一种去除地下水暂时硬度的方法及其装置与流程

本发明属于水处理设备领域，具体涉及一种去除地下水暂时硬度的方法及其装置。

技术背景

地下水是我国居民重要和优质的饮用水水源。大中城市由于用水量大而普遍采用地表水水源地表水源主要包括河流、湖泊、水库等，其特点是硬度低，但是悬浮杂质多，有机物和细菌多，水处理相对复杂，并且易受到外界环境的影响和污染，而将地下水作为城市备用水源。相比于地表水，地下水具有悬浮杂质少，有机物和细菌少，水处理相对容易，并且不易受到外界环境的影响和污染，在中小城市、镇和农村普遍采用地下水水源。

地下水普遍存在硬度和暂时硬度(水垢)高的问题。水垢是在烧开水过程中由暂时硬度形成的，即碳酸盐硬度，是总硬度的一部分，相当于与水中重碳酸盐和少量碳酸盐结合的钙、镁所形成的硬度，当水煮沸时，钙、镁的重碳酸盐分解生成沉淀从而降低水的硬度，可以用煮沸的方法来去除部分硬度。如果硬水中钙和镁主要以硫酸盐、硝酸盐和氯化物等形式存在，即为永久硬度。

水垢多导致饮用开水感官性差，对居民生活和身体健康存在潜在影响。尽管我国《生活饮用水卫生标准》中规定水的总硬度不得超过450mg/L，但对暂时硬度没有限制规定。喀斯特地区地表水中大量存在的HCO3^-和CO3^2-离子，烧开后在水中出现大量沉淀和漂浮物，导致浊度升高，部分水浊度超过5NTU，这与我国饮用水关于浊度和不得有可见物规定矛盾。我国《生活饮用水卫生标准》是在参考WHO和西方发达国家相关标准而制定的，其制定依据是饮用生水，而与我国居民常以烧开水饮用差异较大，前者主要饮用溶解的钙、镁离子，我国居民饮用的是部分离子转化为碳酸钙，长期饮用高碳酸钙水对正常人影响不明。没有经常引用硬水的人一旦长期饮用硬水，则会出现不适症状，造成腹泻和肠胃功能紊乱，即所谓的“水土不服”；用硬水洗衣，肥皂起沫少，造成浪费；用硬水烹调鱼肉、蔬菜，会因不易煮熟而降低食物的营养价值；用硬水洗头，会使头发黏结、发脆等。

目前处理高硬度水的技术主要有药剂软化法、离子交换法和膜软化法。药剂软化法适用于用水量小的情况，当用水量大时运行成本偏高，由于加入了化学物质使水的的应用受到了很大限制。离子交换软化法工艺设备复杂，需要消耗大量的酸或盐做再生剂，成本相对较高。膜软化法运行过程中动力消耗较大，制水成本较高。离子交换法和膜软化法都需要较为繁琐的预处理过程，以减轻主体工艺中树脂或膜材料受到的污染，离子交换使得水中钠离子等增加。

现有的软化技术处理成本高，急需一种经济去地下水水垢工艺。我国常见的地表水源总硬度满足《生活饮用水卫生标准》，但水垢引起的群众不满意投诉多见，现有的处理技术，在水厂需建设复杂和庞大的处理系统，处理成本高。而且从现有研究成果表明溶解钙镁离子对人体无显著影响，寻求经济地去除地下水水垢的技术，对于提高饮用开水感官和消除饮用碳酸钙潜在问题非常重要，到目前为止国内外关于饮用水硬度处理研究，主要集中于总硬度降低工艺中，而对水垢即暂时硬度研究不多见，无成熟工艺和设备。因此本发明着力于寻求出一种简单易行，并且成本相当低廉的处理方法来去除暂时硬度。

技术实现要素：

针对目前饮用水暂时硬度大，易结垢的问题，本发明的目的在于提供一种去除地下水暂时硬度的方法及其装置，从去除水中HCO3^-和CO3^2-的角度出发，来降低水中的暂时硬度，减少水垢的产生，并利用空气与带有CO2气体的水混合，使产生的空气泡将水中的CO2气体带出水面。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种去除地下水暂时硬度的方法，将原水与盐酸混合得到溶有CO2气体的水，溶有CO2气体的水与空气进行气水混合得到含有微小空气泡的水，水中的微小空气泡与水中溶解的CO2气体结合浮出水面使CO2随微小空气泡逸入到大气中将水中的CO2气体去除。

具体的，溶有CO2气体的水与空气的混合体积比为1:6。

更具体的，所述的微小空气泡的直径的大小为0.5～5mm。

实现所述的去除地下水暂时硬度的方法的装置，包括由上到下依次设置的集水吹脱区和气水混合区，连接集水吹脱区和气水混合区设置气水混合器，原水与酸在气水混合区混合得到溶有CO2气体的水，溶有CO2气体的水与空气在气水混合器内混合后传送给集水吹脱区，水中的微小空气泡与水中溶解的CO2气体在集水吹脱区结合浮出水面使CO2随微小空气泡逸入到大气中将水中的CO2气体去除。

具体的，所述的气水混合区包括由上到下依次设置的密封的气室和密封的水室，气水混合器由上到下依次包括气水扩散段、气水混合段和进气进水段；气室中连续充入空气，水室连续充入原水与酸的混合液体，空气和混合液体经进气进水段压入气水混合段，经气水混合段充分混合后的气水混合物经气水扩散段扩散到集水吹脱区。

更具体的，所述的气水混合器由上到下包括气水扩散帽和与气水扩散帽连通的气水混合管，在气水混合管内靠近气水扩散帽的端部同轴设置气水混合轮，在气水混合管远离气水扩散帽的端部沿气水混合管的长度方向在气水混合管的管壁上设置进气进水孔。

另外，在气水混合管的外周设置安装固定壳，安装固定壳为外径由端部向中部逐渐减小的壳体。

进一步的，所述的气室与水室的高度比为6:1，进气进水孔在气室的连通面积与进气进水孔在水室的连通面积比为6:1。

还有，所述的集水吹脱区设置集水吹脱池，集水吹脱池的顶部设置指型槽和集水槽，指型槽的边缘设置集水孔口，集水槽的下部连通出水管。

本发明的优点为：

(1)本发明首先利用酸与水中的HCO3^-和CO3^2-反应后产生溶解的CO2气体，然后将溶有CO2气体的水与空气混合得到含有微小空气泡的水，水中的微小空气泡与水中的CO2气体结合并浮出水面从而将水中的CO2气体脱除，同时还能增加水中的溶解氧，本发明的方法不仅将水中的硬度巧妙的去除了，同时还能提高水中的溶解氧，利于人体的健康；

(2)本发明的实现所述方法的装置，由两部分组成，包括配气配水部分和吹脱集水部分，配气配水部分用于盐酸加入原水充分反应，完成反应后的水进入气水室形成水层，同时由鼓风机鼓吹的空气通过进气管进入气水室形成气层；气和水在吹脱集水部分通过气水混合器发生充分混合与此同时在气水混合轮的剪切下产生微小气泡，微小气泡在上升过程中与溶解在水中的CO2结合成大气泡，这些大气泡上升至水面从而使CO2逸至空气中；

(3)本发明中的气水混合器结构简单，气水混合效果好，可以加工成成品，气水混合器主体材料易购买且价格低廉，池容较小，使在气水室中配气配水更加均匀，提高出水暂时硬度的去除率；占地面积小，可以建在室内，无有毒有害气体产生，管理方便，基建费用小；所采用的盐酸属于常见药剂，易购买、易配置、投加量少、运行费用低。

附图说明

图1为本发明的去除地下水暂时硬度的装置的正面剖视图，图中箭头为水流方向；

图2为图1的左侧剖视图；

图3为图1的俯视剖视图，图中箭头为水流方向；

图4为本发明的气水混合器的正视图；

图5为气水混合器的气水混合轮在气水混合管内的仰视图；

图中各标号表示为：1-集水吹脱区、11-集水吹脱池、12-指型槽、121-集水孔口、13-集水槽、14-出水管；

2-气水混合区、21-水室、211-进水管、212-第一进水阀、213-静态混合器、214-第二进水阀、215-进酸管、216-进酸阀、22-气室、221-进气管、222-进气阀、23-检修孔、24-固定板支柱、25-气水混合器固定板、26-固定板支撑梁；

3-气水混合器、A-气水扩散段、B-气水混合段、C-进气进水段、31-气水扩散帽、32-混合轮安装架、33-气水混合轮、34-气水混合管、35-进气进水孔、36-安装固定壳；

以下结合说明书附图和具体实施方式对本发明做具体说明。

具体实施方式

本发明的去除地下水暂时硬度的方法，包括将原水与盐酸混合得到溶有CO2气体的水，溶有CO2气体的水与空气进行气水混合得到含有微小空气泡的水，水中的微小空气泡与水中溶解的CO2气体结合浮出水面使CO2随微小空气泡逸入到大气中将水中的CO2气体去除；溶有CO2气体的水与空气的混合体积比为1:6；微小空气泡的直径的大小为0.5～5mm，水中的微小空气泡与水中的CO2气体结合并浮出水面从而将水中的CO2气体脱除，同时还能增加水中的溶解氧，本发明的方法不仅将水中的硬度巧妙的去除了，同时还能提高水中的溶解氧，利于人体的健康。

结合图1-5，实现所述的去除地下水暂时硬度的方法的装置，包括由上到下依次设置的集水吹脱区1和气水混合区2，连接集水吹脱区1和气水混合区2设置气水混合器3，原水与酸在气水混合区2混合得到溶有CO2气体的水，溶有CO2气体的水与空气在气水混合器3内混合后传送给集水吹脱区1，水中的微小空气泡与水中溶解的CO2气体在集水吹脱区结合浮出水面使CO2随微小空气泡逸入到大气中将水中的CO2气体去除。

气水混合区2包括由上到下依次设置的密封的气室22和密封的水室21，气水混合器3由上到下依次包括气水扩散段A、气水混合段B和进气进水段C；气室22中连续充入空气，水室21连续充入原水与酸的混合液体，空气和混合液体经进气进水段C压入气水混合段B，经气水混合段B充分混合后的气水混合物经气水扩散段A扩散到集水吹脱区1内。

具体的结构，气水混合器3由上到下包括气水扩散帽31和与气水扩散帽31连通的气水混合管34，在气水混合管34内靠近气水扩散帽31的端部同轴设置气水混合轮33，在气水混合管34远离气水扩散帽31的端部沿气水混合管34的长度方向在气水混合管34的管壁上设置进气进水孔35，进气进水孔为细长的条状孔隙，可在气水混合管上设置多个进气进水孔，根据气水比确定为气室与水室的高度比为6:1；气水混合轮通过横跨在气水混合管内的混合轮安装架固定在气水混合管内。

气水混合区2的气室22和水室21是两个单独的密封室，气水混合器3穿过气室22和水室21卡设在气室22的顶壁上，在气水混合管34的外周设置安装固定壳36，安装固定壳36为外径由端部向中部逐渐减小的壳体，外形类似于“沙漏”状，气水混合器3在安装固定壳36的直径最小处卡在气室22的顶壁上，气室22的顶壁也称为气水混合器固定板25，气水混合器固定板25通过固定板支柱24进行支撑，且沿气水混合器固定板25上设置固定板支撑梁26，增强支撑板的牢固性，气水混合器3的进气进水段C跨过水室21的顶壁，使进气进水孔35既能连通水室21也能连通气室22。

气水混合区2的气室22内的空气通过与气室22连通的进气管221和进气管221上设置的进气阀222控制通入空气流量的大小；水室21通过与水室21连通的进水管211将原水与酸的混合液体通入水室21，进水管211上依次设置第一进水阀212、静态混合器213和第二进水阀214，在第二进水阀214与静态混合器213之间的管路上连通进酸管215，进酸管215上设置进酸阀216，气室22和水室21的进气管221和进水管211设置在气水混合区2的同一侧，在气水混合区2的另一侧设置检修孔23，方便对气室22、水室21和气水混合器3的检修。

集水吹脱区1设置集水吹脱池11，集水吹脱池11的顶部设置指型槽12和集水槽13，指型槽12的边缘设置集水孔口121，集水槽13的下部连通出水管14。

本发明装置的具体处理水的过程包括：

原水通过进水管211与进酸管215连接，盐酸通过进酸管215加入到原水中，进酸阀216为单向阀，加入到进水管211的盐酸与原水在静态混合器213中充分混合，使反应HCO3^-+H⁺＝H2O+CO2↑充分进行，从而导致水中CO2气体的含量升高，此时的水为溶有CO2气体的水。

溶有CO2气体的水进入水室21，由鼓风机鼓出的空气通过进气管221进入气室22，进气管221上设有进气阀222。空气和溶有CO2气体的水通过气水混合器3发生充分混合并产生微小气泡，达到这一效果是通过气水混合器3独特的水力条件实现的。如附图4和附图5所示，气水混合器3的下端是密闭的，下端设有4个相同细长的进气进水孔35，气和水只能从这四个进气进水孔35进入，进入气水混合器35的气和水在沿着气水混合管34向上流动的过程中会带动气水混合轮33高速旋转使气和水混合并产生微小气泡。混合后的气水经过气水扩散帽31均匀地分配到集水吹脱池11内，气水混合器3产生的微小气泡在上升过程中与溶解在水中的CO2结合成大气泡，这些大气泡上升至水面从而使CO2逸至空气中。脱出CO2的水由集水孔口121进入到指型槽12中，指型槽12收集后的水进入集水槽13中，最后由出水管14输送到后续处理单元。