净化及处理水中盐类及杂质的电化学装置及方法与流程

本发明涉及IPC分类中C02F水、废水、污水或污泥的处理技术，属于电化学处理冷却循环水范畴，尤其是净化及处理水中盐类及杂质的电化学装置及方法。

背景技术：

当前，作为针对水中处理杂质的方法采用的是过滤法、如超滤、反渗透法、正渗透法钠离子交换法等，这些方法均需要用到超滤膜和反渗透膜、树脂、软水盐等介质，增加运行成本的同时，会产生20％以上的废水或浓水，并且会经常导致膜的堵塞。改进的技术公开较少。

科米泰克通讯技术有限公司在中国专利申请99802630.1中公开一种用来净化水的装置,具有一里面设有电极(7)的壳体(1)、一用于待净化水(8)的输入管(2)、一用来使循环中的水运动的输出管(4)、一用来排空壳体的排水口(3)和涡动体(9),涡动体是部分或全部导电的。它的特征是,壳体(1)的底部区域在一个平面内具有半圆形地倒国的形状,而在另一个与它成90°角的平面内具有向下成梯形地逐渐变窄的形状,其中输入管(2)设置在成梯形地逐渐变窄的底部区域的中心底面附近,以产生一沿半圆形逐渐变细的底部区域的水流；电极(7)按照底部区域的形状成形,并设置得与水流方向平行。

东南大学在中国专利申请200910035258.4中公开一种无隔膜电化学废水处理装置,包括电极反应器,电极反应器内安装有废水导向管、阳极电极、阴极馈电极以及金属大颗粒收集装置,所述废水进入口设置于电极反应器的底部,其上方纵向安装废水导向管,且废水导向管下端与废水进入口之间存在间距,另废水导向管的上端安装有阳极保护挡板,所述阳极电极设置在废水导向管的外壁,而阴极馈电极则设于电极反应器底部,另电极反应器上安装有给料装置,所述金属大颗粒收集装置位于阳极保护挡板下方。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种净化及处理水中盐类及杂质的电化学装置及方法，能够将导致结垢生锈的金属离子如钙、镁、铁等吸附捕捉到该设备的结晶器上，稳定循环水水质和减少循环水中的含盐量。

本发明的目的将通过以下技术措施来实现：采用智能主机控制阳极板和阴极板，并根据水质的不同，自动调整电极在电解过程中的电流及电压，使阳极板和阴极板之间产生电场，阳极板电流通过含有电导率的水体经过阴极板产生回流到智能主机，从而在阴极外网产生可持续的负电荷，正是这种负电荷可以吸引水中带正电荷的钙、镁、铁金属离子，当吸引的金属离子浓度大于等于30mg/L以上时，金属离子与碳酸根，氢氧根迅速结晶被吸附在阴极外网上，装置采用双阳极的架构，两根阳极板交替给电用以增强阳极板寿命，并在控制线路板中设有控制电频率的信号发生器产生振荡频率，用来打散水中大分子团，液态水通常以6-7个水分子形成水分子团，利用从分子团打散后的单一水分子的渗透能力和溶解能力强的特点进一步清除水中的杂质；智能主机与盐类结晶器通过线缆连接；其中，智能主机外安装有电脑触摸屏，智能主机中安装有机箱电源、空气开关和控制单元，结晶器包括一部安装呈圆筒状或方筒型的阴极板以及安置于其中的二根阳极板。

尤其是，根据水质的好坏自动调节运行功率，当水质恶化，电导率升高时，设备的运行电流也会自动升高，反之，会自动降低；循环水中钙镁离子含量＞30mg/L之上即开始自动吸附捕捉，肉眼可见；≤30mg/L以下时，吸附动作停止，维持原有的阻垢频率发射。

尤其是，智能主机外部安装机柜，机柜外壁上安装有机外接头、空气开关、外机柜把手和散热进出风孔，机柜底部安装机柜万向轮；智能主机内部有母线支架，母线支架上安装机箱电源和控制单元，控制单元上安装风扇和航空接头。

尤其是，结晶器上端安装防水连接手柄，防水连接手柄上端连接线缆，防水连接手柄11下端通过阴阳极导电杆连接环形的固定顶板和阳极板，固定顶板下方通过阴极回路导电螺丝连接呈圆筒状的阴极板，该呈圆筒状的阴极板下端安装固定底板，阳极板呈长条形结构，二根阳极板竖立悬挂安装在呈圆筒状的阴极板内。该呈圆筒状的阴极板或固定有阴极板的筒形滤网也称阴极外网。

尤其是，智能主机的电脑控制线路输入电压为220V交流电，输入电流为1A-15A，输出电流为5V-26V的可变电压的直流电，输出电流为2A-13A。智能主机通过控制电频率的信号发生器产生20KHZ-375KHZ混合震荡频率及方形震荡波形，采用两根阳极板交替给电。

尤其是，软水设备与本发明电化学装置在实验开始就同步运行，由于软水是批量制水，在批量制水末期会留有一定量的水未被软化直接补入循环水，干扰每次的补水水质数据，造成不稳定的情况，装置的运行基本保持钙硬度在40-60mg/L，总硬度在100mg/L，使循环水水质相对稳定；随着后续软水补水稳定后，逐渐增加地下水直接补水的比例，使总硬度稳定在≤200mg/L,钙硬度≤100mg/L,电导率≤2500us/cm,氯离子≤350mg/L；虽然软水出水在批量制水的末端仍会出水水质过高的情况，但装置在循环水系统浓缩倍数3倍的前提下，始终将循环水系统的总硬度、钙硬度控制在小于2倍的浓缩倍数下，碱度稳定在相对平稳在2倍的数据上，最高点总硬度没有超过300mg/L，氯离子维持在300mg/L左右，循环水运行非常稳定，没有出现换热效率下降以及腐蚀性的问题；补水钙硬度经常在5mg/L到140mg/L跳跃，但循环水系统的钙硬度始终稳定在60mg/L以下，40mg/L以上。

本发明的优点和效果：能够将导致结垢生锈的金属离子如钙、镁、铁等吸附捕捉到该设备的结晶器上，在循环水中钙镁离子含量＞30mg/L之上即开始自动吸附捕捉，肉眼可见；≤30mg/L以下时，吸附动作停止，实现无人值守，方便易用，完全避免了循环水二次污染，改善水质，节约水资源，节能环保安全，稳定循环水水质，减少循环水中的含盐量，替代药剂后降低总磷含量，并对COD也能改善，实现真正的环保排放，使系统的结垢风险和腐蚀风险同时降低。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图。

图2为本发明实施例1中智能主机内部结构示意图。

图3为本发明实施例1中结晶器结构示意图。

图4为本发明实施例1吸附水垢的结晶器中的阴极板实景图

图5为本发明实施例1试运行8-9月份中总硬度变化图。

图6为本发明实施例1试运行8-9月份中钙硬度变化图。

图7为本发明实施例1试运行8-9月份中电导率变化图。

图8为本发明实施例1试运行8-9月份中钠离子变化图。

图9为本发明实施例1试运行11-12月份中总硬度变化图。

图10为本发明实施例1试运行11-12月份中钙硬度变化图。

图11为本发明实施例1试运行11-12月份中电导率变化图。

图12为本发明实施例1试运行11-12月份中钠离子变化图。

附图标记包括：

电脑触摸屏1、机外接头2、机柜3、航空接头4、风扇5、机箱电源6、空气开关7、外机柜把手8、散热进出风孔9、机柜万向轮10、防水连接手柄11、阴阳极导电杆12、固定顶板13、阴极回路导电螺丝14、阳极板15、阴极板16、固定底板17、控制单元18、母线支架19。

具体实施方式

本发明原理在于，采用智能主机控制阳极板15和阴极板16，并根据水质的不同，自动调整电极在电解过程中的电流及电压，使阳极板15和阴极板16之间产生电场，阳极板15电流通过含有电导率的水体经过阴极板16产生回流到智能主机，从而在阴极外网产生可持续的负电荷，正是这种负电荷可以吸引水中带正电荷的钙、镁、铁金属离子，当吸引的金属离子浓度大于等于30mg/L以上时，金属离子与碳酸根，氢氧根迅速结晶被吸附在阴极外网上，装置采用双阳极的架构，两根阳极板15交替给电用以增强阳极板15寿命，并在控制线路板中设有控制电频率的信号发生器产生振荡频率，用来打散水中大分子团，液态水通常以6-7个水分子形成水分子团，利用从分子团打散后的单一水分子的渗透能力和溶解能力强的特点进一步清除水中的杂质

本发明中的电化学装置包括：智能主机、结晶器和线缆；智能主机与结晶器通过线缆连接；其中，智能主机外安装有电脑触摸屏1，智能主机中安装有机箱电源6、空气开关7和控制单元18，结晶器包括一部安装呈圆筒状的阴极板16以及安置于其中的二根阳极板15。

本发明中的电化学装置，能够将导致结垢生锈的金属离子如钙、镁、铁等吸附捕捉到该设备的结晶器上，经过反复的测试，发现该设备在循环水中钙镁离子含量＞30mg/L之上即开始自动吸附捕捉，肉眼可见；≤30mg/L以下时，吸附动作停止，维持原有的阻垢频率发射，这种功能对于循环水水质的稳定起到了至关重要的作用，水质控制改善有充分可靠的数据支持。设备根据水质的好坏自动调节运行功率，当水质恶化，电导率升高时，设备的运行电流也会自动升高，反之，会自动降低，避免了人为调整的误差，也能做到无人值守，方便易用，完全避免了循环水二次污染，在环保排放方面无后顾无忧。

本发明可以用在任何水质的循环水系统，尤其适用于高硬度地区因药剂无法控制的结垢而带来的难题。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：如附图1和2所示，智能主机外部安装机柜3，机柜3外壁上安装有机外接头2、空气开关7、外机柜把手8和散热进出风孔9，机柜3底部安装机柜万向轮10；智能主机内部有母线支架19，母线支架19上安装机箱电源6和控制单元18，控制单元18上安装风扇5和航空接头4。

前述中，如附图3所示，结晶器上端安装防水连接手柄11，防水连接手柄11上端连接线缆，防水连接手柄11下端通过阴阳极导电杆12连接环形的固定顶板13和阳极板15，固定顶板13下方通过阴极回路导电螺丝14连接呈圆筒状的阴极板16，该呈圆筒状的阴极板16下端安装固定底板17，阳极板15呈长条形结构，二根阳极板15竖立悬挂安装在呈圆筒状的阴极板16内。该呈圆筒状的阴极板16或固定有阴极板16的筒形滤网也称阴极外网。

前述中，至少一个控制单元18上安装信号发生器。

前述中，机外接头2与航空接头4连接。

前述中，智能主机的电脑控制线路输入电压为220V交流电，输入电流为1A-15A，输出电流为5V-26V的可变电压的直流电，输出电流为2A-13A。在该区间内，根据水中电导率的不同，电流、电压自动调节大小。

前述中，智能主机通过控制电频率的信号发生器产生20KHZ-375KHZ混合震荡频率及方形震荡波形，可以打散液态水分子团，产生单一水分子的液态水，增强水的溶解能力和渗透能力，同时震荡频率和震荡波干扰波可以破坏碳酸钙、氢氧化镁、三氧化二铁的的晶格，防止在管道壁产生结垢及生锈现象。

本实施例工作时，阴极板16在电流的作用下，能够快速吸附水中的钙、镁、铁等带正电荷的金属离子，采用两根阳极板15交替给电，使阳极的使用寿命延长了一倍。水中的总硬度、钙镁离子、电导率、浊度会被降低，平均降幅可以达到20％以上，从而进一步降低水对管道及其它金属部分的结垢和腐蚀风险；电解产生的单一的水分子的液态水可以溶解更多的水垢及水锈，并能对已经生成的垢、锈进行渗透和疏松；智能主机发出的20HZ-375KHZ的混合频率，可以有效的破坏钙、镁结晶的晶格，进而防止系统管道产生结垢。

本实施例在应用于某地实验中，由于该地区的地下水硬度和碱度均较高，平均硬度在300mg/L以上，碱度也在300mg/L以上，如果作为循环水浓缩3倍以上，很快就会达到1000mg/L左右，在这种情况下会对换热器结垢带来极大的风险。所以，在原来的循环水系统从最初就采用了软水补水，同时循环水投放缓蚀阻垢剂和杀菌灭藻剂的传统的处理方式。这种方式虽然控制了结垢风险，但是随之而来的腐蚀性风险巨大，因为软水自身的溶解性，包括软水溶解氧、二氧化碳、金属的能力强于地下水、地表水和自来水，以及，软水自身的氯离子腐蚀性强的特点使换热器外围的钢板在一年时间就产生了脆化腐蚀，另外还有两个方面也需要投入比较多的精力：一方面，采用药剂模式对水质分析、浓缩倍数、药剂浓度都有比较严格的要求，任何一方面没有做好都会影响结垢和腐蚀风险。另一方面，对于药剂的使用，因为对总磷和COD都会产生影响，随着环保要求的提高，对今后的排放也会带来压力。

在这种前提和背景下，启用本发明实施例中的电化学装置设备进行循环水优化，以代替原有的加药方式，同时，以软水和地下水混合的方式进行补水，这样即解决了单纯软水的腐蚀问题同时也解决了结垢问题。同时，电化学装置也具有超声波混合频率阻垢功能，完全取代并颠覆了传统化学药剂的处理方法，经过超过24个月的运行，未投放过任何化学药剂，换热器也没有出现换热效率下降。

在本实施例中，实验用智能主机5台，结晶器30个。设备运行情况：软水设备与本发明电化学装置在实验开始就同步运行，由于软水是批量制水，在批量制水末期会留有一定量的水未被软化直接补入循环水，干扰每次的补水水质数据，造成不稳定的情况，装置的运行基本保持钙硬度在40-60mg/L左右，总硬度在100mg/L左右，使循环水水质相对稳定。随着后续软水补水稳定后，逐渐增加地下水直接补水的比例，使总硬度稳定在≤200mg/L,钙硬度≤100mg/L,电导率≤2500us/cm,氯离子≤350mg/L。具体水质数据见附图5-附图12趋势图分析。

经过8-9月份，11-12月份两段近4个月的运行，虽然软水出水在批量制水的末端仍会出水水质过高的情况，但装置在循环水系统浓缩倍数3倍的前提下，始终将循环水系统的总硬度、钙硬度控制在小于2倍的浓缩倍数下，碱度稳定在相对平稳在2倍的数据上，最高点总硬度没有超过300mg/L，氯离子维持在300mg/L左右，空分系统循环水运行非常稳定，没有出现换热效率下降以及腐蚀性的问题

其中，如附图6和11所示，补水钙硬度经常在5mg/L到140mg/L跳跃，但循环水系统的钙硬度始终稳定在60mg/L以下，40mg/L以上，使系统的结垢风险降低并使腐蚀风险也同时降低。

另外，在软水出水稳定的情况下，还是要增加一些地下水的补充，钙硬度在100左右比较好。原因在于，水中的硬度不是越低越好，如果过低，会增加水的溶解能力，从而使水中的溶解氧、二氧化碳、以及对金属直接溶解能力增加，造成对金属设备的溶解和腐蚀。

本实施例在实验后获得明显的经济和社会效益：

1、由于循环水是直接排放的，使用本发明能够减少循环水中的含盐量，替代药剂后降低总磷含量，并对COD也能改善，实现真正的环保排放。

2、由于水质改善，节约了水资源。

3、避免了因投放化学药剂对人身体健康的影响。

4、节约药剂费用，提高地下水的补水比例，以及避免换热器腐蚀等方面体现的经济价值显著。