一种应用于中水回用处理系统的全自动软化装置及方法与流程

本发明属于中水回用处理技术领域，具体涉及一种应用于中水回用处理系统的全自动软化装置及方法。

背景技术：

随着国民经济的飞速发展，工业绿色生产与环境可持续问题已成为世界性关注的焦点。中国工业用水已面临着废水排放量大，中水回用率低以及工业发展水平与水资源分布和利用不平衡等问题。新“水十条”的颁布和执行，已明确我国加强了对废水处理和水资源利用的监督、问责制。工业废水只处理到达标排放已不能满足当今社会对工业企业的要求。尤其如煤化工、火力发电、造纸、印染等耗水大户，必须采用高效、节能的回用系统，将废水处理到生产回用标准。

中水回用系统绝大多数都用到多级反渗透分盐浓缩装置，而水中ca²⁺、mg²⁺等结垢性离子的存在极大影响到反渗透分盐浓缩装置的高效稳定运行，从而影响整个工艺系统的稳定。如何有效软化中水，减少水中ca²⁺、mg²⁺的浓度，同时将软化装置全自动化，降低运行成本，提高使用效率，是目前需要解决的一大难题。

技术实现要素：

为克服上述中水处理系统的难点，本发明的目的在于提供一种操作简便、运行成本低、出水稳定达标的应用于中水回用系统的全自动软化装置及方法。

具体技术方案如下：

方案一：提供一种应用于中水回用处理系统的全自动软化装置，包括树脂储罐、进脂管路、排脂管路、进水管路、出水管路、冲洗水管路、酸再生液管路、碱再生液管路、排气管路和控制系统；其中：所述树脂储罐内自上而下布置有上部布水装置、中部布水装置和下部排水装置，所述中部布水装置和排水装置之间布置有树脂填充层；所述进脂管路与所述树脂储罐的上部连接，并配置有进脂输送阀门；所述排脂管路与所述树脂储罐的下部或底部连接，并配置有排脂输送阀门；所述进水管路通过上部布水装置与所述树脂储罐连接，并配置有进水阀门；所述出水管路通过下部排水装置与所述树脂储罐连接，并配置有出水阀门、硬度计；所述酸再生液管路和碱再生液管路均通过中部布水装置与所述树脂储罐连接，并分别配置有再生酸阀门和再生碱阀门；所述冲洗水管路包括正冲洗支路和反冲洗支路；所述正冲洗支路的进水通过中部布水装置进入所述树脂储罐，自上而下流径所述树脂填充层后，出水通过下部排水装置收集后排出所述树脂储罐；反冲洗支路的进水进入所述树脂储罐，自下而上流径所述树脂填充层后排出所述树脂储罐；所述正冲洗支路上配置有正冲洗阀门，所述反冲洗支路上配置有反冲洗阀门；所述排气管路与所述树脂储罐的顶部或上部连接，并配置有排气阀门；所述进水管路与出水管路之间设有第一压差计，用于监测树脂储罐进出水的压损值；上述各类阀门均包括至少一个与所述控制系统联锁的气动阀门；所述硬度计和第一压差计与所述控制系统联锁。

作为一种优选方案，所述树脂储罐配置有第一母管和第二母管，所述第一母管一端通过所述树脂储罐顶部具有的第一开口与所述上部布水装置连接，另一端设有分别与所述进水管路和反冲洗支路出水端连接的硬度水进水口和反冲洗排水口；所述第二母管一端通过所述树脂储罐底部具有的第二开口与下部排水装置连接，另一端设有分别与所述出水管路、反冲洗支路进水端和正冲洗支路出水端连接的软化水出水口、反冲洗进水口和正冲洗排水口。

作为一种优选方案，所述进水管路还配置有第一压力表和流量计；所述出水管路还配置有第二压力表；所述流量计与所述控制系统联锁。

作为一种优选方案，所述树脂储罐的压力限值为0.6mpa。

作为一种优选方案，所述树脂储罐直径dn1200～dn3200，高4000～6300mm，所述树脂填充层高1600～2500mm。

作为一种优选方案，所述上部布水装置采用多孔板旋水帽式，中部布水装置采用开孔鱼刺支母管式，下部排水装置采用多孔板旋水帽式。

作为一种优选方案，该装置还包括树脂捕捉器、软化水排水管路和废水排水管路，所述树脂捕捉器通过所述出水管路与所述树脂储罐连接。

作为一种优选方案，所述出水管路和软化水排水管路之间设有与控制系统联锁的第二压差计，用于监测树脂捕捉器的运行情况。

作为一种优选方案，所述树脂捕捉器的压力限值为0.6mpa，直径dn100～dn350。

作为一种优选方案，所述树脂捕捉器内的滤元采用t型绕丝。

方案二：本发明还提供一种应用于中水回用处理系统的全自动软化方法，采用如方案一所述的应用于中水回用处理系统的全自动软化装置，具体包括：

接通进水管路和出水管路，硬度水经进水管路送入树脂储罐内，经上部布水装置流入树脂储罐内，自上而下流径树脂填充层，经过树脂的吸附交换作用后硬度降低，然后由下部排水装置收集后进出树脂储罐；

上述软化工艺运行过程中，若检测到硬度计上的出水硬度高于预设高限值时，关闭进水管路和出水管路，停止软化工艺运行，接通反冲洗支路，启动反冲洗工艺，反冲洗水进入所述树脂储罐，自下而上冲洗树脂填充层后排出所述树脂储罐；

反冲洗完成后，关闭反冲洗支路，接通酸再生液管路，启动酸再生工艺，对失效树脂进行再生；

酸再生完成后，关闭酸再生液管路，接通正冲洗支路，启动正冲洗工艺，正冲洗水经中部布水装置进入所述树脂储罐，自上而下冲洗树脂填充层，然后经下部排水装置收集并排出所述树脂储罐；

正冲洗完成后，关闭正冲洗支路，接通碱再生液管路，启动碱置换工艺，置换再生后的弱酸阳树脂；

碱置换完成后，关闭碱再生液管路，接通正冲洗支路，启动正冲洗工艺，正冲洗水经中部布水装置进入所述树脂储罐，自上而下冲洗树脂填充层，然后经下部排水装置收集并排出所述树脂储罐；

正冲洗结束后，再次切入软化工艺，重复上述过程。

作为一种优选方案，再生酸选用盐酸或硫酸，控制再生酸浓度为3％；再生碱选用氢氧化钠,控制再生碱浓度为3％。

作为一种优选方案，控制反冲洗和正冲洗的流速为15m/h，控制反冲洗的时间为15min，控制正冲的时间为20min。

上述所述的硬度水包括富含ca²⁺、mg²⁺离子的反渗透浓水或经加药软化后的反渗透浓水；所述硬度水经本发明方案所述的软化工艺后出水硬度可小于5mg/l。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)利用与控制系统联锁的各类检测装置及自动阀门，使得中水回用处理的软化装置能实现全自动运行，且工艺操作简便，大大减少了人力投入，是一种资源节约型装置。

2)可利用树脂的吸附交换特性，结合各类检测装置监测，使出水硬度稳定达标，保证了整个中水回用处理系统的稳定运行。

3)利用树脂罐直径和高度的合理设计，树脂填充层高度的合理设计，以及内部布水和排水装置的优化设计，进一步保证了软化装置的高效稳定运行。

4)利用树脂捕捉器的过滤拦截特性，保证树脂储罐在事故状态下损失最小化。

附图说明

图1是实施例中一种应用于中水回用处理系统的全自动软化床结构示意图；

图2是实施例中一种应用于中水回用处理系统的全自动软化床的树脂储罐的正视图(不包含连接的阀门及外部管道)；

图3是实施例中一种应用于中水回用处理系统的全自动软化床的树脂储罐的左视图(不包含连接的阀门及外部管道)；

附图标注：

11-树脂储罐、110-树脂储罐罐体、111-上部布水装置、112-中部布水装置、113-下部排水装置、114-进脂口、115-排脂口、116-酸碱再生及正冲洗进水口、117-排气口、118-硬度水进水口、119-反冲洗排水口、120-正冲洗排水口、121-反冲洗进水口、122-软化水出水口、123-第一母管、124-第二母管、125-树脂填充层，12-树脂捕捉器、13-废水池；

21-进水管、22-出水管、23-进脂输送管、24-排脂输送管、25-再生酸进液管、26-再生碱进液管、271-正冲洗支管、272-反冲洗支管、273-冲洗母管、281-上部排放管、282-下部排放管、29-上排气管；

31-进水阀组、32-出水阀组、33-进脂输送阀门、34-排脂输送阀门、35再生酸阀组、36-再生碱阀组、371-正冲洗阀门、372-反冲洗阀组、381-上部排放阀门、382-下部排放阀门；

41-流量计(ft)、42-压力表(pi)、43-压差计(pdt)、44-硬度计(ca)。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明工作进一步详细说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，实施例中公开了一种应用于中水回用处理系统的全自动软化床，主要包括树脂储罐11、树脂捕捉器12、控制系统、进水管21、出水管22、进脂输送管23、排脂输送管24、、再生酸进液管25、再生碱进液管26、冲洗水管路、排放管，以及流量计41、压力表42、压差计43、硬度计44。

结合图2和图3所示，树脂储罐11主要包括树脂储罐罐体110、第一母管123、第二母管124、上部布水装置111、中部布水装置112、下部排水装置113和上排气管29。树脂储罐罐体110上部设有进脂口114，下部或底部设有排脂口115，中部设有酸碱再生及正冲洗进水口116。第一母管123一端与树脂储罐罐体110的顶部开口连接，另一端沿树脂储罐罐体110竖直向下布置并设有左右两个分支口，即硬度水进水口118和反冲洗排水口119，第一母管123上还设有压力表42。第二母管124一端与树脂储罐罐体110底部开口连接，另一端沿树脂储罐罐体110竖直向上布置并设有三个分支口，即正冲洗排水口120、反冲洗进水口121和软化水出水口122。上排气管29与树脂储罐罐体110顶部另一开口连接，末端开口即排气口117，可连接废水池13。

上部布水装置111、中部布水装置112及下部排水装置113在树脂储罐11内自上而下布置。上部布水装置111(主要用于硬度水等)优选多孔板旋水帽式，中部布水装置112(主要用于酸碱液等)优选开孔鱼刺支母管式，下部排水装置113(主要用于软化水等)优选多孔板旋水帽式。通过在树脂储罐11内设置的上部布水装置111、中部布水装置112和下部排水装置113，使得树脂罐内水流均布及稳态，保证处理效果。

中部布水装置112及下部排水装置113之间设有树脂填充层125，排脂口115具体设置在树脂填充层125之下即可，酸碱再生及正冲洗进水口116布置在树脂填充层125之上。树脂填充层125内所装填的树脂具有离子吸附交换性，能使得软化出水硬度小于25mg/l。

树脂储罐11设计压力限值为0.6mpa，直径dn1200～dn3200，高度4000mm～6300mm，树脂填充层高1600～2500mm，同时根据硬度水的腐蚀性决定树脂储罐的防腐等级，例如，可采用碳钢衬胶。

树脂捕捉器12通过出水管22和树脂储罐11连接，设计压力限值为0.6mpa，直径dn100～dn350，其中的滤元采用t型绕丝。树脂捕捉器12用于拦截反冲洗水或硬度水在水压不稳时引起的树脂外跑。树脂捕捉器12的进出水管之间设置有压差计43，压差计43与控制系统联锁，实时反馈树脂捕捉器12的拦截情况，当压差大于0.08mpa时，控制系统可报警并提示需要清理树脂捕捉器12。

进脂输送管23与树脂储罐罐体110上的进脂口114连接，进脂输送管23上设置有与控制系统联锁的进脂输送阀门33，用于控制树脂的输入状态。

排脂输送管24与树脂储罐罐体110上的排脂口115连接，排脂输送管24上设置有与控制系统联锁的排脂输送阀门34，用于控制树脂的输出状态。

进水管21具体可通过与第一母管123的左边分支口(即硬度水进水口118)连接，最终与树脂储罐11内的上部布水装置111连通，使得硬度水通过上部布水装置111从从树脂储罐11顶部进入。进水管21上设有进水阀组31和流量计41。进水阀组31可由自动隔膜阀和手动蝶阀构成，其中，自动隔膜阀与控制系统联锁，起到自动控制；手动蝶阀用于检修等非常态下的临时操作。流量计41用于累计运行流量，并与控制系统联锁，以反馈该软化床的使用情况。

出水管22通过与第二母管124的软化水出水口122(即右边上部分支口)连接，最终与树脂储罐11内的下部排水装置113连通，排出经树脂填充层125处理后的产水。出水管22上设置有出水阀组32、硬度计44和压力表42。出水阀组32可由气动蝶阀和手动蝶阀构成，同样的，气动蝶阀与控制系统联锁，起到自动控制；手动蝶阀用于检修等非常态下的临时操作。

再生酸进液管25和再生碱进液管26通过共用连接管与树脂储罐罐体110中部的酸碱再生及正冲洗进水口116连接，最终与树脂储罐11内的中部布水装置112连通，并分别设有再生酸阀组35和再生碱阀组36。再生酸阀组35和再生碱阀组36均与控制系统联锁的气动阀门，用于控制酸碱再生情况。酸碱再生的主要目的在于让失效的软化树脂恢复活性，达到再次软化硬水的作用。

冲洗水管路主要包括正冲洗支管271、反冲洗支管272、冲洗母管273和排放管，正冲洗支管271通过与树脂储罐罐体110中部的酸碱再生及正冲洗进水口116(即中部接口)的连接，最终与树脂储罐11内的中部布水装置112连通。实施例中，将正冲洗支管271与反冲洗支管272并联连接，共用冲洗母管273，以减少冲洗泵设置台数，降低投资及运行费用。反冲洗支管272通过与第二母管124的反冲洗进水口121(即左边分支口)连接，最终与树脂罐11内的下部排水装置113连通。相应的，正冲洗支管271和反冲洗支管272上分别设有正冲洗阀门371和反冲洗阀组372，正冲洗阀门371为气动隔膜阀，反冲洗阀组包括气动蝶阀和手动隔膜阀，其中的气动阀门均与控制系统联锁，分别用于控制正冲步序状态和时间及反冲步序状态和时间。排放管包括与第一母管123上的反冲洗排水口119(即右边分支口)连接的上部排放管281以及与第二母管124上的正冲洗排水口120(即右边下部分支口)连接的下部排放管282。上部排放管281和下部排放管282分别设有与控制系统联锁的上部排放阀门381和下部排放阀门382，分别用于控制反冲洗步序状态的排水时间及正冲洗步序状态的排水时间。

上排气管29连接于树脂储罐11顶部，可沿树脂储罐罐体110竖直向下延伸布置，其端部即为排气口117。上排气管29上设置有气动隔膜阀，气动阀门与控制系统联锁，主要用于整个系统在每次启动之初能够自动排气，保证系统满水稳定运行。

树脂储罐11的进水管21和出水管22之间设有压差计43，压差计43为在线压力差值检测装置，能够实时监测树脂储罐进出口压力差，用于监测进出水的压损值，并与控制系统联锁以反馈树脂填充层125的污堵情况。出水管22还设有的硬度计44为在线水硬度检测装置，能够实时监测出水硬度，并与控制系统联锁以反馈出水的硬度情况。实施例中，硬度计44的高限值可设置为5mg/l。流量计41、压差计43和硬度计44将采集到的数据传至控制系统，控制系统分析反馈数据并与阀组联锁，启动或关闭相应的管路，运行相应的工艺。

上述全自动软化床的进水为具有一定ca²⁺、mg²⁺浓度的硬度水，相应的，基于该软化床的具体操作流程包括如下工艺：

(1)软化工艺：硬度水经过泵加压后经进水管21及进水阀组31再通过硬度水进水口118向上流入树脂储罐11顶部，经上部布水装置111，最终送入树脂储罐11内，硬度水流量通过流量计41反馈显示并记录，压力则由压力表42就地显示。硬度水从树脂填充层125自上而下流过，经过树脂的吸附交换作用，硬度降低，再由下部排水装置113收集后，流入第二母管124，再由第二母管124的软化水出水口122接入出水阀组32，最后经出水管22流入树脂捕捉器12，经树脂捕捉后再进入下一工段。通过进水管路上的流量计41在线监控进入树脂储罐11的硬度水流量，通过压力表42检测进水管路内的水压；通过出水管路上的硬度计44在线监控出水硬度，通过压力表42检测出水管路内的水压；通过第一母管123和第二母管124之间设置的压差计43在线监控树脂储罐进出水的压损值。软化工艺的目的在于将富含ca2+、mg2+离子的硬度水硬度降低到5mg/l以下，硬度水可以为反渗透浓水或经加药软化后的反渗透浓水等。

(2)监测及反冲洗工艺：对出水管路上的硬度计44设置高限值。当运行一段时间后，硬度计44检测到出水硬度高于高限值，停止软化工艺运行状态，启动反冲洗工艺。打开上部排放阀门382、反冲洗阀组372及配套冲洗系统。冲洗水经过泵加压后经冲洗母管273、反冲洗支管272及反冲洗阀组372后，再通过第二母管124上的反冲洗进水口121进入树脂储罐11，然后由下部排水装置113均匀流入树脂储罐11内部，自下而上冲洗树脂填充层125，最后经第一母管123上的反冲洗排水口119流入上部排放管281后排出。反冲洗流速可控制在15m/h，反冲洗时间可控制在15min。此处，反冲洗工艺的主要作用是冲刷清洗树脂填充层及冲散树脂填充层。

(3)酸再生工艺：反冲洗达到设定时间后，停止反冲洗工艺，启动酸再生工艺。打开下部排放阀门382、再生酸阀组35及配套再生系统。酸液经过泵加压后经再生酸进液管25、再生酸阀组35和酸碱再生及正冲洗进水口116，再通过中部布水装置112进入树脂储罐11，酸液自上而下流经树脂填充层125。再生酸可选用盐酸或硫酸，浓度可控制为3％，主要起到再生失效树脂的作用。

(4)正冲洗工艺：酸再生工艺达到设定时间后，停止酸再生工艺并启动正冲洗工艺。打开上部排放阀门381、正冲洗阀门371及配套冲洗系统。冲洗水经过泵加压后经冲洗母管273、正冲洗支管271及正冲洗阀门371后，通过中部布水装置112流入树脂储罐11内，最后正冲洗的水经下部排水装置113收集后由第二母管124上的正冲洗排水口120排出。正冲洗流速可与反冲洗流速保持一致，正冲洗时间可控制在20min。此处，正冲工艺的主要作用是冲刷清洗树脂填充层及尽可能降低树脂储罐内的酸浓度。

(5)碱置换工艺：正冲洗工艺达到设定时间后，停止正冲洗工艺并启动碱再生工艺。打开下部排放阀门382、再生碱阀组36及配套再生系统。碱液经过泵加压后经再生碱进液管26、再生碱阀组36及酸碱再生及正冲洗进水口116后，再通过中部布水装置112流入树脂储罐11，碱液自上而下流经树脂填充层125。再生碱可选用氢氧化钠，浓度可控制为3％，主要起到置换再生后的弱酸阳树脂作用，转换为na型树脂。

(6)正冲洗工艺：碱再生工艺达到设定时间后，停止碱再生工艺并启动正冲洗工艺，打开上部排放阀门281、正冲洗阀门371及配套冲洗系统。冲洗水经过泵加压后经冲洗母管273、正冲洗支管271及正冲洗阀门371后，通过中部布水装置112流入树脂储罐11，最后正冲洗的水经下部排水装置113收集后由第二母管124上的正冲洗排水口120排出。冲洗结束后可再次切入软化工艺，正常运行。此处，正冲工艺的主要作用是冲刷清洗树脂填充层及尽可能的降低树脂罐内的碱浓度。

由此可见，整个工艺过程操作简便，自动化程度高，能大大减少人力投入。下面给出采用上述全自动软化床及其软化方法的具体试验案例。

案例1：

采用的原水为某光伏园区配套供能工程的高盐废水，整体处理工艺流程为“高盐废水→调节池→高效反应澄清池→双介质→超滤系统→全自动软化床→二级浓水ro→stro”。高盐废水ca²⁺为1050mg/l，mg²⁺为300mg/l。高盐废水由多股废水混合而成，所以设置调节池调节水质水量后进入高效反应澄清池进行软化加药并澄清，澄清后水质进入双介质及超滤系统进一步去浊，去浊后的水再进入全自动软化床。

全自动软化床配置进水泵一用一备两台，冲洗水泵一用一备两台，以及酸碱再生系统等。全自动软化床进水水量约75m³/h，进水ca²⁺为30mg/l，mg²⁺～15mg/l，软化床直径dn2000，运行流速约23m/h。全自动软化床运行压力0.31mpa，出水ca²⁺检测为0.04mg/l，mg²⁺检测为0.02mg/l，完全满足后续工艺段对进水水质的要求。

案例2：

采用的原水为某发电厂补给水系统的以及反渗透浓水，整体处理工艺流程为“一级反渗透浓水→全自动软化床→中间水箱、除碳风机→浓水反渗透”。一级反渗透浓水ca²⁺为100mg/l，mg²⁺为60mg/l。一级反渗透浓水等同于超滤产水浓缩4倍，可直接进入全自动软化床。

全自动软化床配置进水泵两台，一用一备，冲洗水泵两台，一用一备，以及酸碱再生系统等。全自动软化床进水水量约31m³/h，软化床直径dn1400，运行流速约20m/h。全自动软化床运行压力0.30mpa，出水ca²⁺检测为0.8mg/l，mg²⁺检测为0.48mg/l，完全满足后续工艺段对进水水质的要求。

以上所述，仅为本发明的具体控制方法的实例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到替换或变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明保护范围应该以权利要求的保护范围为准。