申请日2016.11.30
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F5/06; C02F101/10
摘要
本发明涉及一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，以含钙原水、水处理剂和种植型羟基磷灰石滤粒为起始原料，经种植型羟基磷灰石滤粒一级种植、种植型羟基磷灰石滤粒二级种植和除钙处理水过滤，得到处理后的除钙净水。本发明的新工艺集种植/除植功能于一体，通过一级种植和二级种植既能够满足种植氟磷酸钙晶体乳石的需要，又能够满足解植氟磷酸钙晶体乳石的需要，种植/除植过程循环往复，大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命，且无需另外设置种植型羟基磷灰石滤粒的再生设备。
摘要附图
权利要求书
1.一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，以含钙原水、水处理剂和种植型羟基磷灰石滤粒为起始原料，经种植型羟基磷灰石滤粒一级种植、种植型羟基磷灰石滤粒二级种植和除钙处理水过滤，得到处理后的除钙净水，其具体步骤包括如下：
步骤1，原料计量配置：起始原料包括含钙原水、氟化物水处理剂和磷酸盐水处理剂，按照摩尔份数配置，含钙原水:氟化物水处理剂=10:0.5～2、含钙原水:磷酸盐水处理剂=10:3～6;其中，所述含钙原水中钙离子的浓度不小于400ppm，所述氟化物水处理剂为氟化钠或氟化钾，所述磷酸盐水处理剂为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠;还包括种植型羟基磷灰石滤粒，按照质量份数配置：每小时每吨含钙原水所需投加种植型羟基磷灰石滤粒的质量为50～250kg;所述种植型羟基磷灰石滤粒为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合的滤粒。
步骤2，种植型羟基磷灰石滤粒一级种植：将步骤1配置后的含钙原水通过管道送入含种植型羟基磷灰石滤粒的种植反应釜中，在1-50℃的温度范围和0.1-0.6Mpa的管道压力的条件下，向种植反应釜的含钙原水中添加氟化物水处理剂和磷酸盐水处理剂，通过控制含钙原水的流动速度，使其与含钙原水进行充分混合，形成含钙原水悬浊液;并且使所述种植型羟基磷灰石滤粒在含钙原水悬浊液的液流冲击下悬浮起来，形成浮动床，接下来，所述含钙原水悬浊液与种植型羟基磷灰石滤粒进行一级种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷酸钙晶核，从而得到含氟磷酸钙乳石晶核的悬浊液;所述含钙原水悬浊液通过所述种植型羟基磷灰石滤粒的过滤时间与一级种植反应釜中种植型羟基磷灰石滤粒的一级种植反应时间相等;
步骤3，种植型羟基磷灰石滤粒二级种植：将步骤2得到的含氟磷酸钙晶核的悬浊液通过管道送入含种植型羟基磷灰石滤粒的二级种植反应釜中，继续与种植型羟基磷灰石滤粒进行二级种植反应，控制含氟磷酸钙晶核的悬浊液在二级种植反应釜中的流动速度,该流动速度为步骤2所述含钙原水悬浊液的流动速度的1/3～2/3;在已形成氟磷酸钙晶核的基础上继续生长形成氟磷酸钙晶体乳石，同时得到除钙处理水;所述含氟磷酸钙晶核的悬浊液通过所述种植型羟基磷灰石滤粒的过滤时间与二级种植反应釜中种植型羟基磷灰石滤粒的二级种植反应时间相等;
步骤4，除钙处理水过滤：将步骤3得到的除钙处理水送入设有石英砂过滤床的过滤釜进行过滤清洁处理，经过设定的过滤时间，得到过滤清洁处理后的除钙净水;
步骤5，二级种植的除植：采用超声波发生器协同清水对步骤4所述的经二级种植后的种植型羟基磷灰石滤粒进行定时除植冲洗，去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷酸钙晶体乳石，以恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力;
步骤6，过滤床的清洗：采用净水对步骤6石英砂过滤床进行定时清洁清洗，去除石英砂上的粘附物，以恢复石英砂床的过滤清洁能力。
2.根据权利要求1所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤1所述含钙原水:氟化物水处理剂=10:0.5～1、含钙原水﹕磷酸盐水处理剂=10:4～5。
3.根据权利要求2所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤1所述种植型羟基磷灰石滤粒结构中的羟基迁移料体的内核种植层的羟基含量为1.19～1.7%、羟基交换料体的过渡种植层的羟基含量为1.7～2.21%、乳石种植料体的外表种植层的羟基含量为2.21～2.72%。
4.根据权利要求3所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤2所述含钙原水的流动速度≧10m/h。
5.根据权利要求4所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤2所述的一级种植反应时间≧10min。
6.根据权利要求5所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤3所述的二级种植反应时间≧10min。
7.根据权利要求6所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤4所述过滤时间为10～15min。
8.根据权利要求7所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤5所述定时除植冲洗的时间为10～15min。
9.根据权利要求8所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤6所述定时清洁清洗的时间为15～30min。
10.根据权利要求9所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，步骤2所述一级种植反应釜包括毗联式双体反应釜、毗联式流道反应釜、高速反应釜或单体反应釜;步骤3所述二级种植反应釜包括毗联式双体反应釜、毗联式流道反应釜、高速反应釜或单体反应釜。
11.根据权利要求10所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述毗联式双体反应釜包括设有种植/除植两用的毗联式A和B半圆柱形筒体，所述毗联式A半圆柱形筒体中设有种植型羟基磷灰石滤粒及包覆种植型羟基磷灰石滤粒的半圆形筛网种植/除植片A组，所述毗联式B半圆柱形筒体中设有种植型羟基磷灰石滤粒及包覆种植型羟基磷灰石滤粒的半圆形筛网种植/除植片B组。
12.根据权利要求11所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒设置在半圆形筛网种植/除植片的表面，所述包覆种植型羟基磷灰石滤粒的包覆厚度为1-10mm;半圆形筛网种植/除植片的筛孔孔径为40-60目。
13.根据权利要求12所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述半圆形筛网种植/除植片之间所对应的毗联式A和B半圆柱形筒体的内壁上设有超声波发生器，所述超声波发生器的数量与所述半圆形筛网种植/除植片之间的间隔数量相等，所述超声波发生器的功率为100-300w、频率为20-40KHz。
14.根据权利要求10所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述毗联式流道反应釜包括在圆柱形筒体内设有带圆柱轴杆的矩形种植/除植两用隔板将圆柱形筒体分隔为毗联式的左半圆柱形密封筒体和右半圆柱形密封筒体，所述左和右半圆柱形密封筒体中均设有包覆种植型羟基磷灰石滤粒的左筛网种植/除植两用流道隔板并形成左和右水道，所述左和右水道中均设有种植型羟基磷灰石滤粒。
15.根据权利要求10所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述高速反应釜包括在种植反应的圆柱形筒体内设置单体种植/除植两用床或串联式单体种植/除植两用床，所述单体种植/除植两用床包括由圆盘形的上筛网种植/除植片与下筛网种植/除植片将圆柱形筒体的中间部位隔为设有种植型羟基磷灰石滤粒的种植/除植滤料仓，所述上筛网种植/除植片和下筛网种植/除植片的表面均设有种植型羟基磷灰石滤粒的包覆层。
16.根据权利要求10所述的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，所述单体反应釜包括在种植反应的圆柱形筒体内设置由上下两块包覆种植型羟基磷灰石滤粒的种植/除植两用筛孔板包裹的除氟水处理腔体，所述除氟水处理腔体中设有种植型羟基磷灰石滤粒，该滤粒在种植/除植过程中被设置在除氟水处理腔体底部的旋转式波轮的作用下呈悬浮式运行的状态。
说明书
一种多级种植除钙水处理的新工艺
技术领域
本发明属于水处理工艺技术领域，特别是涉及一种多级种植除钙水处理的新工艺。
背景技术
硬度是水质检测的一项重要指标。由于地理条件及环境污染等原因，很多地方水的硬度都很高，含有较多可溶性钙、镁化合物。国家标准GB5749-2006对饮用水的硬度规定为不能超过450毫克/升。如果水中硬度过高，饮用后对人体健康与日常生活都有一定的影响。硬度在8以上通常称为硬水，硬水烧开后，会出现白沫浮在水的表面上或沉淀在水壶或水杯底部，白色混浊，令人感官不舒服，饮用会造成肠胃功能紊乱;厨房、卫生间的墙壁、瓷砖、厨具、底板、浴盆、马桶、漱洗池等因为硬水会结垢结渍;硬水用于洗涤也会产生坏处，浪费洗涤剂，彩色衣服易褪色，白衣服会暗淡发黄，衣物晾干后板结发硬不柔软，洗衣机的磨损加快;用硬水洗浴皮肤不滑爽，头发晦暗。长期饮用硬水还会造成各类结石病。水中硬度过大会对人们的生活和健康带来较大隐患。硬水还会在锅炉内形成水垢，不仅降低锅炉的传热效率和能量利用效率，使耗能增大，浪费燃料，而且生成的水沟易于堵塞管道，造成安全隐患。公知的硬水软化方法，如采用蒸馏法，但成本较高;采用RO膜、电渗析法等，其设备复杂，操作不便，且费电费水，运行成本高;采用离子交换法，需要频繁再生交换树脂，操作不便，运行成本较高，且制备的出水中钠离子较多，易引起脑血管病、心血管病、高血压等病患。
中国专利申请CN201110234535.1中公开了一种用于去除饮用水中硬度的装置及方法，该方案包括水力比例加药器和与所述水力比例加药器出水口依次串联的石英砂滤柱、木质活性炭滤柱和超滤膜。去除饮用水中硬度的方法是，利用水力比例加药器向饮用水中投入三氯化铁絮凝剂，自来水水压作为动力，无需用电，通过三氯化铁的絮凝作用，水中的钙离子可直接吸附在氧化物表面，又通过已经被吸附的有机物分子的官能团与有机物结合形成配位体;絮凝后的水再通过石英砂和活性炭进一步吸附过滤，加大对钙离子的吸附，然后经超滤膜过滤生成的胶体物，最后得到澄清的低硬度的饮用水。该方案采用絮凝沉淀和超滤的方法去除水中钙离子，絮凝沉淀需要较长的时间和较慢的过滤速度，因此该方案只能适用于处理少量水的场合，例如家用净水终端，不能解决大量连续处理硬水的工况。
综上所述，如何克服现有除钙水处理工艺方法及除钙材料所存在的不足已成为当今水处理技术领域中亟待解决的重点难题之一。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种多级种植除钙水处理的新工艺，本发明的新工艺集种植/除植功能于一体，通过一级种植和二级种植既能够满足种植氟磷酸钙晶体乳石的需要，又能够满足氟磷酸钙晶体乳石除植的需要，种植/除植过程循环往复，大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命，且无需另外设置种植型羟基磷灰石滤粒的再生设备。
根据本发明提出的一种多级种植除钙水处理的新工艺，其特征在于，以含钙原水，水处理剂和种植型羟基磷灰石滤粒为起始原料，经种植型羟基磷灰石滤粒一级种植、种植型羟基磷灰石滤粒二级种植和除钙处理水过滤，得到处理后的除钙净水，其具体步骤包括如下：
步骤1，原料计量配置：起始原料包括含钙原水、氟化物水处理剂和磷酸盐水处理剂，按照摩尔份数配置，含钙原水﹕氟化物水处理剂=10:0.5～2、含钙原水:磷酸盐水处理剂=10:3～6;其中，所述含钙原水中钙离子的浓度不小于400ppm，所述氟化物水处理剂为氟化钠或氟化钾，所述磷酸盐水处理剂为磷酸二氢钠或磷酸氢二钠;还包括种植型羟基磷灰石滤粒，按照质量份数配置：每小时每吨含钙原水所需投加种植型羟基磷灰石滤粒的质量为50～250kg;所述种植型羟基磷灰石滤粒为其结构中自滤粒的内核至外表面，以羟基含量的递增而依次分为含羟基迁移料体的内核种植层、含羟基交换料体的过渡种植层和含乳石种植料体的外表种植层，且相邻两层之间为化学键合的滤粒。
步骤2，种植型羟基磷灰石滤粒一级种植：将步骤1配置后的含钙原水通过管道送入含种植型羟基磷灰石滤粒的种植反应釜中，在1-50℃的温度范围和0.1-0.6Mpa的管道压力的条件下，向种植反应釜的含钙原水中添加氟化物水处理剂和磷酸盐水处理剂，通过控制含钙原水的流动速度，使其与含钙原水进行充分混合，形成含钙原水悬浊液;并且使所述种植型羟基磷灰石滤粒在含钙原水悬浊液的液流冲击下悬浮起来，形成浮动床，接下来，所述含钙原水悬浊液与种植型羟基磷灰石滤粒进行一级种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒上形成氟磷酸钙晶核，从而得到含氟磷酸钙乳石晶核的悬浊液;所述含钙原水悬浊液通过所述种植型羟基磷灰石滤粒的过滤时间与一级种植反应釜中种植型羟基磷灰石滤粒的一级种植反应时间相等;
步骤3，种植型羟基磷灰石滤粒二级种植：将步骤2得到的含氟磷酸钙晶核的悬浊液通过管道送入含种植型羟基磷灰石滤粒的二级种植反应釜中，继续与种植型羟基磷灰石滤粒进行二级种植反应，控制含氟磷酸钙晶核的悬浊液在二级种植反应釜中的流动速度,该流动速度为步骤2所述含钙原水悬浊液的流动速度的1/3～2/3;在已形成氟磷酸钙晶核的基础上继续生长形成氟磷酸钙晶体乳石，同时得到除钙处理水;所述含氟磷酸钙晶核的悬浊液通过所述种植型羟基磷灰石滤粒的过滤时间与二级种植反应釜中种植型羟基磷灰石滤粒的二级种植反应时间相等;
步骤4，除钙处理水过滤：将步骤3得到的除钙处理水送入设有石英砂过滤床的过滤釜进行过滤清洁处理，经过设定的过滤时间，得到过滤清洁处理后的除钙净水;
步骤5，二级种植的除植：采用超声波发生器协同清水对步骤4所述的经二级种植后的种植型羟基磷灰石滤粒进行定时除植冲洗，去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷酸钙晶体乳石，以恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力;
步骤6，过滤床的清洗：采用净水对步骤6石英砂过滤床进行定时清洁清洗，去除石英砂上的粘附物，以恢复石英砂床的过滤清洁能力。
本发明的实现原理是：针对现有各种除钙水处理工艺方法所存在的不足，本发明开创性地提出了种植法除钙水处理的新方案。所述种植法除钙水处理的过程：一是通过在含钙原水中投加氟化物和磷酸盐并形成混合液，使其具备了生成氟磷酸钙固体的条件;二是在混合液中投加种植型羟基磷灰石滤粒，利用种植型羟基磷灰石滤粒表层富有羟基含量的特点，使混合液中的钙离子、磷酸根离子和氟离子与种植型羟基磷灰石滤粒迅速发生化学键合而形成氟磷酸钙晶核;三是氟磷酸钙晶核继续与含钙原水中的钙离子、磷酸根离子、氟离子进一步发生反应而生长成为氟磷酸钙晶体乳石;四是因氟磷酸钙晶体乳石在种植型羟基磷灰石滤粒上的化学键合力较弱，定时用水冲洗种植型羟基磷灰石滤粒，促使种植型羟基磷灰石滤粒相互之间发生摩擦，即可去除种植型羟基磷灰石滤粒上生长的氟磷酸钙晶体乳石，极为方便地恢复种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。本发明提出的一种多级种植除钙水处理的新工艺是以所述种植型羟基磷灰石滤粒为种植载体，通过先行种植氟磷酸钙晶体乳石和之后除植氟磷酸钙晶体乳石来达到除钙水处理的目的。具体工艺过程为：种植是将含有钙离子、磷酸根离子、氟离子的含钙原水悬浊液连续送入种植除钙水处理的反应釜设备中，所述反应釜设备中设有含种植型羟基磷灰石滤粒的筛网种植/除植两用床，所述含钙原水悬浊液与设在筛网种植/除植两用床上的种植型羟基磷灰石滤粒进行种植反应，在种植型羟基磷灰石滤粒的表层形成氟磷酸钙晶核;接下来，所述含钙原水悬浊液继续与含氟磷酸钙晶核的种植型羟基磷灰石滤粒进行种植反应，使氟磷酸钙晶核继续生长成为氟磷酸钙晶体乳石;同时经种植后的含钙原水悬浊液通过筛网种植/除植两用床的过滤而得到除钙过滤水。除植是在冲洗水流速与超声波发生器的协同作用下，对筛网种植/除植两用床上的种植型羟基磷灰石滤粒进行定时除植冲洗，去除含种植型羟基磷灰石滤粒上种植形成的氟磷酸钙晶体乳石，以恢复含种植型羟基磷灰石滤粒的种植能力。本发明不仅大大提高了对含钙原水的除钙能力，而且还大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命。
本发明与现有技术相比其显著优点在于：
一是根据种植法除钙水处理的原理，本发明首创了种植法除钙水处理的新工艺及种植型羟基磷灰石滤粒;本发明的反应速度快，单位时间内处理水量大，能够满足种植法除钙水处理过程连续化生产的需要。
二是本发明的种植型羟基磷灰石滤粒是以羟基含量的递增而形成多层功能的结构设计，内核种植层中的羟基迁移料体、过渡种植层中的羟基交换料体、外表种植层的乳石种植料体三者依次发挥协同作用，从而使得本发明的除钙水处理效率比现有除钙水处理有大幅度的提高。
三是本发明的新工艺集种植/除植功能于一体，通过一级种植反应和二级种植反应，既能够满足种植氟磷酸钙晶体乳石的需要，又能够满足氟磷酸钙晶体乳石除植的需要，种植/除植过程循环往复，大大延长了种植型羟基磷灰石滤粒的使用寿命，且无需另外设置种植型羟基磷灰石滤粒的再生设备。
四是本发明的种植型羟基磷灰石滤粒为非铝基水处理材料，将其应用于种植法除钙水处理新工艺，实施简便可靠，设备简洁，占地面积小，维护方便，运行成本较低，且不存在铝离子超标的问题。
五是本发明克服了传统的吸附式工艺对滤料必须定期更换和再生的难题，使用安全可靠，适用于在水处理技术领域中广泛推广应用。