地下水因其供水条件稳定、水质相对良好的优点,历来作为郊县及乡村地区生活用水的重要水源。然而,我国喝热水的习惯已久。地下水在作为生活饮用水的时候,存在烧开后易结水垢的问题,不但感官上难以接受,而且可能存在很多潜在的危害,用户对此有很大的抱怨。随着国内生活水平的提高,解决饮用水烧开后产生的水垢问题、提高用户对饮用水满意度成为供水行业关注的热点之一。本文在酸碱平衡曝气法水垢去除技术的基础上,提出了直接提供氢离子改进了原方法加酸引入阴离子的技术方案,结合自动控制技术研发了可用于小型供水系统的水垢去除设备(日处理水量20m~3/d)。实验选取水垢较多的陕西省某地下水厂(A)、某工业园区用水点(B)以及山东省某地下水厂(C)为研究对象,通过控制温开水浊度、处理水与未处理水混合比、气水比等关键参数以及开展长时间连续运行试验,验证设备对不同水质水垢去除效果的适用性。研究结论如下:(1)设备在A、B、C三地试验表明,该设备出水水质检测符合生活饮用水卫生标准,pH接近原水,且未提高阴离子浓度,能够很好地解决结垢问题。对于水源地A,调整处理水与未处理水混合比为1:6、气水比为7:1时,硬度降低21.8%,碱度降低40.0%,温开水浊度可由9.0~18.0NTU降低至0.5NTU以下。对于用水点B,调整处理水与未处理水混合比为1:5、气水比为7:1时,硬度降低16.7%左右,碱度降低36.4%左右,温开水浊度可由16.0~21.0NTU降低至0.5NTU以下。对于原水硬度超过450mg/L的水源地C,调整处理水与未处理水混合比为3:7、气水比为8:1时,硬度降低30.2%,即由530 mg/L降至380mg/L以下,碱度降低62.5%,即由320mg/L降至120mg/L以下,温开水浊度可由18.0~25.0NTU降低至0.5NTU以下。出水碱度和温开水浊度随处理水与未处理水比例量的增加而减少;设备出水pH随着气水比的增加而增大;停留时间的增加对出水pH有一定的提升作用,根据实验结果选取停留时间为20min~25min。(2)本设备此次采用PLC自动控制系统,在运行过程中可以实现智能切换设定工况。当某一树脂罐中的氢型离子交换树脂失效后会自动关闭当前树脂罐的电动开关阀停止进水,同时开启下一个树脂罐阀门进水,直至最后一个树脂罐内的离子交换树脂失效,设备进行再生与反洗,然后复位工作。树脂罐以出水pH值确定罐内交换树脂是否失效,以此完成系统自动运行,降低人力成本。在水源A、C两地开展连续运行实验,设备工况切换正常,操作难度较手动控制有所降低,提高了设备运行的稳定性与可靠性。(3)通过现场试验,吨水处理成本控制在0.30~0.60元,适用于饮用水水垢多、硬度偏高的地区。其中,对于原水硬度超过国家标准的水源地,如水源地C,实现降低总硬度符合国家出水标准,又达到烧开后无水垢的效果,吨水处理成本不超过0.60元,远低于其他工艺。(4)通过分析不同条件下曝气池内气液两相流的流动特性,运用PIV软件将气泡羽流传质和气泡传质联系起来,为模型的优化与应用提供依据。研究发现,气泡扩散传质中速率与半径相互影响、相互制约,即具有非平衡、非稳态的特性。