本实用新型属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种化学除硬集成系统。
背景技术：
化学除硬，就是向水中加入石灰、氢氧化钠、碳酸钠等碱剂，与水中的钙镁离子反应，生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀，从而使水中的钙镁离子以固相形式分离出来。化学除硬是使用反渗透对污水进行回收之前的必须过程，只有把硬度去除，才可以防止结垢。
目前应用于化学除硬的反应单元主要包括两部分，一部分是化学反应器，主要在此发生除硬的化学反应，设备上以高密混凝池和反应沉淀池为主；另一部分是过滤器，其作用是把除硬反应生成的固相沉淀过滤分离出来，在设备上一般采用传统石英砂过滤器或者管式微孔过滤器。
目前化学除硬反应器部分的缺陷是，一般都只是关注除硬反应的热力学过程，即加药剂量和反应终点，而没有关注于除硬反应的动力学过程，即生成的碳酸钙和氢氧化镁晶体的晶型、体积和数量。如果只是控制反应平衡，那么生成的钙镁晶体就会数量多，体积小，大多数以胶体状态存在。生成的小晶核越多，进入到下游的小晶核就越多，逃逸小晶核的数量就越多。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种化学除硬集成系统，该系统能在兼顾除硬反应热力学平衡的同时，控制除硬反应的动力学过程，在过饱和度、晶种含量、反应时间、反应温度等方面进行控制，使生成的钙镁晶体颗粒大且饱满，具有更好的过滤沉降性能，并且能够控制下游晶核数量。
本实用新型的技术方案如下：
一种化学除硬集成系统，包括反应器、结晶控制单元和过滤分离单元；所述结晶控制单元包括旋流器和静态混合器；所述旋流器的进水口与所述反应器的出水口连接；所述旋流器的第一出水口与所述静态混合器的进水口连接；所述旋流器的第二出水口与所述过滤分离单元的进水口连接；所述静态混合器的进水口还与除硬碱剂管路连接，所述静态混合器的出水口与所述反应器的进水口连接。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述反应器的进水口与污水管路连接，出水口与所述旋流器的进水口连接；所述静态混合器的出水口与所述反应器的进水口连接。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述反应器的出水口与所述旋流器的进水口之间的管路上设置有出料泵。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述静态混合器的进水口与所述旋流器的第一出水口之间的管路上设置有第一调节阀和第一流量计；所述旋流器的第二出水口处的管路上设置有第二调节阀和第二流量计。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述静态混合器的进水口设置有三通，所述三通的三个端口分别连接所述静态混合器的进水口、所述旋流器的第一出水口和除硬碱剂管路。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述过滤分离单元包括至少两个串联的薄膜过滤器；下游的薄膜过滤器的进水口与上游的薄膜过滤器的废液出口连接。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述薄膜过滤器内设置有上挡板和下挡板，所述滤芯安装在上挡板和下挡板之间；所述滤芯与上挡板之间、滤芯与下挡板之间均设置有0型密封圈。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述滤芯为空腔圆筒状，包括内层的过滤薄膜和外层的支撑层；空腔为所述薄膜过滤器的进水口和废液出口之间的过滤通道；薄膜过滤器的滤液出口设置于所述滤芯的侧面。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述薄膜过滤器的进水口、废液出口和滤芯轴线位于同一直线。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述过滤分离单元的废液出口与沉降器的进水口连接；所述沉降器的溢流出口与所述反应器的进水口连接；所述沉降器上设置有排渣口。
本实用新型的有益效果如下：
1、本实用新型除硬反应单元中，除硬碱剂(石灰、纯碱或烧碱)的加药量，属于热力学控制，通过加药量的调节，控制反应终点，达到实现定量去除水中硬度的目的；
2、在结晶控制单元中，通过旋流器第一出水口(顶流出水口)和(底流出水口)的配合，实现了晶种含量的控制，同时通过旋流器第一出水口流量及静态混合器中加注的碱液的比例配合，实现了除硬反应的过饱和度控制；
3、在本系统的反应器中，与进水流量(污水进量)和回流量(静态混合器的出水量)一起，实现了反应时间的控制；
4、通过过滤分离单元，对除硬后的水进行晶核去除，有效解决下游出水晶核的问题；
5、本系统中，通过在反应器的动力学和热力学联合控制，使除硬反应向生成大晶粒的方向转化，减少了胶体小晶核的产生量；而且，在结晶控制单元中，经旋流器分离，实现了大颗粒钙镁晶体和小颗粒钙镁晶体的分离，小颗粒钙镁晶体被重新送回到反应器作为晶种使用，大颗粒钙镁晶体则送入过滤分离器；过滤分离器的小晶核经过以上两步减量，且过滤分离器采用薄膜过滤方式，待过滤的钙镁晶体都比过滤孔径大，所以过滤分离器不易堵塞。
附图说明
图1为本实用新型的一种化学除硬集成系统的结构示意图。
图2为本实用新型中薄膜过滤器的结构示意图。
图3位本实用新型的滤芯的结构示意图。
上述附图中，1、反应器；2、搅拌；3、旋流器；4、静态混合器；5、出料泵；6、第一调节阀；7、第一流量计；8、第二调节阀；9、第二流量计；10、除硬碱剂管路；11、薄膜过滤器；12、沉降器；111、进水口；112、过滤器壳体；113、滤液出口；114、废液出口；115、滤芯；116、上挡板；117、下挡板；1151、滤芯上盖；1152、密封圈；1153、支撑层；1154、过滤薄膜；1155、滤芯下盖。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本本进行详细的描述。
如图1所示，本实用新型提供了一种化学除硬集成系统，包括反应器1、结晶控制单元和过滤分离单元；所述结晶控制系统包括旋流器3和静态混合器4；所述旋流器3的进水口与所述反应器1的出水口连接；所述旋流器3的第一出水口与所述静态混合器4的进水口连接；所述旋流器3的第二出水口与过滤分离单元的进水口连接；所述静态混合器4的进水口还与除硬碱剂管路10连接，所述静态混合器4的出水口与所述反应器1的进水口连接。
所述反应器1的出水口与所述旋流器3的进水口连接；所述静态混合器4的出水口与所述反应器1的进水口连接。
所述反应器1是上开口形式的全混合式容器，具体为一个方形或圆柱形空腔罐体，所述空腔罐体上面有搅拌装置2，具体安装于轴心位置，反应器1的进水口设置为进水管和回流管。其中搅拌装置2位于空腔罐体的上部中心位置，进水管位于空腔罐体的一侧，用于引进污水管路的污水，回流管用于引进来自静态混合器4的回流液。反应器1的出水管(出水口)设置于底部，通过法兰和管路连接出料泵5。
所述反应器1的出水口与所述旋流器3的进水口之间的管路上设置有出料泵5，出料泵5为离心式水泵，具体设置在反应器1的出水管上。出料泵5的进水口连接反应器1的底部，出水口经出水口阀门连接旋流器3。
进一步地，上述的化学除硬集成系统，所述静态混合器4的进水口与所述旋流器3的第一出水口之间的管路上设置有第一调节阀6和第一流量计7；所述旋流器3的第二出水口处的管路上设置有第二调节阀8和第二流量计9。顶流出水口(第一出水口)经第一调节阀6和第一流量计7与静态混合器4相连。底流出水口(第二出水口)经第二调节阀8和第二流量计9后，输送到系统外部。
所述静态混合器4的进水口设置有三通，所述三通的三个端口分别连接所述静态混合器4的进水口、所述旋流器3的第一出水口和除硬碱剂管路10。如此，静态混合器4的进液是旋流器3顶流出水和除硬碱液的混合液。除硬碱剂管路10中的除硬碱液可以是石灰、烧碱或者纯碱的一种或几种。静态混合器4的出水口，经法兰与管路连接于反应器1的回流口。所述静态混合器4的进水口设置有三通，所述三通的三个端口分别连接所述静态混合器4的进水口、所述旋流器3的第一出水口和除硬碱剂管路10。
本实施例中，第一流量计7和第二流量计9为转子流量计。
在结晶控制系统中，旋流器3起到粒径分选的作用，大粒径的钙镁晶体在底流中富集，进入过滤分离单元。小粒径的钙镁晶体在顶流中富集，与加入的碱液在静态混合器4中混合。旋流器3顶流阀门(第一调节阀6)和底流阀门(第二调节阀8)，通过阀位配合，可以控制顶流和底流流量比例。顶流流量大，可以带回更多的钙镁小晶体，从而控制晶种数量。同时，顶流流量大，在静态混合器4中，可以更大程度的稀释碱液，从而控制除硬反应的过饱和度。反之亦然。
在本实施例中，晶种含量、过饱和度和反应时间等因素的控制，属于动力学控制，结合热力学控制从而使本实用新型实现了除硬反应热力学和动力学的联合控制，使得生成的钙镁晶体粒径大数量少，优化了晶浆的过滤沉淀性能。
在本实施例中，采用旋流器对晶体粒径进行分割，小于分割粒径的钙镁晶体粒子重新返回反应器1进行结晶长大，大于分割粒径的钙镁晶体粒子进入过滤分离单元进行过滤分离。
在过滤分离单元部分，如果只是采用传统的石英砂过滤器或石英砂-无烟煤双介质过滤器，这些过滤器都是粗过滤器，对水中的胶体状的硬度晶核起不到拦截作用，一旦钙镁小晶核穿透过滤器，随水进入下游，从而降低除硬效率。而管式微孔过滤，其滤芯是一次热塑成型的过滤管，管壁上有微孔，利用微孔进行过滤。为了增强过滤管的机械强度，管壁通常有一定的厚度，通常3-5mm。过滤微孔必须穿透这个壁厚，形成通孔，才能起到过滤作用。这种过滤微孔的微观结构，一般是弯弯曲曲的，从外壁到达内壁。过滤过程中，钙镁胶体小晶核就会镶嵌在过滤孔隙内部，导致过滤器堵塞。
由于上述两种过滤器均不合用，本实施例中，采用薄膜过滤器进行过滤，该过滤器具有过滤通道短不易堵塞的特点。
本实施例的过滤分离单元包括至少两个串联的薄膜过滤器11；以实现多重过滤，加强过滤效率。下游的薄膜过滤器11的进水口111与上游的薄膜过滤器11的废液出口114连接。
如图2所示，本实用新型的薄膜过滤器11的过滤器壳体112内设置有上挡板116和下挡板117，滤芯115安装在上挡板116和下挡板117之间；所述滤芯115与上挡板116之间、滤芯115与下挡板117之间均设置有0型密封圈1152。
本实用新型的滤芯115结构如图3所示，为空腔圆筒状，包括内层的过滤薄膜1154和外层的支撑层1153；空腔为所述薄膜过滤器11的进水口111和废液出口114之间的过滤通道；薄膜过滤器11的滤液出口113设置于所述滤芯115的侧面。所述过滤通道两端分别设置有滤芯上盖1151和滤芯下盖1155。
在本实施例中，所述薄膜过滤器11的进水口111、废液出口114和滤芯115轴线位于同一直线，以便过滤液能够顺畅流经各个过滤器。
本实用新型的实施过程如下：
污水首先进入反应器1，在反应器1中与静态混合器4的出液在搅拌的作用下混合。此时发生化学反应，生成碳酸钙和氢氧化镁固体。因为在静态混合器4中，除硬碱液被回流污水稀释，因此在反应器1中，除硬反应发生的过饱和度被大大降低，因此有利于控制反应进程。
出料泵5为反应完成之后的晶浆进入旋流器3提供了动力。
在旋流器3中，顶流出水口阀(第一调节阀6)和底流出水口阀(第二调节阀8)的联合调节，可以控制晶种返回的数量和切割粒径。
在静态混合器4中，加入的除硬碱液的量，可以控制预计的反应平衡。
在薄膜过滤器11中，晶浆得到过滤，滤液出口113的出水作为除硬完成的软化水，送入其他系统。废液出口114流出的晶浆浓水进入沉降器12，从沉降器12顶部溢流到反应器1。
当系统需要外排晶渣时，可以打开沉降器12的底阀，进行排渣。
因此，经过如上的系统控制，实现了对除硬反应的热力学和动力学的联合控制，做到了对粒径的分选，且薄膜过滤器11不易堵塞。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。