一种带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒水处理装置

1.本发明属于水质净化技术领域，涉及核晶凝聚诱导造粒水处理设备，特别涉及一种带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒水处理装置。


背景技术：

2.近些年来，高砷水、高氟水等地下饮用水出现的水域面积逐年增加，饮用水的水质不达标从而导致城镇饮用水供水不足的矛盾日益增加。如何寻求一种高效便捷的方法来解决这一问题是将成为研究的热点。此外伴随着经济的高速发展，大量的化工行业迅速崛起，这也产生了大量的含氟、含砷废水，这些废水若不能及时得到妥善的处理，必将给自然环境和人们的生理健康带来巨大的威胁。我国针对高氟、高砷地下水进行了大量研究，现行的工艺有混凝沉淀、反渗透、离子交换树脂等。混凝沉淀法较为常用，但是效果较差，污泥量大，出水达不到饮用水标准。反渗透、离子交换树脂这类方法虽效果优良，但原水需要进行预处理，处理设备昂贵，操作复杂，要在农村地区实现具有一定的困难，无法大规模推广。
3.针对传统处理技术的局限性，核晶凝聚诱导造粒技术应运而生，该技术通过对于不同种类的废水的研究，从而设计并合成出特定的晶种，将该特定晶种、高氟砷地下水与碱性药剂投加至核晶凝聚诱导造粒水处理装置中，可以获得较高的氟砷脱除率以及较大的水处理量，从而解决饮用水供水不足的问题；然而在设备的使用过程中，往往达不到预期的处理效果，经研究发现，这可能是由于药剂、废水以及晶种的混合不均所导致的；与此同时，由于长时间的使用，加药管常常会被堵塞，这也可能会导致处理效果的下降。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒水处理装置，将进水处设计了虹吸进水结构，并将加药管与进水管相连接，从而有效解决上述问题，提高水处理效果。
5.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
6.一种带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒水处理装置，包括外筒、内筒和虹吸装置；所述内筒悬空设置于外筒中，所述虹吸装置设置于内筒的底部；
7.所述虹吸装置包括带有虹吸功能的管件，所述带有虹吸功能的管件由上部直管、中部阔口管和下部直管依次连接组成，其中下部直管的管径大于上部直管的管径；所述上部直管的顶端连接内筒的底部出口，下部直管的底端为虹吸口，进水管直接通入虹吸口中且进水方向向上，加药管与进水管相通；
8.所述虹吸装置通过管径变化使得进水在其中的流速发生变化，从而使内筒外壁与外筒内壁之间形成负压空间，该空间的压强大于内筒内的压强，在压强差的作用下，外筒中的晶种和药剂均被压入内筒内部，在内筒内部完成反应。
9.在一个实施例中，所述外筒顶部设有料斗，料斗底部延伸处紧贴外筒内壁，所述料斗用于向外筒加入晶种。
10.在一个实施例中，所述内筒外壁上方设有两根支架，支架与外筒内部相连，用于将内筒固定于外筒的内部。
11.在一个实施例中，所述外筒中位于内筒上方设有齿形溢流堰，外筒筒壁与齿形溢流堰底部正对的位置上设有出水管。
12.在一个实施例中，所述外筒的底部设有晶种排出管。
13.在一个实施例中，水处理过程中使用的晶种投置于外筒底部，此时晶种无需外部循环即可实现循环使用，有效简化的装置的同时提高的晶种的利用率。
14.在一个实施例中，所述进水管包括水平段和竖直段，竖直段的上端设置于带有虹吸功能的管件的中部阔口管，水平段与竖直段的下端连接，所述加药管连接于进水管的竖直段。
15.在一个实施例中，外筒直径约为300-400mm，内筒中上部直管直径约为200-300mm，下部直管直径约为60-100mm；废水进入内筒后，进水流速为30-150m/h。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本装置结构紧凑，实用性强，通过进水处设置虹吸结构，有效的解决了反应过程中，废水、晶种以及药剂混合不均的问题，与此同时，该装置无需添加外部循环即可实现晶种的高效使用，节约了装置的制造成本以及药剂成本；该装置通过将进水与加药管相连接，有效的解决了加药管堵塞的问题；通过该装置的使用，大大改善了水处理效果，降低了水处理成本，有效的缓解了饮用水供水不足的难题。
附图说明
17.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
18.图1是本发明的结构示意图。
19.图2是本发明虹吸装置结构图。
20.图3是本发明改进前后对于水体中高浓度氟砷离子的去除效果对比。
21.附图标记
22.图中：1、外筒；2、料斗；3、人工扶梯；4、内筒；5、齿形溢流堰；6、出水管；7、带有虹吸功能的管件；8、虹吸口；9、进水管；10、加药管；11、晶种排出管。
具体实施方式
23.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，本发明为一种带有虹吸结构的核晶凝聚诱导造粒水处理装置，其主要包括外筒1、内筒4和虹吸装置。其中，外筒1中用于投入药剂和晶种，其为筒状结构，底部可设置为锥形，晶种排出管11可设置在锥底位置。内筒4悬空设置于外筒1中，内筒4的外壁与外筒1的内壁之间具有空间，核晶凝聚诱导造粒的反应在内筒4中完成。
25.虹吸装置设置于内筒4的底部，参考图2，其为由上部直管、中部阔口管和下部直管
依次连接组成的带有虹吸功能的管件7，其中下部直管的管径大于上部直管的管径。上部直管的顶端连接内筒4的底部出口，下部直管的底端则为虹吸口8，进水管9直接通入虹吸口8中且进水方向向上，加药管10与进水管9相通。示例地，进水管9包括水平段和竖直段，竖直段的上端设置于带有虹吸功能的管件7的中部阔口管，水平段与竖直段的下端连接，加药管10连接于进水管9的竖直段。
26.根据该结构，本发明利用虹吸装置，通过管径变化使得进水在其中的流速发生变化，从而使内筒4外壁与外筒1内壁之间形成负压空间，该空间的压强大于内筒4内的压强，在压强差的作用下，外筒1中的晶种和药剂均被压入内筒4内部，在内筒4内部完成反应。
27.本发明的循环路线如下：晶种填充于外筒1中，在进水的瞬间内外形成负压，将外筒1中的晶种压入内筒4，从而在内筒4中进行反应，反应的晶种随着水流在内筒4中上升，一部分在齿形溢流堰5中与水体分离，一部分进入外筒1，继续上述循环。
28.在一些实施例中，如图1所示，外筒1顶部设有料斗2，料斗2用于向外筒1加入晶种，其底部延伸处紧贴外筒1内壁，以保证晶种全部投加于外筒1中，进而在虹吸的作用下，与含高浓度氟砷水体一同进入内筒4进行反应。
29.本发明适用于含高浓度氟砷的水体，其中的晶种可采用现有晶种，也可采用自主合成的晶种，例如表面涂覆金属氧化物的石英砂或沸石；本发明的药剂可以是氢氧化钠、碳酸钠种的一种或多种。
30.在一些实施例中，如图1所示，外筒1外侧固定有人工扶梯3，料斗2的位置紧靠人工扶梯3一侧，这样有助于人工加料，与此同时可以观测内部的情况。
31.在一些实施例中，如图1所示，提供了内筒4的安装方式，其外壁上方设有两根支架，支架与外筒1内部相连，用于将内筒4紧紧固定于外筒1的内部，使得核晶凝聚诱导造粒过程中装置内部整体结构的稳定。。
32.在一些实施例中，如图1所示，外筒1中位于内筒4上方设有齿形溢流堰5，外筒1筒壁与齿形溢流堰5底部正对的位置上设有出水管6，齿形溢流堰5可以起到过滤的作用，另外可以在齿形溢流堰5上设置滤网起到进一步的滤除杂物的效果，最终出水由出水管6排出。
33.在一些实施例中，如图1所示，所使用的晶种投加于外筒1底部，运行过程中，晶种在负压的作用下进入内筒4中参与反应，一些未反应完全的晶种会再次回流至外筒1中进行循环，最终反应完全后，从外筒1底部的晶种排出管11排出。此时晶种无需外部循环即可实现循环使用，有效简化的装置的同时提高的晶种的利用率。
34.本发明的一个实施例提供了具体的结构参数，例如，外筒1的直径约为300-400mm，内筒4的中上部直管直径约为200-300mm，下部直管直径约为60-100mm；废水进入内筒4后，进水流速一般可控制在30-150m/h。
35.本发明通过进水处设置虹吸结构，进水、晶种以及投加的药剂的均匀混合以及在内筒4内部反应的完成均通过虹吸装置实现，有效解决了反应过程中废水、晶种以及药剂混合不均的问题，与此同时，在不添加外部循环的情况下即可实现晶种的高效使用，节约了水处理成本，该装置通过将进水管9与加药管10直接连接，在进水不断流动的作用下实现药剂与进水的混合，还有效解决了加药管10堵塞的问题。
36.下面结合具体实施例作进一步的说明：
37.实施例1
38.原水中氟的浓度为5mg/l，砷的浓度为10mg/l，所使用的晶种为氟磷灰石，填充高度为装置理论高度的15％-20％，停留时间为30min，进水流量为60l/h，并同时投加nah2po4和cacl2，控制ca
2+
、po
43-、f-、as
5+
的摩尔比为10:5:1:1；
39.此时带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒装置对应的氟、砷的去除率分别为95％及98％；而现有未改进装置对应的氟、砷的去除率分别为71％及78％。
40.实施例2
41.原水中氟的浓度为10mg/l，砷的浓度为15mg/l，所使用的晶种为氟磷灰石，填充高度为装置理论高度的15％-20％，停留时间为30min，进水流量为60l/h，并同时投加nah2po4和cacl2，控制ca
2+
、po
43-、f-、as
5+
的摩尔比为10:5:1:1；
42.此时带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒装置对应的氟、砷的去除率分别为96％及98.5％；而现有未改进装置对应的氟、砷的去除率分别为75％及80％。
43.实施例3
44.原水中氟的浓度为20mg/l，砷的浓度为25mg/l，所使用的晶种为氟磷灰石，填充高度为装置理论高度的15％-20％，停留时间为30min，进水流量为60l/h，并同时投加nah2po4和cacl2，控制ca
2+
、po
43-、f-、as
5+
的摩尔比为10:5:1:1；
45.此时带有虹吸进水结构的核晶凝聚诱导造粒装置对应的氟、砷的去除率分别为96.8％及99.2％；而现有未改进装置对应的氟、砷的去除率分别为78.2％及82.5％。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。