CN111717979A - 一种用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于海水淡化调质技术领域，公开了一种用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法，包括：进水泵、压力表、矿化装置和在线监控系统，矿化装置包括密闭的矿化圆柱壳，矿化圆柱壳内设置有网格支撑板、导流微孔隔板和矿化物填料层，网格支撑板位于矿化圆柱壳内的两端，上面铺设矿化物填料层填充在网格支撑板之间，矿化物填料层中间由导流微孔隔板隔开。淡化水依次进入流量控制阀、进水泵、压力表、进水阀进入矿化装置进行矿化处理，经矿化处理的淡化水经出水阀、在线监控系统流出。本发明技术方案在无酸加入的条件下，用麦饭石和电气石两种矿石的混掺物置入矿化柱对淡化水进行调质，不仅能够解决淡化水腐蚀问题，还能调节补充微量元素。

Description

一种用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法

技术领域

本发明属于海水淡化调质技术领域，具体涉及一种用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法。

背景技术

海水淡化技术作为水资源的增量技术，不受时空和气候影响，可以作为沿海地区淡水资源的重要补给途径。经过海水淡化技术处理后的淡化水由于盐分含量和矿化度都很低，所以存在微量元素低且水质稳定性差的问题，淡化水的这种特性一方面造成饮用口感与常规自来水差异较大，不利于将淡化水作为直饮水进行推广，另一方面造成淡化水具有较强腐蚀性，造成管道生锈腐蚀和水质污染。

针对以上原因，有必要对淡化水做适当的水质调质及矿化处理，增加其硬度和碱度、降低其腐蚀性，便于使其进入给水管网系统。目前国内外淡化水再矿化的方法主要有：与其他水混合使用、直接投加化学药剂和利用酸性液体或气体溶解矿石等。然而上述技术均存在不足之处，例如，淡化水和高矿化度水的混合比例难以调节，混合过程需要投加化学药剂增加了处理难度和成本；直接投加化学药剂的方法成本高、操作难度大，并且许多化学药品在运输、储存过程中存在易变质、结块和泄漏等风险；利用酸性液体或气体溶解矿石仍然存在化学药品的运输和储存问题，且酸性液体或气体容易添加过量使最终水质呈酸性。

针对上述情况，为了提升淡化水、特别是偏远海岛区海水淡化装置产水的稳定性和可饮用性，有必要研究无需化学药剂特别是酸性液体和气体的淡化水矿化技术。因此，考虑选取若干种常见矿石进行组合搭配，使淡化水流经矿石以达到矿化效果。

矿化处理领域常见的矿石主要有石灰石、白云石等。研究发现，石灰石的使用过程常需输入CO₂或添加H₂SO₄来降低进水的pH值，使其呈弱酸性而增加石灰石中矿物质的溶出速率。此外，石灰石主要增加水的钙离子浓度，不能增加镁离子的含量。国内对于淡化水的矿化还有采用白云石的研究，白云石的主要成分MgCa(CO₃)₂，同时含有钙离子和镁离子，是比较理想的矿石。然而白云石原矿石溶解速率过慢，淡化水在设备中的停留时间过长，因此需要的调质设备体积过大。

针对上述技术问题和现有技术的不足，本发明提供了一种无酸的条件下采用麦饭石和电气石混掺来矿化淡化水的系统和方法。

发明内容

本发明提供了用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法，在无酸加入的条件下，用麦饭石和电气石两种矿石的混掺物置入矿化柱对淡化水进行调质，不仅能够解决淡化水腐蚀问题，还能调节补充微量元素。

本发明通过以下技术方案来实现的：

一种用于淡化水调质的无酸矿化系统，包括进水泵、压力表、矿化装置和在线监控系统。

所述的进水泵入口连接的管路上设置有流量控制阀，进水泵出口通过管路与矿化装置的入口相连接，进水泵和矿化装置连接的管路上设置有压力表、进水阀，矿化装置的出口连接的管路上设置有出水阀、在线监控系统，矿化装置的出口连接的管路为出水管路；

所述的矿化装置包括密闭的矿化圆柱壳，矿化圆柱壳内设置有网格支撑板、导流微孔隔板和矿化物填料层，网格支撑板位于矿化圆柱壳内的两端，上面铺设矿化物填料层填充在网格支撑板之间，矿化物填料层中间由导流微孔隔板隔开；

所述的网格支撑板上设有若干规则的布水孔；

所述的矿化物填料层为麦饭石和电气石的混合颗粒物；

所述的在线监控系统为监控pH值、电导率和浊度等指标的在线监测仪；

作为优选地，所述的网格支撑板为孔径为0.5mm的SUS404不锈钢板；

作为优选地，所述的导流微孔隔板的形状为圆形，导流微孔隔板的直径比矿化圆柱壳直径小20mm，导流微孔隔板的孔径为0.5mm，导流微孔隔板的数量为3层，导流微孔隔板的间隔距离为200mm；

进一步地，所述的矿化物填料层由直径1-2mm的麦饭石和电气石混合颗粒物装填，厚度为1500mm；

进一步地，所述的矿化物填料层由体积比50-70％的麦饭石和体积比30-50％的电气石颗粒混掺组成；

一种用于淡化水调质的无酸矿化方法，包括以下工艺流程：

淡化水通过管路依次进入流量控制阀、进水泵、压力表、进水阀进入矿化装置进行矿化处理，经矿化处理的淡化水通过管路经出水阀、在线监控系统作为成品水流出。

进一步地，为保证淡化水与矿化物填料层的矿石颗粒充分接触，淡化水在矿化装置的停留时间为2-3h；

进一步地，所述的矿化装置的进水温度为5-30℃。

需要说明的是，所述的进水泵、压力表、进水阀、流量控制阀、出水阀、在线监控系统都属于现有技术，为所属技术领域的技术人员所熟知的，不存在技术方案不清楚不完整的问题。

需要说明的是，矿化装置在矿化过程中的进出水为连续运行模式，直到矿化调质后的出水符合饮用水标准。

本发明提出的淡化水无酸矿化系统及其方法，所用的麦饭石是由原岩经过蚀变和风化等作用形成的，其微观结构松散，表面形貌呈片层状。麦饭石中含有丰富的微量元素且具有矿物质溶出性、吸附性以及对水中元素和pH值的双向调节性等特点。所用的电气石是一种含硼且富含钠、镁、铁、铝、锂环状结构的硅酸盐矿物，其结构主要以硅氧四面体环状晶型为主。电气石具有自发极化和红外辐射等特性，在光催化、环境保护、医疗保健、淡化水矿化等领域有重要的应用价值。此外，电气石周围的电场可以使水分子解离，提高水的界面活性，增强水的渗透能力及溶解力，在矿化过程有催化剂的特殊作用。现有技术的文献报道，电气石可以作为改性剂在与麦饭石混掺的条件下促进混合物的微量元素溶解释放，起到常规添加液体酸或酸性气体二氧化碳的功效，因此选择具有助溶功能的电气石和具有水体酸碱度调节功能的麦饭石混掺可实现无酸矿化方法。

本发明用于淡化水调质的无酸矿化系统及其方法的有益效果是：

1、矿化过程为淡化水补充了微量、常量元素，增加了淡化水的硬度和碱度，提高了淡化水的抗腐蚀性，调节了出水的pH值，改善了淡化水的口感。

2、所用矿石原料储存量大，容易获取，运输和储存方便。

3、整个工艺结构简单，危险系数低，易实现，运行费用低。

4、矿化后的淡化水可用作饮用水和工业用水，解决饮用水不足的同时补充工业用水所需，并保证海岛地区供水安全。

5、本发明提供了一种全新的淡化水矿化技术，为淡化水调质和矿化的研究领域提供一种全新的技术参考。

综合考虑麦饭石和电气石的优点，本发明提供了一种无酸的条件下采用麦饭石和电气石混掺来矿化淡化水的系统及其方法，其关键技术在于麦饭石和电气石的混掺置入矿化柱，当淡化水流经此矿化柱之后，矿石溶解出的常量、微量元素补充至淡化水中，同时提高淡化水的硬度和碱度，使矿化后的淡化水进一步满足饮用水水质标准。本发明技术方案能为淡化水补充常量、微量元素，使淡化水作为饮用水使用时为人体的安全健康提供保障。经过矿化处理后的淡化水不仅含有人体健康必需的微量元素，水质口感好，另外降低原淡化水的腐蚀，使其在运输过程不会损坏供水管道和输水管网。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明的系统组织示意图；

图中：1、进水泵，2、压力表，3、矿化装置，4、在线监控系统，31、矿化圆柱壳，32、网格支撑板，33、矿化物填料层，34、导流微孔隔板。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例：如图1所示，一种用于淡化水调质的无酸矿化系统，包括进水泵1、压力表2、矿化装置3和在线监控系统4。

进水泵1入口连接的管路上设置有流量控制阀，进水泵1出口通过管路与矿化装置3的入口相连接，进水泵1和矿化装置3连接的管路上设置有压力表2、进水阀，矿化装置3的出口连接的管路上设置有出水阀、在线监控系统4，矿化装置3的出口连接的管路为出水管路；

矿化装置3包括密闭的矿化圆柱壳31，矿化圆柱壳31内设置有网格支撑板32、导流微孔隔板34和矿化物填料层33，网格支撑板32位于矿化圆柱壳31内的两端，上面铺设矿化物填料层33填充在网格支撑板32之间，矿化物填料层33中间由导流微孔隔板34隔开；

网格支撑板32上设有若干规则的布水孔；

矿化物填料层33为麦饭石和电气石的混合颗粒物；

在线监控系统4为监控pH值、电导率和浊度等指标的在线监测仪；

网格支撑板32为孔径为0.5mm的SUS404不锈钢板；

导流微孔隔板34的形状为圆形，导流微孔隔板34的直径比矿化圆柱壳31直径小20mm，导流微孔隔板34的孔径为0.5mm，导流微孔隔板34的数量为3层，导流微孔隔板34的间隔距离为200mm；

矿化物填料层33由直径1-2mm的麦饭石和电气石混合颗粒物装填，厚度为1500mm；

矿化物填料层33由体积比50％的麦饭石和体积比50％的电气石颗粒混掺组成；

一种用于淡化水调质的无酸矿化方法，包括以下工艺流程：

淡化水通过管路依次进入流量控制阀、进水泵1、压力表2、进水阀进入矿化装置3进行矿化处理，经矿化处理的淡化水通过管路经出水阀、在线监控系统4作为成品水流出。

为保证淡化水与矿化物填料层33的矿石颗粒充分接触，淡化水在矿化装置3的停留时间为2.5h；

矿化装置3的进水温度为25℃。

其中，进水泵1、压力表2、进水阀、流量控制阀、出水阀、在线监控系统4都属于现有技术，为所属技术领域的技术人员所熟知的，不存在技术方案不清楚不完整的问题。

其中，矿化装置3在矿化过程中的进出水为连续运行模式，直到矿化调质后的出水符合饮用水标准。

矿化过程中，淡化水从矿化装置3底部，通过底部的网格支撑板32的孔隙流入至矿化物填料层33，导流微孔隔板34有助于淡化水在矿化物填料层的流转和停留，淡化水停留在矿化装置4的时间可由进水流量控制阀来调节控制，淡化水得到了调节和矿化，矿化后的淡化水从矿化装置3顶部的出水口流出，完成矿化过程，出水经过监控pH值、电导率和浊度等指标的在线监测系统4来实时监测出水水质。

经检测，矿化前的淡化水的pH为5.75，以CaCO₃计的总碱度为2.2mg/L，以CaCO₃计的钙硬度为3.6mg/L，矿化后的淡化水水质提高至pH为7.48，以CaCO₃计的总碱度为61.5mg/L，以CaCO₃计的钙硬度为54.1mg/L，总碱度和钙硬度能满足《海水淡化产品水水质要求》(HY/T247-2018)中的规定。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (4)

1.一种用于淡化水调质的无酸矿化系统，其特征在于，包括进水泵、压力表、矿化装置和在线监控系统；

所述的进水泵入口连接的管路上设置有流量控制阀，进水泵出口通过管路与矿化装置的入口相连接，进水泵和矿化装置连接的管路上设置有压力表、进水阀，矿化装置的出口连接的管路上设置有出水阀、在线监控系统，矿化装置的出口连接的管路为出水管路；

所述的矿化装置包括密闭的矿化圆柱壳，矿化圆柱壳内设置有网格支撑板、导流微孔隔板和矿化物填料层，网格支撑板位于矿化圆柱壳内的两端，上面铺设矿化物填料层填充在网格支撑板之间，矿化物填料层中间由导流微孔隔板隔开；

所述的网格支撑板上设有若干规则的布水孔；

所述的矿化物填料层为麦饭石和电气石的混合颗粒物；

所述的网格支撑板为孔径为0.5mm的SUS404不锈钢板；

所述的导流微孔隔板的形状为圆形，导流微孔隔板的直径比矿化圆柱壳直径小20mm，导流微孔隔板的孔径为0.5mm，导流微孔隔板的数量为3层，导流微孔隔板的间隔距离为200mm；

所述的矿化物填料层由直径1-2mm的麦饭石和电气石混合颗粒物装填，厚度为1500mm；

所述的矿化物填料层由体积比50-70％的麦饭石和体积比30-50％的电气石颗粒混掺组成。

2.根据权利1所示的用于淡化水调质的无酸矿化系统，其特征在于，所述的在线监控系统为监控pH值、电导率和浊度等指标的在线监测仪。

3.一种用于淡化水调质的无酸矿化方法，其特征在于，采用权利1所述的用于淡化水调质的无酸矿化系统，包括以下工艺流程：淡化水通过管路依次进入流量控制阀、进水泵、压力表、进水阀进入矿化装置进行矿化处理，经矿化处理的淡化水通过管路经出水阀、在线监控系统作为成品水流出。

4.根据权利3所示的用于淡化水调质的无酸矿化方法，其特征在于，淡化水在矿化装置的停留时间为2-3h，所述的矿化装置的进水温度为5-30℃。

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