一种利用CO2调控化学结晶造粒流化床出水pH的系统的制作方法

一种利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统
技术领域
1.本发明属于水处理领域，涉及化学结晶造粒流化床，具体涉及一种利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统。


背景技术：

2.气候变化已成为全球最热议的话题之一。如何有效地控制碳减排是应对的核心。大部分的二氧化碳气体都来源于化石燃料的燃烧，目前工业上有很多co2的收集方法，若能将这些co2收集并加以利用，便可而达到节碳减排，绿色可持续发展的目的。
3.随着能源消耗增加，2018年全球能源相关的二氧化碳(co2)排放量增加至 33.1gt，同比增长1.7％。燃煤发电占所有与能源相关的co2排放量的30％。中国已成为世界上最大的能源消费国和co2排放国。相比之下，全球范围内co2的利用总量仅为1-2gt。大量的co2气体排放至大气中，会对大气环境造成巨大的影响，在导致全球变暖的“温室气体”中，co2是最主要的成分。
4.水处理领域是co2应用的潜在市场，很多工业企业是用水大户，其碱性废水量较大，为节约水资源提高水的利用率，减少碱性污水对环境的污染，必须对碱性污水进行治理。目前降低碱性污水的ph值主要还是通过投加无机酸来进行调节，其安全性低，不能满足环保要求，且成本较高，而co2溶于水可形成碳酸溶液，碳酸是一种环保型酸化剂，可以考虑利用co2来降低碱性污水ph值。
5.水中的硬度通常分为暂时性硬度和永久性硬度，暂时性硬度是由水中的 ca(hco3)2和mg(hco3)2引起的作用，永久性硬度一般是指含有ca
2
和mg
2
的氯化盐和硫酸盐导致的作用。水中ca
2
、mg
2
含量较高时会引起水体硬度升高从而引发许多问题。工业用水硬度较高时，在使用过程中会在管道管道内壁和设备壁发生结垢现象，导致管道与设备的断面积减小，从而使系统流量降低，严重时甚至会产生设备堵塞现象，给工业生产造成严重后果。
6.国内现有的高硬度水体处理工艺，包括申请人已授权的中国专利“一种化学结晶循环造粒流化床水处理装置”(专利号：zl201510864696.7)是利用化学结晶原理，通过晶种的诱导作用，在软化剂的作用下促进水中ca
2
和mg
2
形成结晶物并附着在晶种表面形成结晶颗粒物从而达到软化的目的。目前该装置所使用的软化剂主要以碱性药剂为主，包括naoh及na2co3。其中，对于暂时性硬度较高的水体，直接使用naoh便可达到软化的效果，但对于永久性硬度较高的水体，必须使用naoh-na2co3联合投加的方式才能达到软化需求。由于使用的软化药剂均为碱性药剂，因此使用化学结晶循环造粒流化床水处理装置处理后的水呈碱性状态，需要通过加酸的方式调节其ph。目前常使用盐酸(hcl) 和硫酸(h2so4)来进行中和处理，强酸在使用过程中会对管道系统产生腐蚀，同时系统操作时安全隐患大，在实际应用中难以进行严格的过程管理。此外，无机酸的生产过程会消耗大量的自然资源，大量使用无机酸不利于环境保护。


技术实现要素：

7.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统，解决现有技术中的加其它酸的系统的安全性和环保性不足的技术问题。
8.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：
9.一种利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统，包括化学结晶造粒流化床单元，所述的化学结晶造粒流化床单元包括化学结晶造粒流化床主体，化学结晶造粒流化床主体的底部设置有流化床进水管，化学结晶造粒流化床主体的顶部设置有流化床出水管；
10.还包括co2投加单元、co2加压溶解单元和碳酸投加单元；
11.所述的co2投加单元包括co2储气瓶，co2储气瓶上连通有co2输气管的一端，co2输气管的另一端与co2加压溶解单元中的进气管相连通；
12.所述的co2加压溶解单元包括压力罐，压力罐的内部设有搅拌桨，搅拌桨通过搅拌电机驱动；压力罐的下部设置有溶解进水管，溶解进水管与流化床进水管相连通，压力罐的上部设置有溶解出水管，溶解出水管与碳酸投加单元中的射流器的进料口相连通，压力罐内的下部设置有进气管，进气管上设置有多个曝气头；
13.所述的碳酸投加单元包括射流器，射流器与第一流量调节阀串联后一起并联在流化床出水管上，与射流器并联的流化床出水管上设置有第二流量调节阀，射流器下游的流化床出水管上设置有管式静态混合器。
14.本发明还具有如下技术特征：
15.所述的流化床进水管通过进水泵从原水储水池中取水；所述的化学结晶造粒流化床主体底部的加药口通过加药泵从碱液储存罐中取药。
16.所述的co2储气瓶顶部出气口上设置有电加热型减压阀；co2输气管上设置有气体阀门。
17.所述的压力罐的顶部设有压力表和安全阀，压力罐的内壁设有导流板，压力罐的底部设有排污口。
18.所述的压力罐为圆筒状密封罐体，罐体的高与直径之比为3:1。
19.所述的压力罐的外部设置内回流管；所述的内回流管上设置有内回流泵和第一闸阀。
20.所述的溶解进水管上设有第二闸阀。
21.所述的曝气头呈十字型布置，相邻两个曝气头之间的间距为15cm，共布置5 个。
22.所述的流化床进水管上设置有进水流量计，所述的co2输气管上设置有气体流量计，所述的溶解进水管上设置有液体流量计；所述的射流器上游的流化床出水管上设有第一ph在线检测仪，所述的管式静态混合器下游的流化床出水管上设有第二ph在线检测仪。
23.本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
24.(ⅰ)本系统相比于现有的加无机酸调节流化床出水ph，本系统具有调节效果稳定，安全性高，不增加对环境有额外影响的阴离子，并且可以达到节碳减排的目的，同时配备自动控制单元，操作简单，给使用者的使用带来方便。
25.(ⅱ)本系统通过加压溶气装置将co2在加压条件下与水充分混合形成碳酸溶液，
并通过射流器将碳酸溶液与碱性水体充分混合以降低水体ph值，提高了 co2利用率，具有良好的经济效益。
26.(ⅲ)随工业化不断发展，工业废气中co2的回收利用具有较大市场，本系统中的co2气体可利用工业生产中所收集的co2废气，实现co2资源化利用，达到节能减排的作用，具有良好的环保效益。
附图说明
27.图1是利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统。
28.图2是co2加压溶解单元。
29.图3是在不同的流化床软化出水ph条件下，co2投加量对流化床软化出水 ph的调节效果.。
30.图中各个标号的含义为：1-化学结晶造粒流化床单元，2-co2投加单元，3-co2加压溶解单元，4-碳酸投加单元；
31.101-化学结晶造粒流化床主体，102-流化床进水管，103-流化床出水管；104
‑ꢀ
进水泵，105-原水储水池，106-加药泵，107-碱液储存罐，108进水流量计；
32.201-co2储气瓶，202-co2输气管，203-电加热型减压阀，204-气体阀门，205
‑ꢀ
气体流量计；
33.301-压力罐，302-搅拌桨，303-搅拌电机，304-溶解进水管，305-溶解出水管，306-进气管，307-曝气头，308-压力表，309-安全阀，310-导流板，311-排污口，312-内回流管，313-内回流泵，314-第一闸阀，315-第二闸阀，316-液体流量计；
34.401-射流器，402-第一流量调节阀，403-第二流量调节阀，404-管式静态混合器，405-第一ph在线检测仪，406-第二ph在线检测仪。
35.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。
具体实施方式
36.需要说明的是，本发明中的所有部件、装置和设备，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件、装置和设备。
37.碳酸是一种环保性酸化剂，不需要进行危险性、侵蚀性酸的防护与处理，不涉及腐蚀问题，可以直接投加到管道、池甚至浅渠中。本发明通过将 co2气体在加压条件下溶于水中形成碳酸溶液来调节流化床出水ph，该系统操作简便，能在后续实现自动控制，调节效果稳定，从而实现co2资源化利用。
38.以下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，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
39.实施例：
40.本实施例给出一种利用co2调控化学结晶造粒流化床出水ph的系统，如图 1和图2所示，包括化学结晶造粒流化床单元1，化学结晶造粒流化床单元1包括化学结晶造粒流化床主体101，化学结晶造粒流化床主体101的底部设置有流化床进水管102，化学结晶造粒流化床主体101的顶部设置有流化床出水管103；
41.还包括co2投加单元2、co2加压溶解单元3和碳酸投加单元4；
42.co2投加单元2包括co2储气瓶201，co2储气瓶201上连通有co2输气管 202的一端，co2输气管202的另一端与co2加压溶解单元3中的进气管306相连通；
43.co2加压溶解单元3包括压力罐301，压力罐301的内部设有搅拌桨302，搅拌桨302通过搅拌电机303驱动；压力罐301的下部设置有溶解进水管304，溶解进水管304与流化床进水管102相连通，压力罐301的上部设置有溶解出水管305，溶解出水管305与碳酸投加单元4中的射流器401的进料口相连通，压力罐301内的下部设置有进气管306，进气管306上设置有多个曝气头307；
44.碳酸投加单元4包括射流器401，射流器401与第一流量调节阀402串联后一起并联在流化床出水管103上，与射流器401并联的流化床出水管103上设置有第二流量调节阀403，射流器401下游的流化床出水管103上设置有管式静态混合器 404。
45.作为本实施例的一种优选方案，化学结晶造粒流化床主体101采用现有技术中已知的化学结晶造粒流化床主体，可以采用循环造粒，也可以采用不循环造粒。例如，化学结晶造粒流化床主体101采用已知的化学结晶循环造粒流化床主体。
46.作为本实施例的一种优选方案，流化床进水管102通过进水泵104从原水储水池105中取水；化学结晶造粒流化床主体101底部的加药口通过加药泵106从碱液储存罐107中取药。碱液储存罐107中的碱液为例如氢氧化钠溶液等的碱液。
47.作为本实施例的一种优选方案，co2储气瓶201顶部出气口上设置有电加热型减压阀203；co2输气管202上设置有气体阀门204。加热型减压阀203的压力范围控制在0.3mpa至0.5mpa之间，根据出水ph适当调节。
48.作为本实施例的一种优选方案，压力罐301的顶部设有压力表308和安全阀 309，压力罐301的内壁设有导流板310，压力罐301的底部设有排污口311。
49.作为本实施例的一种优选方案，压力罐301为圆筒状密封罐体，罐体的高与直径之比为3:1。
50.作为本实施例的一种优选方案，压力罐的外部设置内回流管312；内回流管 312上设置有内回流泵313和第一闸阀314。内回流管312进一步提高了co2的溶解效率。
51.作为本实施例的一种优选方案，溶解进水管304上设有第二闸阀315。
52.作为本实施例的一种优选方案，曝气头307呈十字型布置，相邻两个曝气头307之间的间距为15cm，共布置5个。曝气头307将co2气体转化成小气泡进入压力罐301内。压力罐301运行时搅拌桨302运转促进co2溶解形成碳酸溶液，搅拌桨302的转速为2～3转/秒，
53.作为本实施例的一种优选方案，流化床进水管102上设置有进水流量计108， co2输气管202上设置有气体流量计205，溶解进水管304上设置有液体流量计 316；射流器401上游的流化床出水管103上设有第一ph在线检测仪405，管式静态混合器404下游的流化床出水管103上设有第二ph在线检测仪406。上述指标检测设备在后续可以与控制器相连实现自动化控制。
54.本实施例中，压力罐301内的水可直接用流化床的进水，不需要另找水源， co2加入压力罐301后在加压条件下快速混合形成碳酸溶液，所形成的碳酸溶液经射流器401投加至流化床出水管103将流化床出水ph值从9.5～11调节至7～8 之间，所形成的碳酸溶液的量与流化床处理水量之比在1:10～1:33之间，co2投加量及压力罐301的进水流量可根据需要调节。
55.应用例：
56.本应用例给出一种利用实施例1中的利用co2调控化学结晶造粒流化床出水 ph的系统的具体案例。原水经进水泵104引入系统，进水ph为8.3，钙硬为 5.02mmol/l，碱度为4.75mmol/l，进水流量为20m3/h，打开压力罐301的溶解进水管304上的第二闸阀315，当压力罐301内开始注入原水后，打开压力罐301 顶部的安全阀309排走里面的空气，至压力罐301内注满原水后关闭安全阀309。打开气体阀门204开始通入co2气体，打开搅拌电机303使搅拌桨302开始搅拌，加药泵106打开开始向化学结晶造粒流化床主体101中加naoh，co2气体经进气管306进入压力罐301底部并通过曝气头307转换成微小气泡进入压力罐301内，在搅拌桨302的桨叶的作用下co2气泡与原水充分混合，压力罐301内搅拌桨302 的转速为2-3转/秒，当压力罐301内的溶气压强增加至0.4mpa左右时，压力罐 301的出水阀打开并通过溶解出水管305开始排液，开始排液后开启内回流泵 313，内回流泵313流量为2m3/h，内回流管312进一步提高压力罐301内气液混合效率，使co2气体充分溶解，压力罐301所形成的碳酸溶解流经压力罐301的溶解出水管305通过射流器401注入流化床出水管103，并在管式静态混合器404 的作用下使碳酸溶液和流化床软化出水充分混合，达到调节软化出水ph的目的，经第一ph在线检测仪405检测流化床软化出水ph为10.15，测得出水钙硬为 0.48mmol/l，软化出水ph经碳酸投加单,4调节后，经第二ph在线检测仪406测得调节后出水ph为7.83，调节效果良好，此工况下co2投加量为71.4mg/l，且系统在连续运行24h内运行情况良好，调节效果稳定，在不同的流化床软化出水 ph条件下，co2投加量对流化床软化出水ph的调节效果如图3所示。