[發明專利]一種基于調節CO2分壓處理高硬度地下水的裝置和方法

在審

• 申請號: 201710623399.2
• 申請日: 2017-07-27
• 公開（公告）號: CN107235565A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 謝先軍;馮宇;王志強;錢坤;皮坤福;王焰新;甘義群;李韜
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）;武漢中地大環境治理有限公司
• 主分類號: C02F5/02
• 分類號: C02F5/02;B01F3/04;B01F5/02;B01F5/20;B01F15/02;C02F103/06
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司42238
• 代理人: 郝明琴

1.一種基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的裝置，其特征在于，包括水泵和水力噴射裝置，所述水泵設置在高硬度地下水蓄水池的水面以下，所述水力噴射裝置設置在高硬度地下水蓄水池的水面以上，所述水泵將高硬度地下水泵入水力噴射裝置中，高硬度地下水進入水力噴射裝置，并在水力噴射裝置中和大氣進行第一次混合，之后從水力噴射裝置中噴出，和大氣進行第二次混合，由于大氣中CO₂分壓小于高硬度地下水中CO₂分壓，經過和大氣的兩次混合，高硬度地下水中CO₂分壓大幅減小，進而使高硬度地下水中CO₂濃度降低，pH增加，HCO₃^-含量降低，OH^-濃度增加，Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺離子以膠體或懸濁液的形式被固定，達到軟化高硬度地下水的目的。

2.根據權利要求1所述的基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的裝置，其特征在于，所述水力噴射裝置包括進水噴嘴、吸入室、混合室和出水噴嘴，所述進水噴嘴、吸入室、混合室和出水噴嘴依次連通，所述水泵將高硬度地下水泵入進水噴嘴，并保持水量恒定，高硬度地下水在所述進水噴嘴的流動途徑中，進水噴嘴的橫截面積逐漸減小，高硬度地下水的流速逐漸增大，形成高速運動的水柱，水柱射入吸入室，所述吸入室的上下均設有進氣口，大氣通過進氣口進入吸入室，高速運動的水柱表面壓力低，進入吸入室的大氣在負壓作用下向水柱移動，大氣在摩擦作用下在水柱的表面形成附面層，并隨水柱射入混合室，所述混合室的前段橫截面積逐漸增大，所述混合室的后段橫截面積保持不變，水柱的射流速度在混合室的前段逐漸減小，壓力逐漸增大，水柱和大氣劇烈混合和乳化，形成泡沫流，所述泡沫流在混合室的后段勻化，并射入出水噴嘴，所述出水噴嘴的橫截面積顯著減小，泡沫流的射流速度顯著增大，壓力減小，泡沫流從出水噴嘴中高速射出，與大氣混合。

3.根據權利要求1所述的基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的裝置，其特征在于，所述水泵為不銹鋼水泵。

4.根據權利要求2所述的基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的裝置，其特征在于，所述進水噴嘴和出水噴嘴均為文丘里噴嘴。

5.根據權利要求1所述的基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的裝置，其特征在于，所述水泵和水力噴射裝置之間通過管道連接。

6.一種基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)水泵將高硬度地下水從蓄水池中泵入水力噴射裝置的進水噴嘴；

(2)高硬度地下水在進水噴嘴中流速逐漸增大，形成高速運動的水柱，所述水柱高速射入吸入室中；

(3)打開吸入室的進氣口，大氣進入吸入室，高速運動的水柱表面壓力低，進入吸入室的大氣在負壓作用下向水柱移動，大氣在摩擦作用下在水柱的表面形成附面層，并隨水柱射入混合室；

(4)水柱在混合室中的射流速度先逐漸減小后保持不變，壓力也隨之先增大后保持不變，水柱與其附面層的大氣先劇烈混合和乳化，形成泡沫流，之后，泡沫流逐漸勻化，并射入出水噴嘴；

(5)泡沫流在出水噴嘴中流速逐漸增大，壓力逐漸下降，并高速射出；

(6)射出的泡沫流與大氣混合，壓力下降，并返回蓄水池，返回蓄水池的水中CO₂濃度降低，pH增加，HCO₃^-含量降低，OH^-濃度增加，Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺離子以膠體或懸濁液的形式被固定，進而降低高硬度地下水的硬度。

7.根據權利要求6所述的基于調節CO₂分壓處理高硬度地下水的方法，其特征在于，所述大氣和高硬度地下水混合過程中氣液兩相存在可逆反應：