酸，二氧化碳流速为0.02l/min，硫酸流速为15ml/min，得到澄清液后，将澄清液以11l/min的流速注入上升流的接触式过滤器中，接触式过滤器由5根半径12.5cm、长度1m的过滤管并联组成，过滤管中填充粒径为1～10mm的石英砂，接触式过滤器的空床接触时间为23min，得到滤液，将滤液进行ph值中和，碱剂为质量百分含量为3％nh4oh溶液，得到中和液，将中和液进行超滤，超滤用超滤膜的孔径为0.1～2μm。超滤膜的材质为多孔陶瓷；得到再矿化水，再矿化水的水质参数：ph值为6.0～9.5，以caco3计，总硬度为60～120mg/l、以caco3计，碱度为50～150mg/l，ca
2
浓度为21～45mg/l，tds为100～500mg/l，浊度优选＜0.2ntu，lsi指数为-0.2～0.2。
104.实施例3
105.一个120l体积的淡化水储存容器1，入口淡化水储存容器1的出口连通的淡化水供应泵3以10l/min的流速输送淡化水至淡化水和石灰石乳浆混合泵11；
106.一个盛有石灰石粉状颗粒的石灰石粉状颗粒罐5，出料口与浆液搅拌罐6固体入口连通，浆液搅拌罐6液体入口与淡化水储存容器1连通，在浆液搅拌罐6中将淡化水和石灰石粉状颗粒混合得到石灰石乳浆，输送至石灰石乳浆的浆液储存容器7，由泥浆泵9从浆液储存容器7以200ml/min的流速输送石灰石乳浆至淡化水和石灰石乳浆混合泵11；
107.淡化水和石灰石乳浆经淡化水和石灰石乳浆混合泵11混合输送至澄清池19，，向澄清池19同时通入二氧化碳和泵入硫酸，二氧化碳流速为0.02l/min，硫酸流速为15ml/min，得到澄清液后，将澄清液以11l/min的流速注入上升流的接触式过滤器中，接触式过滤器由5根半径12.5cm、长度1m的过滤管并联组成，过滤管中填充粒径为1～10mm的石英砂，接触式过滤器的空床接触时间为23min，得到滤液，将滤液进行ph值中和，碱剂为质量百分含量为3％nh4oh溶液，得到再矿化水，再矿化水的水质参数：ph值为6.0～9.5，以caco3计，总硬度为60～120mg/l、以caco3计，碱度为50～150mg/l，ca
2
浓度为21～45mg/l，tds为100～500mg/l，浊度优选＜0.2ntu，lsi指数为-0.2～0.2。
108.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。