跌水-诱导结晶沉淀系统

技术领域

本发明涉及水处理技术领域,尤其涉及一种跌水-诱导结晶沉淀系统，用于去除水中的碳酸氢根、铁、锰、钙、镁等离子。

背景技术

水是生命之源，也是人类生存及社会经济发展的重要物质基础。硬度是一项重要水质指标，通常以水中Ca

此外，水中含铁、锰较多也会造成危害。铁锰的浓度超过一定限度，就会产生红褐色的沉淀物，生活上，能在白色织物或用水器皿、卫生器具上留下黄斑，同时还容易使提铁细菌繁殖，堵塞管道；在工业上，当用于纺织、印染、针织、造纸等行业时，更会影响产品质量。锰超标会影响人的中枢神经,过量摄入对智力和生殖功能有影响，同时可引起食欲不振、呕吐、腹泻等状况，严重的会造成锰中毒，早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、记忆力减退、肌肉疼痛、情绪上不稳定、抑郁或激动。据美国、芬兰科学家研究证明，人体中铁过多对心脏有影响，甚至比胆固醇更危险。因此，高铁高锰水必须经过净化处理才能饮用。二价铁具有较强的还原性，它容易被氧化剂(如氧气、氯气、高锰酸钾等)氧化成三价铁。Fe

针对上述问题，本专利研发了跌水-诱导结晶沉淀工艺及系统，用于去除水中的碳酸氢根、铁、锰、钙、镁等离子。

发明内容

本发明就是为了克服上述现有技术存在的缺点，提供一种跌水-诱导结晶沉淀系统。本发明由于跌水曝气装置包括多个水池，多个水池高度依次降低设置，水流从最高位置的第一水池进入，本发明工作时，原水由进水管从诱晶单元底部的诱晶接触沉淀区进入，经过充分反应上层清液经出水管流出，沉淀由排砂管排出，相比传统药剂法，具有更高水力负荷，且工艺系统结构紧凑，占地面积要大大减少，节省了安装、占地、操作以及人力维护的费用，水的软化效果好，节能效果显著，保证水的硬度去除、实现水的软化满足规定的需要。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种跌水-诱导结晶沉淀系统，包括跌水曝气装置、诱导结晶沉淀池，所述跌水曝气装置包括水池，诱导结晶沉淀池包括若干个诱晶单元，所述诱晶单元包括上部的诱晶分离区、下部的诱晶接触沉淀区，诱晶接触沉淀区上部与诱晶分离区下部连通，所述诱晶接触沉淀区下部装填石英砂层晶核，水池通过进水管与诱晶接触沉淀区底部进水口连接，在靠近诱晶接触沉淀区与诱晶分离区连接位置设有砂石膨胀控制口，在诱晶分离区上部设有出水管，出水管设有可以启闭的出水阀，在诱晶接触沉淀区的下部的侧壁上连接加药管，在靠近诱晶接触沉淀区底部的侧壁上设有排砂口，排砂口管道上连接有阀门，通过阀门控制结晶产物排放；

所述跌水曝气装置包括多个水池，多个水池高度依次降低设置，水流从最高位置的第一水池进入，依次向后面低位置的水池溢流而出，最低位置的最后一个水池通过进水管与诱晶接触沉淀区连接。

所述诱晶接触沉淀区采用大口向上的圆锥体空腔结构，加药管与圆锥体空腔结构位置连接，圆锥体空腔结构下部与圆柱体空腔机构连接，进水管与圆柱体空腔机构的底部进水口连接。

每两个相邻水池之间的高度落差为0.3～0.6米。

所述诱导结晶沉淀池采用曝气装置与诱晶分离区的液面压力差维持运作，根据诱导结晶沉淀池计算诱导结晶沉淀池启动所需要的水面高度差h

所述诱导结晶沉淀池启动所需要的水面高度差为h

ρ

式中，ρ

h

h

所述进水管为进入端采用外部开口大的喇叭口、带两个90度弯头的管道，所述诱导结晶沉淀池维持运作所需要的水面高差为h

即通过以下公式得到：

式中：h

其中，1)整个滤层水头损失为h

式中，μ-水的动力粘性系数，Pa·s，α-清洁滤层的表面形状系数，ε-孔隙率，d

2)将水管中的水流看作层流，沿程水头损失h

式中，

v-管道中水流流速，ρ-水的密度，μ-水的黏性系数，d-管道直径；

3)局部水头损失

根据给水排水设计手册所列的局部水头损失公式，计算水流过程中的损失的水头，进水管的进入端是带喇叭口的深入水池的进口，水头损失为：

式中Q一水流流量，d-水管内直径；

进水管的两个90度弯头的局部水头损失为：

进水管与进水口连接处的局部水头损失为：

本发明的有益效果是：

1.由于跌水曝气装置包括多个水池，多个水池高度依次降低设置，水流从最高位置的第一水池进入，本发明工作时，原水由进水管从诱晶单元底部的诱晶接触沉淀区进入，经过充分反应上层清液经出水管流出，沉淀由排砂管排出，相比传统药剂法，具有更高水力负荷，且工艺系统结构紧凑，占地面积要大大减少，节省了安装、占地、操作以及人力维护的费用，水的软化效果好，节能效果显著。

2.本发明的过滤的动力来源于水面差，在启动后，可以通过外部与诱导结晶沉淀池的水面差所造成的水压来维持诱导结晶沉淀池的运行；诱导结晶沉淀池启动前池壁右侧的出水管的出水阀保持打开状态，启动后关闭出水管的出水阀，液面上升，由于诱晶分离区上部的溢流堰的作用，液面维持在工艺需要的高度，从而保证水的硬度去除、实现水的软化满足规定的需要。

3.本发明解决了现有技术中采用鼓风曝气和机械曝气方式存在的在连续运行时噪音大、能耗高、设备费用高的缺点，大大扩大了本发明的应用范围。同时本发明还解决了现有技术中采用石灰软化法存在的工艺流程复杂、成本较高、操作管理复杂、受进水水质影响较大、容易出现出水不稳定的问题。

4.通过根据诱导结晶沉淀池计算诱导结晶沉淀池启动所需要的水面高度差h

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为本发明中实施例的结构示意图；

图中，1.跌水曝气装置，2.出水口，3.诱晶分离区，4.砂石膨胀控制口，5.加药管，6.诱晶接触沉淀区，7.排砂口，8.进水管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，一种跌水-诱导结晶沉淀系统，包括跌水曝气装置1、诱导结晶沉淀池，所述跌水曝气装置1包括水池，诱导结晶沉淀池包括若干个诱晶单元，所述诱晶单元包括上部的诱晶分离区3、下部的诱晶接触沉淀区6，诱晶接触沉淀区6上部与诱晶分离区3下部连通，所述诱晶接触沉淀区6下部装填石英砂层晶核，水池通过进水管8与诱晶接触沉淀区6底部进水口连接，在靠近诱晶接触沉淀区6与诱晶分离区3连接位置设有砂石膨胀控制口4，在诱晶分离区3上部设有出水管2，出水管2设有可以启闭的出水阀，在诱晶接触沉淀区6的下部的侧壁上连接加药管5，在靠近诱晶接触沉淀区6底部的侧壁上设有排砂口7，排砂口7管道上连接有阀门，通过阀门控制结晶产物排放。

所述跌水曝气装置1包括多个水池，多个水池高度依次降低设置，水流从最高位置的第一水池进入，依次向后面低位置的水池溢流而出，最低位置的最后一个水池通过进水管8与诱晶接触沉淀区6连接。

所述诱晶接触沉淀区6采用大口向上的圆锥体空腔结构，加药管5与圆锥体空腔结构位置连接，圆锥体空腔结构下部与圆柱体空腔机构，进水管与圆柱体空腔机构底部进水口连接。

每两个相邻水池之间的高度落差为0.3～0.6米。

本发明的该实施例的沉淀池的跌水曝气装置可以由4～7个高度依次降低的水池组成，每个水池之间的高度落差为0.3～0.6米，水流从第一水池进入，依次向后溢流而出进行连续曝气，水流下落的过程中与空气的接触面积增大并且会造成水流的内部扰动，增加了水中氧气的溶解量，增强铁、锰离子的氧化反应，使其沉淀析出，或者在后续的诱导结晶沉淀池中被吸附去除。另外，跌水曝气产生的剧烈扰动同样可以增加水中二氧化碳的溶解量，增强二氧化碳与水的反应，加大了水中碳酸根和碳酸氢根的浓度，碳酸氢根会与从加药管加入的氢氧化钠反应，转化为碳酸根，碳酸根与钙、镁离子生成沉淀，附着在诱导结晶沉淀池的滤料上，从而去除钙、镁离子。最低位置的最后一个水池通过一根带喇叭口的水管与诱导结晶沉淀池相通，喇叭口一直位于水面下。本发明的这种逐个水池溢流使水流产生扰动的曝气方式解决了现有技术中传统的鼓风曝气和机械曝气在连续运行时存在噪音大、能耗高、设备费用高等缺点和问题。

本发明工作时，原水由进水管从诱晶单元底部进入，经过充分反应上层清液经出水管流出，沉淀由排砂管排出，相比传统药剂法，具有更高水力负荷，且工艺系统结构紧凑，占地面积要大大减少，节省了安装、占地、操作以及人力维护的费用。其过滤的动力来源于水面差，在启动后，可以通过外部与诱导结晶沉淀池的水面差所造成的水压来维持诱导结晶沉淀池的运行。诱导结晶沉淀池启动前池壁右侧的出水管的出水阀保持打开状态，启动后关闭出水管的出水阀，液面上升，由于溢流堰的作用，液面维持在下图中需要的工艺高度。

本发明的所述诱导结晶沉淀池采用曝气装置与诱晶分离区的液面压力差来维持运作的，针对诱导结晶沉淀池来计算诱导结晶沉淀池启动所需要的水面高度差h

一、所述诱导结晶沉淀池启动所需要的水面高度差为h

将滤料，也就是诱晶接触沉淀区中填充的砂石颗粒等效为同密度的液体，其产生的压强为ρ

ρ

ρ

h

h

二、所述进水管为进入端采用外部开口大的喇叭口、带两个90度弯头的管道，所述诱导结晶沉淀池维持运作所需要的水面高差为h

即通过以下公式得到：

式中：h

其中，1)整个滤层水头损失为h

式中μ——水的动力粘性系数，Pa·s；

α——清洁滤层的表面形状系数；

ε——孔隙率；

d

2)沿程水头损失h

v——管道中水流流速；

ρ——水的密度；

μ——水的黏性系数；

d——管道直径。

2、局部水头损失

根据给水排水设计手册所列的局部水头损失公式，可以计算水流过程中的损失的水头，红色水管的进入端是一个带喇叭口的深入水池的进口，水头损失为：

式中Q——水流流量，

d——水管内直径。

红色水管的两个90度弯头的局部水头损失为：

红色水管与滤料层连接处的局部水头损失为：

本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”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，仅是为了描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中的“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接连接，也可以是通过中间部件间接连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

以上所述为本发明的优选实施方式，具体实施例的说明仅用于更好的理解本发明的思想。对于本技术领域的普通技术人员来说，依照本发明原理还可以做出若干改进或者同等替换，这些改进或同等替换也视为落在本发明的保护范围。