一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统的制作方法

本技术属于水处理，为“气/液”二氧化碳投加方式调节原水ph控铝系统，具体为一套饮用水“气/液”二氧化碳投加方式调节原水ph并控铝的设备。

背景技术：

1、气候变化和人类活动导致水体富营养化普遍发生，由此引发我国湖库水源地中藻类水华愈加频发，影响了多地城市供水安全，制约了国家的可持续发展。藻类在生长过程中大量消耗空气和水中的二氧化碳和碳酸盐，导致原水中ph变化；尤其在春夏藻类增殖期，由于藻类在生成过程中需要大量二氧化碳，使得湖库原水 ph升高明显，导致水厂混凝对浊度处理效率降低，还可能导致出厂水铝浓度超标等问题。

2、混凝剂是水处理工艺中使水中胶体和悬浮物聚集的化学药剂，目前国内大多数水厂都采用铝盐作为混凝剂。铝是典型的两性金属，在饮用水中普遍存在，在处理过程中较高或较低的ph值环境中都会溶出铝，所以使用铝盐系混凝剂可能增加处理水中铝的含量。长期过量摄入金属铝会导致人体神经系统紊乱和骨组织病变，还会对消化系统、脑、肝、骨、肾、细胞、造血系统、免疫功能等均有不良影响，近年来又发现老年痴呆症的出现也与平时过多摄入铝元素有关。

3、供水厂出水铝超标问题已成为制水工艺中重点关注的焦点问题，针对原水ph值过高的情况，国内水厂主要采用投加强酸调节原水ph和适度增加混凝剂投量强化混凝效果的方法。针对原水ph值过高，水厂所采取方法主要有两种，一种为适当增加混凝剂投加量，利用混凝剂强酸弱碱盐的性质，降低沉后水的ph值，然而该方法降ph值效果有限，需要消耗较多混凝剂，制水成本上升较多。

4、另一种方法为直接在原水ph值偏高时投加浓酸，但是该方法需新建加酸系统，工程投资比较大；强酸具有腐蚀性，属危险化学品，存在安全风险。但加酸混凝剂对设备的腐蚀相当严重，影响生产运行安全，而增加混凝剂投加量会导致生产成本增加且效果有限。近年国内有研究采用投加二氧化碳来调节ph的方法。相比于传统的采用酸化混凝剂、增加混凝剂的投加量或者直接在原水中投加浓硫酸降低 ph 值等方法，该方法更加安全有效、绿色环保。目前co2气体投加系统大多先将co2气体溶于水后形成碳酸打入原水中，其需增设增压泵、混合器，能耗高且设备及控制系统复杂，工程投资比较大。

技术实现思路

1、本实用新型要解决的技术问题是提供一种饮用水“气/液”二氧化碳投加方式调节原水ph控铝设备与控制系统,以便高效、节能的通过二氧化碳投加方式调节原水ph控铝，从而提高二氧化碳气体调节原水ph系统的稳定性。

2、为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：“气/液”二氧化碳投加方式调节原水ph控铝设备与控制系统，主要包括（1）co2投加系统，包括co2气体管道s1、液态co2贮罐s11，空湿式气化器s12、气体减压阀s13、co2气体喷射混合系统s15；（2）控制系统，包括自控系统s2（包含co2调ph控铝离子模型）、气体质量流量计s21、气动球阀s22、气体调流阀s23、在线ph检测及清洗系统s24、低量程在线铝离子检测系统s25。

3、本实用新型提供了一种投加二氧化碳调节酸碱度和控铝的系统，所述的系统包括co2气体投加装置、原水管道、ph检测系统和铝离子检测系统，co2气体投加装置包括液态co2贮罐、气化器、co2气体管道，液态co2贮罐、气化器、co2气体管道依次连接；液态co2贮罐连接气化器，气化器通过co2气体管道与原水管道连接，co2气体管道贯穿原水管道一侧管壁并伸入原水管道中，co2气体管道开口设在原水管道中，co2气体管道的开口处位于原水调流阀和预臭氧接触池之间；气化器与co2气体管道开口之间的co2气体管道上设置气体减压阀、气体质量流量计、气体调流阀，气体减压阀与气体质量流量计之间安装压力变送器；所述原水管道上安装ph检测及清洗系统，以及铝离子检测系统。

4、优选的，所述的气化器是空湿式气化器；或者气体减压阀设置为co2气体调压至0.6～0.8mpa，以满足能够将co2气体喷射投加到原水管道中的液体中为宜。co2气体调压至0.6～0.8mpa时，还将co2气体有效溶解于原水中，减少了水泵、射流器等能耗装置，更加节能。例如，采用0.62、0.65、0.68、0.70、0.72、0.75、0.78mpa等。

5、优选的，所述ph检测及清洗系统和铝离子检测系统分别与自动控制系统连接，将ph检测及清洗系统测得的ph值以及铝离子检测系统测得的铝离子含量呈递至自动控制系统。

6、优选的，自行控制系统与计算气体调流阀连接，将co2投加量反馈至投加二氧化碳的系统，通过气体调流阀调节co2投加量。当进气压力低于0.4 mpa时，报警装置显示报警，与气动球阀s22联动，关闭气动球阀s22切断二氧化碳气体供应。

7、优选的，co2气体管道的开口处下游的原水管道经过预臭氧接触池、沉淀池、砂滤池、清水池。

8、优选的，在原水、沉淀池进水、沉淀池出水、砂滤池出水管道上分别安装在线ph检测及清洗系统，在水厂砂滤池出水管道安装低量程在线铝离子检测系统。

9、优选的，所述原水的流向为沿原水总管通过调流阀流向水厂生产处理工艺，处理后的水在出厂前进入清水池。所述co2投加点位于进厂调流阀与预臭氧接触池之间的原水总管上。

10、优选的，所述液态co2贮罐用于贮存co2，其贮存量应不低于水厂一周投加量，且能够保证co2贮存安全性。进一步地，所述液态co2应为符合国家标准（gb10621-2006）的食品级co2。

11、优选的，所述气化器（优选为空湿式气化器）通过管道与贮罐相连，将液态co2气化为气体co2。气化器出口设置安全保障装置，所述的安全保障装置选自但不限于以下的一种或者几种：气体减压阀、安全阀、止回阀、精密过滤器。空湿式气化器s12出口应包含气体减压阀、安全阀、止回阀、精密过滤器等保证气体输送安全的各种保护措施，保证气化后co2的纯度。经预处理的co2气体进入co2气体管道，co2管道应能承受高压气体输送。

12、优选的，所述调压阀s13安装于co2气体投加设备中，用以调节管道中co2压力，使得管道中压力能够使得co2气体通过高速直接喷射投加到原水管道中进行混合。

13、优选的，所述气体质量流量计s21安装于co2气体投加设备中，用来测量co2投加流量，其测量精度应小于0.2%，在线数据接入自控系统。气体质量流量计与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收co2投加量信息。

14、优选的，所述气体调流阀s23安装于co2气体投加设备中，用来调节co2气体投加流量，该气体调流阀采用气动控制，利用co2气体压力，无需辅助气源及空压机等动力设备，气体调流阀开度信号接入自控系统。气体调流阀开度信号与自动控制系统连接，呈递气体质量或者流量数据，或者接收co2投加量信息。

15、优选的，所述气体喷射混合系统s15直接安装在原水管道中，通过设计创新直接将co2气体（例如0.6～0.8mpa）通过气体喷射混合系统s15投加入原水管道，无需要将co2气体和水混合先形成碳酸后投加，减少了增压水泵等动力装置，提高设备效率，降低能耗及维护成本。

16、优选的，所述在线ph检测及清洗系统s24应能准确测定原水管道中ph变化，其ph值测量精度为±0.1。在线ph检测及清洗系统安装于原水管道co2投加点前及沉淀池进水管道上，为保证测量准确，与原水管道上ph监测点应与投加点距离不小于20m，实时检测数据发送至自控系统s2。

17、优选的，所述低量程在线铝离子检测系统s25用来检测水厂出水中铝离子含量，其安装在清水池前进水总管上，实时数据发送至co2投加自控系统s2。

18、优选的，气体质量流量计s21、气体调流阀s23、在线ph检测及清洗系统s24、低量程在线铝离子检测系统s25将实时监测数据发送至自控系统s2，所述自控系统s2中内置co2调ph控铝离子模型根据监测数据计算co2投加量。

19、进一步地，自控系统s2通过收集co2投加前后ph的变化及砂滤池出水铝离子含量，通过pid算法调整co2投加量,发送信号控制流量阀的开度，进而调节co2投加量。

20、在过程控制中，按偏差的比例（p）、积分（i）和微分（d）进行控制的pid控制器（亦称pid调节器）是应用最为广泛的一种自动控制器。控制点包含增量式算法，位置式算法，微分先行三种比较简单的pid控制算法。本实用新型的过程控制也可以使用已知的pid控制算法。

21、优选的，由于co2气体投加后，沉淀池进水在线ph值反馈时间较长，无法采用后馈控制进行简单地pid控制，因此通过模型根据进水流量、原水ph值、设定调节ph值计算co2投加量，并根据反馈的沉淀池进水在线ph值、砂滤池出水低量程在线铝离子检测仪进行修正。

22、本实用新型中，管道、阀门和检测仪表等设备均符合gb/t 34242 的规定。

23、在本实用新型中，co2应为符合国家标准（gb10621-2006）的食品级co2。本实用新型提高了co2气体的有效利用率，使沉淀池进水在线ph和设定ph控制精度保持在±0.1。

24、本实用新型的系统在使用时，打开原水调流阀使原水进入原水管道，打开co2投加系统使co2喷射进入原水管道，观察系统中的各个仪表或者通过自动控制系统，可以实时了解系统中co2添加量、原水酸碱度、原水中铝含量等指标，操作简便、省时省力，降低成本。可以设置当co2气流压强小于0.4mpa时报警并且关闭co2投加系统，也可以对原水管道或者co2气体投加装置的堵塞设置监控和报警装置。

25、在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“原水”指未经处理的液体。

26、在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，流量、压力、ph值、铝离子含量，均是指本领域的常规指标。

27、与现有技术相比，本实用新型提供了一种“气/液”二氧化碳投加方式调节原水ph控铝系统，具备以下有益效果：

28、1、该系统投加食品级co2调节原水ph控铝，能够将ph控制精度设定值±0.1范围内，极大地降低了由于原水ph值过高带来的水质风险。

29、2、该系统所有气动阀门压缩气体均利用系统内co2的压力作为动力源，不需要额外气源及空压系统，降低系统能耗及设备投资。

30、3、该系统与现有方法相比，通过将气化后的co2气体直接高压喷射入原水管道，通过安装在原水管道中的无动力喷射混合系统将co2气体有效溶解于原水中，相较于传统水射器投加方法，减少了水泵、射流器等能耗装置，更加节能。

31、4、该系统所需设备较少，后期维护更加方便。

32、5、该系统可以实现流量、ph值和铝离子含量的在线监测，提高了测试精确度，节省了测试时间。通过流量、ph值及铝离子含量数据的实时变化，动态调整co2投加量，能够更加高效调节原水管道中ph值控铝。