利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法及裝置,該方法將高硬度原水和造粒反應(yīng)劑分別逆流送入含有石英砂的豎直流道,流道內(nèi)得到以石英砂為載體的沙粒,流道出口得到處理后的水;該裝置在柱狀反應(yīng)容器底部設(shè)有一個(gè)高硬度原水入口和一個(gè)造粒反應(yīng)劑入口,反應(yīng)容器頂部設(shè)有出口,反應(yīng)容器中放置有石英砂。本發(fā)明提供的方法不僅大大縮短高硬度水處理時(shí)間,還能將沉淀廢料重新利用。
【專利說(shuō)明】利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理【技術(shù)領(lǐng)域】,具體涉及一種利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]硬度作為一項(xiàng)重要的水質(zhì)指標(biāo)在飲用水中受到了廣泛關(guān)注。一般來(lái)說(shuō)鈣離子和鎂離子是產(chǎn)生硬度的主要原因。水的硬度最初是指水中鈣、鎂離子沉淀肥皂水化液的能力。水的總硬度指水中鈣、鎂離子的總濃度,其中包括碳酸鹽硬度(即通過(guò)加熱能以碳酸鹽形式沉淀下來(lái)的鈣、鎂離子,故又叫暫時(shí)硬度)和非碳酸鹽硬度(即加熱后不能沉淀下來(lái)的那部分鈣、鎂離子,又稱永久硬度)。
[0003]過(guò)高的硬度水,會(huì)影響人們的生活和身體健康。在生活上,水的硬度過(guò)高,用來(lái)洗滌可使肥皂不起泡沫而造成浪費(fèi),另外,硬水洗衣物易使紡織物纖維變硬發(fā)脆而損壞;用硬水燒開水易使水壺結(jié)垢,浪費(fèi)燃料1/3以上。在人體健康上,飲用高硬水易使人患暫時(shí)性胃腸不適、腹脹、瀉肚、排氣多,甚至引起腎結(jié)石等疾病。不僅如此,水壺與暖水瓶使用一段時(shí)間后,其內(nèi)壁就會(huì)結(jié)滿一層白色的水堿,除大部分為碳酸鈣、碳酸鎂外、還含有多種有害的汞、鎘、鉛、砷等元素,如不經(jīng)常及時(shí)清除,反復(fù)用來(lái)燒水、裝水后,有害元素積累越來(lái)越多,并能再次溶于水中,當(dāng)人們飲用后就進(jìn)入人體,從而引起人體慢性中毒甚至可致癌和致畸,嚴(yán)重危害人體健康。高硬度水中鈣鎂離子與硫酸根結(jié)合,會(huì)使水產(chǎn)生苦澀味,還會(huì)使人的胃腸功能紊亂,出現(xiàn)暫時(shí)性腹脹、排氣多、腹瀉等現(xiàn)象。在工業(yè)上,紡織工業(yè)用水硬度過(guò)大會(huì)導(dǎo)致染色不均勻;鍋爐用水硬度高了十分危險(xiǎn),因?yàn)殄仩t內(nèi)管道局部過(guò)熱,易引起管道變形或損壞,嚴(yán)重時(shí)還可能引起爆炸。
[0004]對(duì)于高硬度水的去除通常采用兩類方法,一類是采用投加堿性藥劑,將水中鈣鎂離子以沉淀形式析出,以達(dá)到去除硬度的目的,但該方法產(chǎn)生的沉淀廢料必須及時(shí)去除,而且得不到有效利用,增加了無(wú)用的人力物力消耗;另一類是采用離子交換法,以陽(yáng)離子交換樹脂置換出水中鈣鎂離子以達(dá)到硬度去除目的,但該方法存在酸堿消耗量大、運(yùn)行成本高等問(wèn)題,經(jīng)離子交換器后再生廢液質(zhì)量濃度較高,若外排,不僅造成了資源的浪費(fèi),而且會(huì)污染環(huán)境。
[0005]目前,國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有研究利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,利用高硬度水進(jìn)行造粒不僅能夠降低水中硬度,還能將沉淀廢料重新利用,節(jié)能減排。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,該方法不僅大大縮短高硬度水處理時(shí)間,還能將沉淀廢料重新利用。
[0007]利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,在柱狀反應(yīng)容器內(nèi)填充石英砂,高硬度原水和造粒反應(yīng)劑從柱狀反應(yīng)容器底部的入口輸入,從頂部的出口排出,柱狀反應(yīng)容器內(nèi)的石英砂被自下而上的水流沖起而膨脹,處于流化床狀態(tài)。
[0008]流道中的石英砂被自下而上的水流沖起而膨脹,處于流化床狀態(tài),形成一個(gè)可以連續(xù)吸附的運(yùn)行環(huán)境,有利于原水中的碳酸鈣沉積在石英砂表面。石英砂耐高溫、熱膨脹系數(shù)小,化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,適合作為本反應(yīng)器的填料。
[0009]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選,所述石英砂的粒徑為0.2mm~0.5mm。
[0010]為了讓碳酸鈣沉淀充分沉積在石英砂顆粒表面,選擇比表面積較大的石英砂顆粒。粒徑越小比表面積越大,但是若粒徑過(guò)小,水利條件難以控制,石英砂顆粒容易隨水流流出反應(yīng)器。
[0011]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選,所述造粒反應(yīng)劑為氫氧化鈉溶液,氫氧化鈉溶液的pH值為10~14。
[0012]pH值小于等于6時(shí)水中不存在C032_,鈣離子仍以溶解的形式于水中存在,當(dāng)投加氫氧化鈉溶液時(shí),將發(fā)生下列反應(yīng):
[0013]NaOH+Ca2++HC(V — CaC03+H20+Na+
[0014]通過(guò)投加堿液,控制反應(yīng)器中混合液的pH值為10~14,碳酸平衡向左移動(dòng),形成碳酸鈣沉淀,飽和指數(shù)大于I。
[0015]作為上述發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選,高硬度原水的進(jìn)水流量為6~8mL/s,造粒反應(yīng)劑的進(jìn)水流量為5.45~7.27mL/s。
[0016]石英砂受到水流沖擊而發(fā)生膨脹,若膨脹率過(guò)小,會(huì)導(dǎo)致石英砂填料之間過(guò)多地相互摩擦,不利于碳酸鈣沉淀的沉積;若膨脹率過(guò)大,部分石英砂會(huì)隨水流直接流出反應(yīng)器,無(wú)法起到吸附碳酸鈣晶體的作用。
[0017]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的裝置,在柱狀反應(yīng)容器底部設(shè)有一個(gè)高硬度原水入口和一個(gè)造粒反應(yīng)劑入口,反應(yīng)容器頂部設(shè)有出口 ;反應(yīng)容器中放置有石英砂。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,其優(yōu)點(diǎn)在于:第一,失效填料可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化,作為建筑用沙;第二,高硬度水處理時(shí)間與傳統(tǒng)處理工藝相比大大縮短;第三,生產(chǎn)廢料更清潔;第四,結(jié)晶易處理,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖,其中,I為石英砂填料,2為入口,3為出口 ;
[0020]圖2為本發(fā)明運(yùn)行O天時(shí)填料的電鏡掃描圖;
[0021]圖3為本發(fā)明運(yùn)行3天時(shí)填料的電鏡掃描圖;
[0022]圖4為本發(fā)明運(yùn)行15天時(shí)填料的電鏡掃描圖;
[0023]圖5為本發(fā)明運(yùn)行27天時(shí)填料的電鏡掃描圖;
[0024]圖6為填料表面碳酸鈣含量與反應(yīng)時(shí)間關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]實(shí)施例1
[0026]如圖1所示,利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,將高硬度原水和造粒反應(yīng)劑分別從豎直設(shè)置的柱狀反應(yīng)容器底部入口 2逆流送入含有石英砂填料I的流道,柱狀反應(yīng)器高lm、內(nèi)徑5cm、外徑6cm,填料高度為15cm~20cm。高硬度原水和造粒反應(yīng)劑分別以
6.2mL/s和5.62mL/s的流量進(jìn)入反應(yīng)容器內(nèi),反應(yīng)生成的碳酸鈣晶體附著在流道內(nèi)的的石英砂填料I表面,經(jīng)處理的原水從出口 3流出反應(yīng)容器。
[0027]采用的造粒反應(yīng)劑:稱量4g氫氧化鈉,融入9L蒸餾水中制成llmmol/L的氫氧化鈉溶液,倒入處理劑罐中,用一臺(tái)蠕動(dòng)泵將藥劑以流量5.62mL/s的速率加入造粒反應(yīng)器底部,與原水混合,發(fā)生結(jié)晶反應(yīng),并附著于填料表面。
[0028]同時(shí),每24小時(shí)換一次原水和處理劑,并重復(fù)上述過(guò)程。
[0029]分別取運(yùn)行0、3、6、9、12、15、18、21、24、27天并烘干的沙粒樣本各10.0g,編號(hào)1、
2、3、4、5、6、7、8、9、10。分別將10個(gè)樣本放入10個(gè)燒杯中,加入過(guò)量濃度為lmol/L的鹽酸,直至不產(chǎn)生氣泡為止,清洗后放入110°C烘箱中3小時(shí)烘干,用電子天平稱量烘干后10個(gè)沙樣的質(zhì)量,分別為 10.0g、9.6g、8.8g、8.2g、7.9g、7.5g、7.2g、6.9g、6.6g、6.3g,再計(jì)算出各個(gè)沙樣中碳酸鈣的含量分別為:0%、4%、12%、18%、21%、25%、28%、31%、34%、37%。
[0030]分別取運(yùn)行0、3、15、27天并烘干的沙粒樣本若干,進(jìn)行掃描電鏡實(shí)驗(yàn),分別取200、5000倍率的圖片做對(duì)比,從圖2-圖5可以明顯觀察到沙粒表面附著的碳酸鈣晶體越來(lái)越多,沙粒表面越來(lái)越光滑,且附著的晶體層上還可以接著吸附新的碳酸鈣晶體,在27天樣本中明顯可以看出沙粒表面有多層晶體結(jié)構(gòu),并逐漸結(jié)成塊。
【權(quán)利要求】
1.利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,其特征在于:柱狀反應(yīng)容器內(nèi)填充石英砂,高硬度原水和造粒反應(yīng)劑從柱狀反應(yīng)容器底部的入口輸入,從頂部的出口排出,柱狀反應(yīng)容器內(nèi)的石英砂被自下而上的水流沖起而膨脹,處于流化床狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,其特征在于:所述石英砂的粒徑為0.2mnT0.5mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,其特征在于:所述造粒反應(yīng)劑為氫氧化鈉溶液,氫氧化鈉溶液的pH值為10~14。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的方法,其特征在于:高硬度原水的進(jìn)水流量為6~8mL/s,造粒反應(yīng)劑的進(jìn)水流量為5.45~7.27 mL/s。
5.一種利用高硬度水進(jìn)行造粒反應(yīng)的裝置,其特征在 于:在柱狀反應(yīng)容器底部設(shè)有一個(gè)高硬度原水入口和一個(gè)造粒反應(yīng)劑入口,反應(yīng)容器頂部設(shè)有出口 ;反應(yīng)容器中放置有石英砂。
【文檔編號(hào)】C02F9/04GK104163520SQ201410266924
【公開日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】許航, 肖弘耀, 陳衛(wèi), 顧艷梅, 邱云鵬 申請(qǐng)人:河海大學(xué)