本技术方案属于环保
技术领域：
，具体是一种无选择性高效水处理方法及设备。
背景技术：
：我国是一个水资源匮乏的国家，人均用水占有量仅为世界平均水平的四分之一，极大地限制了我国社会经济的可持续发展。对于工业用水而言，提高工业用水重复利用率是节约工业新水用量、减少工业污水排放的有效措施；同时，也是积极响应国家政策的措施。工业废水中含有的悬浮物、重金属离子、结垢型离子、小分子离子等对处理工艺提出了很高的要求，尤其是除盐阶段。当前对于悬浮物的去除采用多介质过滤技术，重金属离子的去除采用投加药剂或膜处理方法、结垢型离子以及小分子离子的去除多采用电解法或者药剂法。上述每一个难题的处理都需要一个单独的工艺，不仅增加了投资成本，而且运行费用高、设备间往往无法协调工作。比如：去除废水中离子采用蒸发除盐过程会消耗大量热能，膜过程用于过滤和除盐时工艺线路会十分复杂、成本也较高等。对于工业企业而言，都在积极探索一种高效处理手段。一种无选择性高效水处理技术能够重点用于除盐，同时降低悬浮物、有机物含量。除盐方法一般有：蒸发、电渗析、反渗透、离子交换法除盐等。蒸发除盐能耗高，离子交换法会产生二次污染，电渗析、反渗透处理技术则投资大且维护繁琐。同时，离子交换法采用的离子交换树脂定期更换树脂成本太高，而且对于除去小分子离子还有反作用，如：Na+，使用的阳离子交换树脂的离子多为Na+。电渗析不仅耗电量大，而且离子交换膜容易损坏，产水水质波动性较大。反渗透系统占地面积大，投资成本也高昂。技术实现要素：为了解决现有技术中存在的问题，本发明创造提出一种无选择性高效水处理方法及设备，具体如下：一种无选择性高效水处理方法，步骤包括：1)净水运行：在反应室中进行，反应室中装有成对的电极板，多对电极板构成电极组；一对电极板中，一个电极板连接外部直流电源的“+”极，另一个电极板连接外部直流电源的“-”极；一对电极板之间的空隙是水流通道；在反应室中充满待处理的原水，然后在电极对上施加电压15V～30V进行处理；水温为15℃～30℃；流速为15.30L/分钟～58.32L/分钟；2)步骤1)进行20～40min以后，停止对电极对供电，对反应室进行反冲洗处理5～10min；由于这里是对电极进行冲洗，只要能够清洗干净即可，但考虑到不影响电极，设定流速为小于80L/分钟。考虑到节水实际问题，运行时可调节；3)再返回步骤1)，此时要转换步骤1)中电极板的极性；所述步骤1)中，电极板是平板电极，平板电极是活性炭纤维电极板；在电极板的表面镀有钛化合物层；再在钛化合物层外包裹一层高分子有机绝缘层；所述钛化合物层的材质为钛的氧化物，为增强性能再加入第Ⅷ族的元素铑、铂、钯、和/或铱等元素，形成化合物；(该化合物可以直接购买钛化合物棒成品。钛化合物棒以钛为主体，其它元素都属于极其微量的成分，通过增加这些微量成分可以增强钛化合物的导电性)在活性炭纤维电极板表面镀钛化合物的方法为：在碳纤维表面镀上钛化合物是十分困难，两者很难结合，无法采用电镀、共沉淀等传统方法。本方案采用的方法是电子束蒸发沉积(EBED)法，使得电子束蒸发的钛化合物以原子的形式在碳纤维上冷凝。由于镀层利用的粒子小，附着能力大大增强，能够实现镀层的目的。电子束蒸发沉积法的步骤可以为：将活性炭纤维至于钛化合物下方，在真空条件下，用电子束加热钛化合物棒；当温度达到3800℃以上时(实际上考虑到工艺温度，不会超过4200℃)，此时化合物以原子的形式被激发出来，钛棒发生气化，钛蒸汽遇水温度下降、凝固，并下降沉积在活性炭纤维表面；再冷却；整个方法的时间不超过30min，经过冷却3h以上便可使用。为避免炭纤维发生氧化，这里将炭纤维置于水中保证稳定性。这里对于钛化合物棒的使用效率较低，仅为10﹪左右。高分子有机绝缘层，除了PE材料外，推荐使用PEFE，该材料可承受8000V高压而不被击穿。在钛化合物层外包裹有机绝缘层的方法为：先将处理得到电极板在去离子水中煮沸5min±20s；然后在150℃条件下干燥10～24h真空保存待用；预先将有机绝缘层的高分子有机物原料溶于(乙醇配置的)有机溶剂中；先取有机溶剂适量，再将前述处理好的电极板迅速放入其中；在100V的外加电压下涂覆10min±40s(外加电源不是加在电极板上的，而是有机溶剂中促进涂覆作用的)，取出放入120℃条件下2h使得有机溶剂(乙醇分子)挥发掉，自然冷却(可以是24h)即可；钛化合物的镀层以及有机绝缘层的厚度均为0.04～0.06mm。所述步骤1)中水温为20±3℃。实际上只要温度＞0℃，都可以使用。但温度低时离子的迁移速率慢，温度高时又由于布朗运动加剧不规则运动增强阻碍离子的迁移。考虑到工厂实际运行时待脱盐水的温度一般控制在常温条件下，为不增加能耗，本方案中选取20±3℃作为合理的温度。当溶液电导率为2000mg/L，电压为15V，电极对数均为100对时，取200L水分别在不同的温度下做实验，实验过程中将水循环，不间断通过，电导率数据如下：温度\时间4min8min12min16min20min12h5℃1832153614111136101748010℃187815751390110795046120℃1756142012139278244525℃1794150513151042981492随着时间的延长电极的处理量慢慢达到饱和，这时温度的影响就不大了。一种实现上述水处理方法的无选择性高效水处理设备，包括密闭容器、控制装置和电源模块，密闭容器的内腔构成反应室；其特征是所述密闭容器上开有原水进口、净水出口、反冲洗进水口和反冲洗出水口；原水进口、净水出口、反冲洗进水口和反冲洗出水口上都装有电磁水阀；密闭容器内装有电极组、水位传感器、水温传感器和加热器；电极组包括至少1对电极板；原水进口和净水出口分别在反应室的左边和右边，反冲洗进水口和反冲洗出水口分别在反应室的右边和左边；所述电源模块为控制装置、水位传感器、电极组、水温传感器、加热器和各个电磁水阀供电；所述控制装置包括微控制器、接口信号转换电路、电极极性转换电路、模数转换器、数模转换器；所述微控制器的数据信号和控制信号输入/输出端经过接口信号转换电路连接外部控制设备(如上位工控机)的接线端子；所述微控制器的各个电磁水阀控制信号输出端经数模转换器后分别连接对应的电磁水阀控制信号输入端；所述微控制器的电极极性转换控制信号输出端连接电极极性转换电路的使能端；电极极性转换电路的输入端连接电源模块的电极组供电端，电极极性转换电路的输出端连接电极组；所述微控制器的加温控制信号输出端经过数模转换电路连接加热器的控制输入端；所述水位传感器的输出端、水温传感器的输出端分别通过模数转换器连接微控制器的外部信号输入端。所述密闭容器外包有保温层。原水进口和净水出口关于反应室的中心对称，反冲洗进水口和反冲洗出水口关于反应室的中心对称。还包括数控直流电压调节器；数控直流电压调节器的输入端连接电源模块的输出端，数控直流电压调节器的输出端作为电极组供电端；数控直流电压调节器的控制信号输入端连接所述微控制器的极板电压值控制信号输出端。所述电极极性转换电路包括两组开关电路；微控制器的电极极性转换控制信号输出端分别连接两组开关电路的使能端；一组开关电路包括两个开关电路，其中：一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“+”极端和成对电极板中的第一个极板；另一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“-”极端和成对电极板中的第二个极板；另一组开关电路包括两个开关电路，其中：一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“+”极端和成对电极板中的第二个极板；另一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“-”极端和成对电极板中的第一个极板。所述电极板是平板电极；电极板的材质为活性炭纤维；在电极板表面镀有钛化合物层；在钛化合物层外包裹高分子有机绝缘层；(有机绝缘层的材质为聚乙烯PE或聚四氟乙烯FEFE。)；述电极板的厚度为2.2～2.8mm，钛化合物层的厚度为0.04～0.06mm，绝缘层的厚度为0.04～0.06mm，电极板的尺寸为长300～1000mm×宽200～800mm；任一对电极板的间距为5～6mm；每50～120对电极板构成一个电极组；任一对电极板之间设有绝缘材料填充层；绝缘材料填充层的厚度为1.7～2.3mm。设计成长300～1000mm×宽200～800mm是考虑到电极的稳定性以及尽可能的延长停留时间。5～6mm是保证电极板间有足够的距离，不会因为水量的冲击碰撞在一起，而且避免因距离太近导致绝缘层被击穿。绝缘材料填充层厚度选择1.7～2.3mm是考虑能够发挥效率，又不影响电极的工作，同时兼顾成本。与现有技术相比，本技术方案的水处理效果好，且实施成本较低。附图说明图1是本水处理装置结构原理示意图；图中：1—电极组；2—原水进口；3—反应室；4—反冲洗出水口；5—净水出口；6—反冲洗进水口。具体实施方式下面结合附图、原理等，对本技术方案进一步说明：一种无选择性高效水处理方法，步骤包括：1)净水运行：在反应室中进行，反应室中装有成对的电极板，多对电极板构成电极组；一对电极板对中，一个电极板连接外部直流电源的“+”极，另一个电极板连接外部直流电源的“-”极；一对电极板之间的空隙是水流通道；在反应室中充满待处理的原水，然后在电极对上施加电压15V～30V进行处理；水温为15℃～30℃；流速为15.30L/分钟～58.32L/分钟；2)步骤1)进行20～40min以后，停止对电极对供电，对反应室进行反冲洗处理5～10min；由于这里是对电极进行冲洗，只要能够清洗干净即可，但考虑到不影响电极，设定流速为小于80L/分钟。考虑到节水实际问题，运行时可调节；3)再返回步骤1)，此时要转换步骤1)中电极板的极性；所述步骤1)中，电极板是平板电极，平板电极是活性炭纤维电极板；在电极板的表面镀有钛化合物层；再在钛化合物层外包裹一层高分子有机绝缘层；所述钛化合物层的材质为钛的氧化物，为增强性能再加入第Ⅷ族的元素铑、铂、钯、和/或铱等元素，形成化合物；在活性炭纤维电极板表面镀钛化合物的方法为：在碳纤维表面镀上钛化合物是十分困难，两者很难结合，无法采用电镀、共沉淀等传统方法。本方案采用的方法是电子束蒸发沉积(EBED)法，使得电子束蒸发的钛化合物以原子的形式在碳纤维上冷凝。由于镀层利用的粒子小，附着能力大大增强，能够实现镀层的目的。高分子有机绝缘层，除了PE材料外，推荐使用PEFE，该材料可承受8000V高压而不被击穿。在钛化合物层外包裹有机绝缘层的方法为：先将处理得到电极板在去离子水中煮沸5min±20s；然后在150℃条件下干燥10～24h真空保存待用；预先将有机绝缘层的高分子有机物原料溶于(乙醇配置的)有机溶剂中；先取有机溶剂适量，再将前述处理好的电极板迅速放入其中；在100V的外加电压下涂覆10min±40s(外加电源不是加在电极板上的，而是有机溶剂中促进涂覆作用的)，取出放入120℃条件下2h使得有机溶剂(乙醇分子)挥发掉，自然冷却(可以是24h)即可；钛化合物的镀层以及有机绝缘层的厚度均为0.05mm。所述步骤1)中水温为20±3℃。图1中，一种无选择性高效水处理设备，包括密闭容器、控制装置和电源模块，密闭容器的内腔构成反应室；其特征是所述密闭容器上开有原水进口、净水出口、反冲洗进水口和反冲洗出水口；原水进口、净水出口、反冲洗进水口和反冲洗出水口上都装有电磁水阀；密闭容器内装有电极组、水位传感器、水温传感器和加热器；电极组包括至少1对电极板；原水进口和净水出口分别在反应室的左边和右边，反冲洗进水口和反冲洗出水口分别在反应室的右边和左边；所述电源模块为控制装置、水位传感器、电极组、水温传感器、加热器和各个电磁水阀供电；所述控制装置包括微控制器、接口信号转换电路、电极极性转换电路、模数转换器、数模转换器；所述微控制器的数据信号和控制信号输入/输出端经过接口信号转换电路连接外部控制设备(如上位工控机)的接线端子；所述微控制器的各个电磁水阀控制信号输出端经数模转换器后分别连接对应的电磁水阀控制信号输入端；所述微控制器的电极极性转换控制信号输出端连接电极极性转换电路的使能端；电极极性转换电路的输入端连接电源模块的电极组供电端，电极极性转换电路的输出端连接电极组；所述微控制器的加温控制信号输出端经过数模转换电路连接加热器的控制输入端；所述水位传感器的输出端、水温传感器的输出端分别通过模数转换器连接微控制器的外部信号输入端。所述密闭容器外包有保温层。原水进口和净水出口关于反应室的中心对称，反冲洗进水口和反冲洗出水口关于反应室的中心对称。还包括数控直流电压调节器；数控直流电压调节器的输入端连接电源模块的输出端，数控直流电压调节器的输出端作为电极组供电端；数控直流电压调节器的控制信号输入端连接所述微控制器的极板电压值控制信号输出端。所述电极极性转换电路包括两组开关电路；微控制器的电极极性转换控制信号输出端分别连接两组开关电路的使能端；一组开关电路包括两个开关电路，其中：一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“+”极端和成对电极板中的第一个极板；另一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“-”极端和成对电极板中的第二个极板；另一组开关电路包括两个开关电路，其中：一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“+”极端和成对电极板中的第二个极板；另一个开关电路的输入端和输出端分别连接电极组供电端的直流“-”极端和成对电极板中的第一个极板。所述电极板是平板电极；电极板的材质为活性炭纤维；在电极板表面镀有钛化合物层；在钛化合物层外包裹高分子有机绝缘层；(有机绝缘层的材质为聚乙烯PE或聚四氟乙烯FEFE。)；所述电极板的厚度为2.5mm，钛化合物层的厚度为0.05mm，绝缘层的厚度为0.05mm，电极板的尺寸为长800mm×宽500mm。任一对电极板的间距为6mm；每50～120对电极板构成一个电极组；任一对电极板之间设有绝缘材料填充层；绝缘材料填充层的厚度为2mm。工业废水中大多含有多种带电离子，包括：Na+、Cl-、Fe3+、HCO3-、Ca2+、NO3-等。胶体微粒、有机物、悬浮物、细菌等也会带有一定的电荷，其中：对胶体而言，金属氢氧化物、金属氧化物的胶粒带正电，非金属氧化物、金属硫化物的胶粒带负电；有机物、悬浮物、细菌表面则会吸附一部分离子而带上电荷。因此，在一定电场强度下带电梯会发生迁移。带电体的迁移与所受电场力的大小、所带电荷量的多少、离子大小有关，进而与电场强度有关，因此，需要一种能够在水体中产生电场又不会发生电解的方法。在电极——溶液界面间没有电荷转移，但是随着电势变化，由于吸附和脱附过程发生以及双电层的充放电，导致电极——溶液界面结构发生变化，并引起电流流动(这种电流流动过程称为非法拉第过程)。本技术方案提出了一种高电压无电解、可颠倒阴阳极的无上述电流流动过程(非法拉第过程)的无选择性高效水处理方法：电极采用平板电极，电极采用活性炭纤维电极板，表面镀上一层钛的化合物，最后通过特殊工艺手段包裹一层高分子有机绝缘层，有机绝缘层为PE，电极板两侧相同；其中电极板厚度为2.5mm，钛的化合物层厚度为0.05mm，绝缘层厚度为0.05mm。电极板尺寸大小为800mm×500mm。采用钛的化合物用于增强导电性，保护炭纤维；有机绝缘层用来提高电极上的电压而不发生电解。每两块电极板形成一对电极，间距6mm，每50～120对形成一组电极，每对电极间用绝缘材料完全填充并隔开厚度约为2mm，根据不同的水质条件和处理要求可适当的选择电极对数以及组数。水质条件越差，悬浮物、TDS(总溶解型固体)、有机物和细菌数量越多，流量越大时，电极对数增加，组数可以加大。电极组数越多，处理效果越好。水的理论电解电压为1.23V，实际电解电压要达到1.6V左右。本方案中，由于用有机物涂层将电极包裹起来，有机物层与水溶液的界面不会发生电荷的迁移，因而不会发生电解过程。综合成本、效率等因素，对电极板加上15V～30V的电压。水溶液中离子的迁移速率会受到温度的影响，温度越高布朗运动越快，带电体的迁移越快，使用温度可以是15℃～30℃之间，最适宜温度为20±3℃；如果温度太高时布朗运动特别剧烈时，各个带电体相互碰撞的几率大大增加，反而会极大的降低带电体的迁移速率。阳离子的水合离子半径也很重要，越小使用效果越好；对于阴离子而言，由于基本上不会形成水合半径，离子半径越小使用效果越好。对电极板通电后，会在极板间形成一个近似匀强电场的电场区域，此时电场方向由阴极指向阳极，带阴阳电荷的离子会分别向阴阳电极移动，最后带正电离子逐渐集中在阳极板内侧，阴离子逐渐集中在阴极板内侧进行富集。根据斯特恩理论会在电极表面形成双电层，由于外加高电压双电层厚度可达到1～200nm，双电层区间内的电场可达107～109V/m，电极板间的电场强度为2500～5000V/m。为保证电吸附的效果，带电体在电极板间的停留时间应在在3～5min范围内，可知流速为0.0017～0.0027m/s。由上面可知，单组电极处理量为1.40～2.10t，多组电极联用时处理量加倍。通电20～40min以后，电极内侧电荷吸附量已经达到饱和，此时停止通电进行反冲洗，冲洗形成的浓缩水排出。一般情况下冲洗5～10min，冲洗完成后颠倒阴阳极，继续运行，此时附着在原来电极上没有冲洗下来的带电体会因为电极板电性的改变重新溶解向，通过这样的方式最大限度的保证电极寿命。活性炭纤维因为具有许多空隙，特别是中小型空隙，会有一些带电体不能完全冲洗干净，这种方式可以电极的工作效率；延长电极的使用寿命最高可达15年。冲洗时，冲洗进出水口孔径一样，产水进出水口孔径一样，为保证冲洗时具有更大的流速，这里涉及冲洗进出水口的管径比产水的管径要大。冲洗进水和产水进水一样，冲洗排水在排放前要检测一下各项指标，确定是否直接排放，是否有必要进行下一道工序。如果不达标，就进行下一道处理，不过由于产水已经是经过浓缩过得，处理过程针对性较强，极大地降低整体处理成本。本装置的使用过程为：(1)正常运行时，打开原水进口2和净水出口5，进水直到反应室充满水后，对电极组1开始通电；(2)反洗时，先关闭净水出口5，打开反冲洗出水口4，然后停止通电，再打开反冲洗进水口6、关闭原水进口2，进行一段时间的反洗工作；一般情况下反洗水通过检测后直接排放；(3)反洗完成后继续对电极板通电，此时要转换电极板的极性，继续按照步骤1)～3)运行。采用本技术方案的效果：使用一种无选择性高效水处理技术制成的设备，对某一个水质进行处理时通过多次检查得出的平均结果如下表：项目原水平均值(mg/L)产水平均值(mg/L)平均去除率(％)电导率85418178.3氯化物134.511.690.6总硬度(以CaCO3计)127.952.559.1COD28.610.953.1氨氮0.22940.158144.7NO3-5.730.4292.65总磷0.56490.314942.41SS4.91.863.26通过检测结果我们可以知道，这种技术对于水体治理的各项参数都能有较好的去除效果，尤其是硝酸盐氮、氯化物等。电导率与TDS关系很大，因此常用来推算TDS的含量，由上表可知电导率的去除率达到了78.3％，可知对于原水中离子的去除效果良好。当前第1页1 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