CN109987753A - 一种淡化水调质系统及调节水质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种淡化水调质系统，所述淡化水调质系统设置在反渗透膜淡化处理系统和发电机组之间，淡化水调质系统包括矿化系统、第一投加系统、自动反洗系统和第二投加系统，矿化系统通过淡水输送管与反渗透产水箱连接，淡水输送管上设置有淡水输送泵，第一投加系统设置于所述淡水输送泵和矿化系统之间，矿化系统经产水管与第二投加系统连接。还公开了一种水质调节方法。本发明系统和方法能够提高淡化水中钙离子的含量，增加淡化水的碱度和硬度，不仅解决了淡化水水质不稳定的问题，而且使淡化水不具有腐蚀性。

Description

一种淡化水调质系统及调节水质的方法

技术领域

本发明涉及一种淡化水调质系统及调节水质的方法，属于水处理领域。

背景技术

目前，为了保障沿海居民饮用水和工业用水等淡水使用需求，通常将海水经淡化处理工艺后所产生的淡化水分别作以饮用水和工业用水使用；所产淡化水作为引用水供以居民使用之前会再经除盐水生产系统进行处理，以达到饮用水的标准；所产淡化水作为工业用水则直接供以发电等工业生产。然而海水经淡化处理后所产的淡化水存在钙离子含量低、水质不稳定、具有很强的腐蚀性的问题，将其直接用以工业生产容易出现腐蚀输水管道，造成管道泄漏的问题。出现这种问题的主要原因是海水经淡化处理时，反渗透膜不是对海水中各离子组分等比例脱除，而是对其进行选择性脱除。反渗透淡化水的离子浓度相对较高，反渗透膜对Ca²⁺、Mg²⁺、SO4^2-等高价离子的截留率比单离子高，导致淡化水的缓冲能力较弱，同时反渗透淡化水中的CO₂含量也较高，因此造成淡化水具有很强的腐蚀性。

为解决上述淡化水作为工业用水使用时水质不稳定等问题，研究一种淡化水调质系统及调节水质的方法则显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种淡化水调质系统及调节水质的方法，其可以提高淡化水中钙离子的含量，解决淡化水水质不稳定的问题，使淡化水不具有腐蚀性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种淡化水调质系统，所述淡化水调质系统设置在反渗透膜淡化处理系统和发电机组之间，淡化水调质系统包括矿化系统、第一投加系统、自动反洗系统和第二投加系统，矿化系统通过淡水输送管与反渗透产水箱连接，淡水输送管上设置有淡水输送泵，第一投加系统设置于所述淡水输送泵和矿化系统之间，矿化系统经产水管与第二投加系统连接，自动反洗系统与矿化系统连接。

矿化系统用于对经反渗透膜淡化处理后所得淡化水的水质进行碱度和硬度的调节，降低淡化水的腐蚀性，使经矿化系统矿化处理后的淡化水的水质更加稳定。

第一投加系统用于向经反渗透膜淡化处理后所得的淡化水中加入溶解有CO₂(二氧化碳)的碳酸水，形成混合淡化水，形成混合淡化水的目的是使淡化水中混有能与碳酸钙反应的碳酸。

第二投加系统用于向经矿化系统处理后的净化水中加入碱，以调节经矿化系统处理后的净化水的PH值，降低经矿化系统处理后的净化水的腐蚀性。

自动反洗系统用于过滤经矿化处理后的净化水。自动反洗系统包括至少1个反洗风机。反洗风机用于矿化床反洗时空气擦洗的设备。反渗透产水箱用于暂存经反渗透膜淡化处理后的淡化水。淡水输送管和淡水输送泵用于将反渗透产水箱中的淡化水输送至矿化系统中。产水管用于输送经矿化系统处理后的水。

前述的这种淡化水调质系统，所述矿化系统包括至少2个矿化床和设置在矿化床顶部的进水装置，矿化床的内部设置有矿化处理层。淡水输送管与进水装置的进水口连通，通过进水装置将混合淡化水导入到矿化系统的矿化处理层的碳酸钙填料层。

前述的这种淡化水调质系统，所述矿化处理层包括碳酸钙填料层和石英砂层，所述石英砂层设置于碳酸钙填料层的下方，矿化床采用压力式容器，压力式容器的底部设置有水帽。混合淡化水中的碳酸在碳酸钙填料层与碳酸钙发生反应生成Ca²⁺(钙离子)和HCO^3-(碳酸氢根离子)，增加水中的Ca²⁺(钙离子)，从而达到增加淡化水的碱度和硬度的目的。经在碳酸钙填料层处理后的水，再通过石英砂层和水帽过滤水中的滤浑浊物，以降低所排出净化水的浊度。

前述的这种淡化水调质系统，所述产水管上设置有浊度检测装置，浊度检测装置与自动反洗系统连接。浊度检测装置用于检测经矿化系统矿化处理后的净化水的浊度。当浊度检测装置所检测到净化水的浊度未达标时，会启动自动反洗系统，使矿化床自动进行一次反洗操作(反洗操作即将经一次矿化处理的净化水，使其再次经过矿化床的石英砂层，并再次经水帽排出，当经一次反洗操作的净化水，浊度检测仍未达标时，则进行二次反洗操作)。

前述的这种淡化水调质系统，所述产水管上设置有PH值检测装置，PH检测装置与第二投加系统连接。当PH检测装置所检测到净化水的PH值超出8.0～9.0的范围时，则通过第二投加系统向经满足浊度检测达标后的净化水中加入碱，调节净化水的PH值至8.0～9.0的范围。

前述的这种淡化水调质系统，所述第一投加系统包括存储罐、空浴汽化器、减压阀组、真空加气装置、水射器和泵水装置，存储罐与空浴汽化器连接，空浴汽化器与减压阀组连接，减压阀组与真空加气装置连接，真空加气装置与水射器连接，水射器与泵水装置连接。

存储罐内的液态CO₂经过空浴汽化器转化为气态CO₂，气态CO₂再经过减压阀组降压后，经由真空加气装置投加至水射器，从而使得气态CO₂与水在水射器中充分溶解成为矿化处理所需的碳酸水。存储罐的选型要求如下：由于二氧化碳液体是一种特殊的介质，适合保存的温度为-35℃，介质在储罐内的压力值为1.4MPa—2.2MPa，在此范围内储存为安全储存，压力不可低于1.4MPa，因二氧化碳液体的性质，当压力降至0.7MPa时，液态CO₂将转化为干冰。所以，用于存储液态CO₂的存储罐在设计时考虑正常工作状态压力，最高工作压力为2.2MPa，此压力值也是常规二氧化碳压力值。本申请中所采用的存储罐的技术参数如表1所示。

表1

型式	立式
		有效容积	5m<sup>3</sup>
工作压力	2.0MPa
		设计压力	2.2MPa
绝热方式	真空粉末绝热
		设计温度	-40℃
主体材质	Q345R
		外形尺寸	Φ1300×5630mm

空浴汽化器具体采用一台100立方/3.0空温式汽化器，利用空气流通温度达到将液体转化成气体的目的，节能环保。空温式汽化器是为液氧、液氮、液氩设计的，如果用于二氧化碳汽化，因二氧化碳液体的温度为-35℃，较液氧、液氮(-196℃)、液氩温差较大，所以在选型时应大于常规选型的3～4倍，已知用气量为每小时10m³，故采用100/3.0型空温式汽化器。因空温式汽化器其无需采用电能，利用空气中的热能将流过翅片中的液态CO₂转换成气态CO₂，可在空气温度高于-10℃情况下使用，因而具有节能的特性。

真空加气装置包括2个并联设置的自动真空加气器，具体采用投加流量为10kg/h的柜式CO₂真空加气器。CO₂真空加气器的工作原理：在吸气型水射器产生的真空下运行，真空经由塑料软管或硬管，首先传递到加气器，随后传递到真空调节器。气体进入真空调节器，真空调节器内的膜片一侧承受真空的作用，而另一侧承受大气压。膜片上的作用力会推动弹簧加载型阀杆离开阀座。通过这种方式，不但确保加气机前保持适当的真空度，还能使气体流向加气机。同样在真空的作用下，气体进入加气机。通过流量计可以测量得到气体的流量，并且可以通过调节V型槽的过流面积有效的控制流量。在此过程中，通过差压调节阀可以获得稳定的气体流量。差压调节阀可确保V型槽两侧具有恒定的压差。气体进入水射器。在水射器内，经过计量的气体溶解到水中。所产生的溶液最终被投加到投加点。CO₂真空加气器的控制方法：可以采用以下一种或两种方式控制CO₂真空加气器的供给量：一种方式是通过切断水射器压力水从而切断加氯机的工作真空度，另一种方式是在V型槽上下游真空压差恒定的前提下，调节V型槽过流面积。再一种是手动控制控制方式：即利用加氯机前面的调节旋钮改变过流面积(V型槽旋塞位置)。再一种是启停或程序控制方式：通过水射器的间断性供水实现加氯机工作真空度的启动和停止。可以通过在水泵、开关、控制器或计时器的控制回路内连接电磁阀或电动阀来实现水射器的间断性供水，还可以在水射器的气体管路内安装专用电磁阀来实现水射器的间断性供水。

通过真空加气装置将气态CO₂投加至水射器，气态CO₂在水射器中与泵水装置输送的水充分溶解成为矿化所需的碳酸水。

泵水装置包括与水射器连接的输水管和至少1个增压泵，泵水装置用于向水射器中输送用于溶解CO₂的水。

前述的这种淡化水调质系统，所述第二投加系统包括至少1个装有碱的箱体和至少1个送药泵，送药泵的进药口通过管路与装有碱的箱体连接，送药泵的出药口通过管路与产水管连接。

一种调节水质的方法，包括如下步骤：

步骤S01:向经淡化处理后的淡化水中加入溶解有CO₂的碳酸水，形成混合淡化水；

步骤S02:矿化处理混合淡化水，提高混合淡化水中Ca2+的浓度，增加淡化水的碱度和硬度；

步骤S03:净化矿化处理后的混合淡化水，产生净化水；

步骤S04：检测净化水的浊度是否超标，若浊度超标，则启动自动反洗系统；

步骤S05：检测经浊度检测后的净化水的PH值是否为8.0～9.0，若超出该范围，则进行步骤S06。

步骤S06：调节经浊度检测后净化水的PH值至8.0～9.0的范围，向经浊度检测后的净化水中加入碱。

前述的这种调节水质的方法，所述矿化处理混合淡化水的矿化处理方式包括将混合淡化水输送至矿化装置的碳酸钙填料层，使混合淡化水中的碳酸与碳酸钙充分反应后生成Ca²⁺和HCO^3-。

前述的这种调节水质的方法，所述净化矿化处理后的混合淡化水的净化方式包括将经矿化处理后的混合淡化水流过石英砂层并通过水帽排出。

经本发明系统和方法所调节后水的水质可满足如下表2所示参数要求。

表2

成分	单位	数值
			PH(25℃)		8.0～9.0
总溶解固体物	ppm	≦600
			总悬浮固体物	ppm	≦0.1
氯/氯化物	ppm	≦250
			总硬度(以CaCO<sub>3</sub>计)	ppm	≧40
碱度(以CaCO<sub>3</sub>计)	ppm	≧40

与现有技术相比，本发明系统通过利用第一投加系统向经反渗透膜淡化处理后所得的淡化水中加入溶解有CO₂(二氧化碳)的碳酸水，形成能与碳酸钙反应的碳酸。通过矿化系统对经反渗透膜淡化处理后所得淡化水的水质进行碱度和硬度的调节，降低淡化水的腐蚀性，使经矿化系统矿化处理后的淡化水的水质更加稳定。利用第二投加系统用于向经矿化系统处理后的净化水中加入碱，以调节经矿化系统处理后的净化水的PH值，降低经矿化系统处理后的净化水的腐蚀性。本发明系统和方法可以提高淡化水中钙离子的含量，解决了淡化水水质不稳定的问题，使淡化水不具有腐蚀性。

附图说明

图1是本发明的一种淡化水调质系统的工作原理图；

图2是本发明一种淡化水调质系统的结构示意图；

图3是本发明第一投加系统的结构示意图；

图4是本发明实施例2中所采用压力式容器的结构示意图，a为主视图，b为右视图，c为俯视图；

图5是本发明的实施例2中所采用空温式汽化器的结构示意图。

附图标记：1-矿化系统，101-矿化床，2-第一投加系统，201-存储罐，202-空浴汽化器，203-减压阀组，2031-第一阀组，2032-第二阀组，2033-第一分支管，2034-第二分支管，204-真空加气装置，205-水射器，206-泵水装置，3-自动反洗系统，301-反洗风机，4-第二投加系统，5-淡水输送管，6-反渗透产水箱，7-淡水输送泵，8-产水管，9-浊度检测装置，10-PH值检测装置。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例1：如图1所示，一种淡化水调质系统，淡化水调质系统设置在反渗透膜淡化处理系统和发电机组之间，淡化水调质系统包括矿化系统1、第一投加系统2、自动反洗系统3和第二投加系统4，矿化系统1通过淡水输送管5与反渗透产水箱6连接，淡水输送管5上设置有淡水输送泵7，第一投加系统2设置于淡水输送泵7和矿化系统1之间，矿化系统1经产水管8与第二投加系统4连接，自动反洗系统3与矿化系统1连接。

进一步的，矿化系统1包括3个矿化床101(如图2所示)和设置在矿化床101顶部的进水装置，矿化床101的内部设置有矿化处理层。矿化处理层包括碳酸钙填料层和石英砂层，石英砂层设置于碳酸钙填料层的下方。矿化床101采用压力式容器(如图4所示)，采用如图4所示的压力式容器可使水流自上而下流动，从而使淡化水依次流经碳酸钙填料层和石英砂层，此种压力式容器的底部设置有多孔板式水帽，多孔板式水帽与石英砂层共同起到过滤作用。进水装置为十字形母支管形式。

进一步的，产水管8上设置有浊度检测装置9，浊度检测装置9与自动反洗系统3连接。

进一步的，产水管8上设置有PH值检测装置10，PH检测装置10与第二投加系统4连接。

具体的，如图3所示，第一投加系统2包括存储罐201、空浴汽化器202、减压阀组203、真空加气装置204、水射器205和泵水装置206，存储罐201与空浴汽化器202连接，空浴汽化器202与减压阀组203连接，减压阀组203与真空加气装置204连接，真空加气装置204与水射器205连接，水射器205与泵水装置206连接。存储罐201用于存储液态二氧化碳。为了获取碳酸水，经空浴汽化器202将液态二氧化碳转化为气态二氧化碳，气态二氧化碳经减压阀组203减压后排向真空加气装置204，通过真空加气装置204将气态二氧化碳投加至水射器205，在水射器205中气态二氧化碳与水充分溶解形成碳酸水。与气态二氧化碳溶解的水由泵水装置206输送至水射器205中。

具体的，第二投加系统4为碱加药系统，包括至少1个装有碱的箱体和至少1个送药泵，送药泵的进药口通过管路与装有碱的箱体连接，送药泵的出药口通过管路与产水管8连接。

本发明的实施例2：如图1所示，一种淡化水调质系统，淡化水调质系统设置在反渗透膜淡化处理系统和发电机组之间，淡化水调质系统包括矿化系统1、第一投加系统2、自动反洗系统3和第二投加系统4，矿化系统1通过淡水输送管5与反渗透产水箱6连接，淡水输送管5上设置有淡水输送泵7，第一投加系统2设置于淡水输送泵7和矿化系统1之间，矿化系统1经产水管8与第二投加系统4连接，自动反洗系统3与矿化系统1连接。

进一步的，矿化系统1包括3个矿化床101(如图2所示)和设置在矿化床101顶部的进水装置(图中未示出)，矿化床101的内部设置有矿化处理层。矿化处理层包括碳酸钙填料层和石英砂层，石英砂层设置于碳酸钙填料层的下方，碳酸钙填料层的高度为2500mm。矿化床101采用如图4所示的压力式容器，采用如图4所示的压力式容器可使水流自上而下流动，从而使淡化水依次流经碳酸钙填料层和石英砂层，此种压力式容器的底部设置有多孔板式水帽，多孔板式水帽与石英砂层共同起到过滤作用。进水装置为十字形母支管形式。

进一步的，产水管8上设置有浊度检测装置9，浊度检测装置9与自动反洗系统3连接。其中自动反洗系统3包括2台反洗风机301，其中1台反洗风机301作为后备使用。

进一步的，产水管8上设置有PH值检测装置10，PH检测装置10与第二投加系统4连接。PH检测装置10为PH计。

具体的，如图3所示，第一投加系统2包括存储罐201、空浴汽化器202、减压阀组203、真空加气装置204、水射器205和泵水装置206，存储罐201与空浴汽化器202连接，空浴汽化器202与减压阀组203连接，减压阀组203与真空加气装置204连接，真空加气装置204与水射器205连接，水射器205与泵水装置206连接。存储罐201用于存储液态二氧化碳。为了获取碳酸水，经空浴汽化器202将液态二氧化碳转化为气态二氧化碳，气态二氧化碳经减压阀组203减压后排向真空加气装置204，通过真空加气装置204将气态二氧化碳投加至水射器205，在水射器205中气态二氧化碳与水充分溶解形成碳酸水。与气态二氧化碳溶解的水由泵水装置206输送至水射器205中，水射器205包括喷嘴、吸入室、可调喉管和扩散管，可调喉管的直径为2英寸。空浴汽化器202采用结构如图5所示的空温式汽化器。加压阀组203包括有2个真空调节器。真空加气装置204包括有2个真空加气器。泵水装置206包括有2台增压泵。

其中淡水输送泵、矿化床、反洗风机、存储罐201、空温式汽化器、减压阀组、真空调节器、真空加气器、水射器205及增压泵的设备规格及主要性能如表3所示。

表3

具体的，如图2所示，减压阀组203包括有第一阀组2031和第二阀组2032，第一阀组2031包括依次设置在管路上的过滤器、第一低温截止阀、压力表、安全阀、第二低温截止阀、第一减压阀和排气阀；第二阀组2032包括设置在并联管路第一分支管2033上的第二减压阀和第一真空调节器，及设置在并联管路第二分支管2034上的第三减压阀、第二真空调节器。所述并联管路设置在第一阀组2031和真空加气装置204之间。

具体的，第二投加系统4为碱加药系统，包括1个装有碱的箱体和2个送药泵，送药泵的进药口通过管路与装有碱的箱体连接，送药泵的出药口通过管路与产水管8连接。其中1个送药泵备用。

本发明的实施例3：一种调节水质的方法，包括如下步骤：步骤S01:向经淡化处理后的淡化水中加入溶解有CO₂的碳酸水，形成混合淡化水；步骤S02:矿化处理混合淡化水，提高混合淡化水中Ca²⁺的浓度，增加淡化水的碱度和硬度；步骤S03:净化矿化处理后的混合淡化水，产生净化水；步骤S04：检测净化水的浊度是否超标，若浊度超标，则启动自动反洗系统；步骤S05：检测经浊度检测后的净化水的PH值是否为8.0～9.0，若超出8.0～9.0的范围，则进行步骤S06。步骤S06：调节经浊度检测后净化水的PH值至8.0～9.0的范围，向经浊度检测后的净化水中加入碱。矿化处理混合淡化水的矿化处理方式包括将混合淡化水输送至矿化装置的碳酸钙填料层，使混合淡化水中的碳酸与碳酸钙充分反应后生成Ca²⁺和HCO^3-。净化矿化处理后的混合淡化水的净化方式包括将经矿化处理后的混合淡化水流过石英砂层并通过水帽排出。

本发明淡化水调质系统的工作原理：

通过淡水输送泵7将反渗透产水箱6内经淡化处理后的淡化水输送至设置在矿化床101顶部的进水装置，经淡化处理后的淡化水进入矿化床101之前利用第一投加系统2向经淡化处理后的淡化水中加入溶解有二氧化碳的碳酸水，从而使得淡化水中混有能够与碳酸钙反应的碳酸。淡化水和溶解有二氧化碳的碳酸水形成混合淡化水，混合淡化水形成后被输送至矿化系统1的矿化处理层进行矿化处理。混合淡化水具体通过进水装置依次被输送至矿化床101的碳酸钙填料层和石英砂层，经过碳酸钙填料层时，混合淡化水中的碳酸与碳酸钙充分反应生成Ca²⁺和HCO^3-，从而达到增加淡化水碱度和硬度的目的。经碳酸钙填料层后的水再经过碳酸钙填料层底部的石英砂层，并通过水帽经产水管8排出，从而保证经碳酸钙填料层后的矿化水的浊度。

矿化水流经产水管8时，通过浊度检测装置9检测水的浊度是否达标，若不达标，则启动自动反洗系统3，对矿化处理后的水进行再次过滤处理。

浊度达标的净化水再通过PH值检测装置10，若经检测PH值不在8.0～9.0的范围内，则通过第二投加装置向经浊度达标的水中加入碱，以调节水的PH值。

Claims (10)

1.一种淡化水调质系统，其特征在于，所述淡化水调质系统设置在反渗透膜淡化处理系统和发电机组之间，淡化水调质系统包括矿化系统(1)、第一投加系统(2)、自动反洗系统(3)和第二投加系统(4)，所述矿化系统(1)通过淡水输送管(5)与反渗透产水箱(6)连接，所述淡水输送管(5)上设置有淡水输送泵(7)，所述第一投加系统(2)设置于所述淡水输送泵(7)和矿化系统(1)之间，所述矿化系统(1)经产水管(8)与第二投加系统(4)连接，所述自动反洗系统(3)与矿化系统(1)连接。

2.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述矿化系统(1)包括至少2个矿化床(101)和设置在矿化床(101)顶部的进水装置，所述矿化床(101)的内部设置有矿化处理层。

3.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述矿化处理层包括碳酸钙填料层和石英砂层，所述石英砂层设置于碳酸钙填料层的下方；所述矿化床采用压力式容器，压力式容器的底部设置有水帽。

4.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述产水管(8)上设置有浊度检测装置(9)，浊度检测装置(9)与自动反洗系统(3)连接。

5.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述产水管(8)上设置有PH值检测装置(10)，PH检测装置(10)与第二投加系统(4)连接。

6.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述第一投加系统(2)包括存储罐(201)、空浴汽化器(202)、减压阀组(203)、真空加气装置(204)、水射器(205)和泵水装置(206)，所述存储罐(201)与空浴汽化器(202)连接，空浴汽化器(202)与减压阀组(203)连接，所述减压阀组(203)与真空加气装置(204)连接，所述真空加气装置(204)与水射器(205)连接，所述水射器(205)与泵水装置(206)连接。

7.根据权利要求1所述的一种淡化水调质系统，其特征在于，所述第二投加系统(4)包括至少1个装有碱的箱体和至少1个送药泵，送药泵的进药口通过管路与装有碱的箱体连接，送药泵的出药口通过管路与产水管(8)连接。

8.采用如权利要求1～7中任一项权利要求所述的淡化水调节系统调节水质的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S01:向经淡化处理后的淡化水中加入溶解有CO₂的碳酸水，形成混合淡化水；

步骤S02:矿化处理混合淡化水，提高混合淡化水中Ca²⁺的浓度，增加淡化水的碱度和硬度；

步骤S03:净化矿化处理后的混合淡化水，产生净化水；

步骤S04：检测净化水的浊度是否超标，若浊度超标，则启动自动反洗系统；

步骤S05：检测经浊度检测后的净化水的PH值是否为8.0～9.0，若超出该范围，则进行步骤S06。

步骤S06：调节经浊度检测后净化水的PH值至8.0～9.0的范围，向经浊度检测后的净化水中加入碱。

9.根据权利要求8所述的调节水质的方法，其特征在于，所述矿化处理混合淡化水的矿化处理方式包括将混合淡化水输送至矿化装置的碳酸钙填料层，使混合淡化水中的碳酸与碳酸钙充分反应后生成Ca²⁺和HCO^3-。

10.根据权利要求9所述的调节水质的方法，其特征在于，所述净化矿化处理后的混合淡化水的净化方式包括将经矿化处理后的混合淡化水流过石英砂层并通过水帽排出。