一种电化学处理装置、海水淡化系统和方法

1.本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种电化学处理装置、海水淡化系统和方法。


背景技术：

2.目前我国沿海及海岛地区普遍存在淡水紧缺的情况，随着海岛经济的飞速发展，如何增加水资源的开发力度、增强水资源供应能力成为一个重要课题，其中，海水淡化是提供淡水资源的重要手段。海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术，可以增加淡水总量，为沿海居民用水提供保障。
3.全球海水淡化技术超过20余种，主要分为蒸馏法和膜法两大类，其中低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透膜法是全球主流技术。一般而言，反渗透膜法具有投资低、能耗低等优点，是我国目前普遍使用的海水淡化方法，但因为反渗透膜容易遭到海水中多种物质破坏，该方法对海水预处理要求较高。
4.混凝沉淀预处理是反渗透膜法的常用预处理方法，是通过向海水中投加混凝剂使悬浮物、部分有机物沉淀从而过滤去除，还通过投加次氯酸钠、液氯及其他化学药剂对海水进行消毒预处理。例如中国专利文献cn108483778a提供了一种海水淡化工艺，包括以下步骤：对海水进行预处理：通过添加絮凝剂使海水中的悬浮物形成大絮体后将其去除；沙泥过滤；净化杀菌；超滤；反渗透脱盐处理或渗透汽化脱盐处理；冷凝。对于混凝沉淀预处理法，去除悬浮物和部分有机物需要投加大量混凝剂，同时需要较长沉淀时间，药耗高、装置占地面积大；另外，利用化学药剂净化杀菌，加药控制比较困难，对细菌、胶体等去除效果差，不能满足反渗透进水的水质要求，且容易造成二次污染。最关键的是，由于部分海岛及船舰交通不便，运输及药剂储存繁琐，常规的混凝药剂和次氯酸钠或液氯灭菌化学药剂有着诸多不利。
5.海水淡化过程中，核心单元是膜处理单元，而膜污染损害了膜的性能和寿命，增加了海淡系统的成本和能耗。因此，控制膜污染和降低能耗是海淡处理领域的关键问题。电化学技术是一种绿色水处理净化技术，因为电化学反应中主要的反应试剂是电子，不会造成二次污染的问题。电化学技术包括：电凝聚、电气浮、电氧化、电渗析等，常用于处理工业废水。关于电化学技术在海水处理中的应用也得到了发展，例如中国非专利文献“电絮凝处理海水中污染物的研究”中采用铁电极和铝电极对电絮凝处理受污染海水过程中浊度和化学需氧量去除效率进行了研究，试验结果表明：电絮凝处理海水工艺对浊度具有一定的去除效果，其去除率可达85％以上。电絮凝水处理技术由于能有效去除原水中的颗粒物和腐殖酸类污染物，经常被用来作为膜分离技术的预处理步骤控制膜污染问题。然而目前的电化学处理装置功能有限，后续还是需要投加药剂对海水进行杀菌等处理，同样造成海水预处理工序多、设备占地大、处理成本高、效果差等问题。因此研究一种电化学处理装置，省去投加药剂等操作，简化预处理流程，降低能耗、提高处理效率，同时减缓膜污染，提高膜使用寿命，成为本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

6.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电化学处理装置功能有限造成海水预处理工序多、设备占地大、处理成本高、效果差的缺陷，从而提供一种新的电化学处理装置、海水淡化系统和海水淡化方法。
7.第一方面，本发明提供一种电化学处理装置，包括：
8.电解槽；
9.第一电极组和第二电极组，均设置在所述电解槽内，所述第一电极组包括第一阳极和第一阴极，所述第一阳极包括尺寸稳定阳极(dsa电极)，所述第一阴极包括钛电极，所述第二电极组包括第二阳极和第二阴极，所述第二阳极包括铁电极或铝电极，所述第二阴极包括铁电极或铝电极，两组相邻的第一电极组之间设置至少一组第二电极组，和 /或两组相邻的第二电极组之间设置至少一组第一电极组；
10.电源组件，其正极与所述第一电极组、第二电极组的阳极连接，其负极与所述第一电极组、第二电极组的阴极连接。
11.进一步地，所述第一电极组和第二电极组的电极排列方式包括单极式排列方式或复极式排列方式；
12.当所述第一电极组和第二电极组采用复极式排列方式时，第一阳极和第一阴极之间还设置第一感应电极，第二阳极和第二阴极之间还设置第二感应电极，所述第一感应电极和第二感应电极均不与所述电源组件连接。
13.进一步地，所述第一感应电极和第二感应电极包括铁电极和/或铝电极；所述第一感应电极和第二感应电极的厚度为2～8mm，面积为20000～60000mm2；所述铁电极为铁板，所述铝电极为铝板。
14.进一步地，所述第一电极组中第一阳极和第一阴极的电极排列方式为：钛电极、尺寸稳定阳极(dsa电极)、钛电极依次排列；
15.所述第一电极组的数量为3～5组，所述第二电极组的数量为4～8组；
16.靠近所述电解槽两端部的电解槽壁分别设置所述第一电极组，在所述电解槽的中部设置或不设置另一第一电极组。
17.进一步地，所述第一阳极和第一阴极的厚度为1.5～2.0mm，所述第二阳极和第二阴极的厚度为2～8mm；所述第一阳极、第一阴极、第二阳极和第二阴极的面积为 20000～60000mm2；相邻两电极之间的间距为10～20mm；所述尺寸稳定阳极(dsa电极) 为表面镀稀有金属氧化物涂层的钛板；所述钛电极为钛板，所述铁电极为铁板，所述铝电极为铝板。
18.进一步地，所述电源组件包括第一电源和第二电源，所述第一电源与所述第一电极组连接，所述第二电源与所述第二电极组连接。
19.进一步地，所述第一电源和第二电源提供的电压为36v，电流为60a。
20.进一步地，所述电化学处理装置还包括：进水管和出水管，分别与所述电解槽连通。
21.第二方面，本发明提供所述的电化学处理装置在海水淡化处理中的应用。
22.第三方面，本发明提供一种海水淡化系统，包括所述的电化学处理装置。
23.进一步地，所述的海水淡化系统，包括：依次连接的电化学处理单元和膜处理单元，所述电化学处理单元包括所述电化学处理装置。
24.进一步地，所述海水淡化系统包括：依次连接的电化学处理单元、超滤膜处理单元和反渗透膜处理单元。
25.进一步地，所述超滤膜处理单元采用外置式浸没式超滤膜组件，中空纤维外径 0.4～2.0mm，内径0.3～1.4mm。
26.进一步地，所述反渗透膜处理单元采用陶氏反渗透膜组件。
27.进一步地，所述海水淡化系统还包括：杀菌单元，设置在所述反渗透膜处理单元远离所述超滤膜处理单元的一侧。
28.进一步地，所述海水淡化系统还包括：活性炭过滤器和保安过滤器，设置在所述超滤膜处理单元与反渗透膜处理单元之间，所述活性炭过滤器靠近所述超滤膜处理单元，所述保安过滤器靠近所述反渗透膜处理单元。
29.进一步地，所述的海水淡化系统，还包括：
30.监测单元，包括余氯在线监测仪和浊度在线监测仪，所述余氯在线监测仪与所述膜处理单元的出水部分连接，用于在线监测所述膜处理单元的出水余氯含量，所述浊度在线监测仪与所述电化学处理单元连接，用于监测所述电化学处理单元电解槽内的海水浊度；
31.plc控制单元，分别与所述监测单元和电化学处理单元连接，用于获取所述余氯在线监测仪和浊度在线监测仪的监测数据信号，根据预设程序计算电流调控数据，输出电流调控数据信号至电化学处理单元，以调控所述电化学处理单元中第一电极组和第二电极组的通电电流大小，从而改变所述电化学处理单元的产氯量和产絮凝剂量；
32.远程监控调控单元，分别与所述监测单元和plc控制单元连接，用于观察监测数据和对所述plc控制单元进行调控。
33.第四方面，本发明提供一种海水淡化方法，使用所述的海水淡化系统对海水进行处理。
34.本发明技术方案，具有如下优点：
35.1.本发明提供的电化学处理装置，包括电解槽、电源以及设置在电解槽内的第一电极组和第二电极组。第一电极组中，第一阳极包括尺寸稳定阳极，第一阴极包括钛电极，向电解槽中通入待处理的海水，电源接通后，阳极直接氧化有机物的同时可在线产生活性氯及活性氧组份，杀菌、灭藻同时破坏大分子有机物，有效减缓膜污染；第二电极组中，第二阳极包括铁电极或铝电极，第二阴极包括铁电极或铝电极，电源接通后，第二电极组可在线产生铁离子或铝离子等具有络合作用的离子，经过水解、聚合反应成一系列多核羟基配合物和氢氧化物，可以与水中的悬浮物、污染物发生絮凝作用，去除水中污染物，除此之外，电絮凝产生的絮体性质对膜饼层结构和膜污染程度有显着影响，可以形成疏松多孔的保护层，形成动态膜进一步减轻膜污染，延长膜的使用寿命。
36.此外，两组相邻的第一电极组之间设置至少一组第二电极组，和/或两组相邻的第二电极组之间设置至少一组第一电极组。通过第一电极组和第二电极组的交叉排布，实现了电絮凝和电氧化的耦合作用，能有效地减缓膜污染，提高膜的生命周期。第一电极组在阳极表面直接氧化有机物的同时通过电解海水中的氯离子发生间接氧化，产生的有效成分具有强氧化性，杀菌、灭藻的同时会破坏水中天然有机物分子，导致其分子量降低，进而将其去除。此外，在膜污染控制领域，氧化是对絮凝作用很好的补充，电场利用极化作用促进了
絮体的凝聚，经电氧化后能够进一步促进第二电极组的絮凝作用，两者对水的预处理发挥协同作用，相较于单独处理而言，既能够显著的降低水中污染物含量，又可以减缓膜污染，降低海淡综合成本。2.本发明提供的电化学处理装置，既可用于海水淡化或苦咸水脱盐的预处理，也可以应用于生活和特殊工业供水领域。特别是将该电化学处理装置用于海水淡化的预处理时，利用海水高电导率的优点，低能耗条件下即可原位在线生成絮凝剂和消毒剂，代替传统化学加药絮凝和化学加药消毒灭菌，可以降低海水预处理流程的药剂投加量，形成一种绿色预处理方式，降低药剂成本；反应条件温和，反应条件一般为常温常压；可控性强，通过调节电流和电压可以控制电化学反应过程，同时提高反应的选择性，防止副反应发生；同时，电絮凝、电氧化均可以有效减缓膜污染，将絮凝与氧化在电场作用下能进一步协同控制膜污染，可以延长膜寿命，降低运维成本；将电絮凝和电氧化耦合成为一件装置，占地小，无药剂，短流程，一步操作即实现两种处理，工艺灵活，既可作为单独水处理工艺，也可以作为预处理或深度处理过程与其他处理技术相结合，有利于缩短海水淡化工艺流程，充分降低处理工艺的综合成本，使得海水淡化工程更经济，特别适用于小规模海水淡化工程的预处理。
37.3.本发明提供的电化学处理装置，第一电极组和第二电极组的电极排列方式包括单极式排列方式或复极式排列方式。当第一电极组和第二电极组采用复极式排列方式时，通过在阳极和阴极之间设置不与电源连接的感应电极，既可以发挥感应电极产生的絮凝作用，同时在强氧化性物质作用下，与产生的多核羟基配合物和氢氧化物发生耦合作用，起到氧化
‑
絮凝协同作用，并且，采用复极式排列方式，可以有效降低能耗，也有利于延长电化学处理装置的电极寿命和运行时间。
38.4.本发明提供的电化学处理装置，第一电极组中第一阳极和第一阴极的优选电极排列方式为：钛电极、尺寸稳定阳极、钛电极依次排列。由于尺寸稳定阳极的两面均有氧化物涂层，按照钛电极、尺寸稳定阳极、钛电极的交叉顺序依次排列有助于对尺寸稳定阳极的充分利用，提高阳极利用效率。
39.5.本发明提供的电化学处理装置，通过在靠近电解槽两端部的电解槽壁分别设置第一电极组，在电解槽的中部设置另一第一电极组，有利于使得产生的有效氯分布均匀，通过合理设计与调控，使得有效氯含量在一个低浓度水平，由于产氯浓度过高会对后续膜处理造成损害，会增加后处理负荷，因此本发明优选通过电极组的合理排布与智能化控制产生有效氯的含量，在杀灭细菌和控制藻类生长繁殖的基础上同时避免对膜产生损害，降低药耗成本的同时减少后续除氯单元负荷。通过在线监测与智能化调控电源，进一步调整第一电极组、第二电极组的电极数量、电极排布顺序等，控制产氯和产絮凝剂的浓度和速率，从而对预处理步骤做出灵活调整。
40.6.本发明提供的电化学处理装置，电源组件优选地包括第一电源和第二电源，第一电源与所述第一电极组连接，第二电源与所述第二电极组连接。通过第一电极组和第二电极组的单独电源设置，能够使预处理更加灵活。进一步优选地，电化学处理装置还包括监测单元、plc控制单元和远程监控调控单元，通过对电解槽内的产氯和产絮凝剂浓度进行实时监测和控制，使得用户可根据实际需要对电解槽内生成的物质进行实时调控，更进一步增加预处理步骤的灵活性，实现低维护、智能化运行。
41.7.本发明提供的海水淡化系统，包括依次连接的电化学处理单元和膜处理单元，
进一步优选地包括依次连接的电化学处理单元、超滤膜处理单元和反渗透膜处理单元。电化学处理单元能够对海水进行预处理，去除悬浮物、部分污染物和细菌及藻类等微生物，既可以减缓超滤膜污染的负荷，又可以保证反渗透膜的进水水质。
42.采用技术成熟、先进稳定的单元技术，利用电化学与膜分离水处理技术组合后表现出良好的协同效应，以电化学
‑
双膜工艺为核心，将电化学与膜分离方法有机结合，克服现有双膜法药耗、能耗高的问题，代替传统预处理加药方式，降低预处理成本，同时利用电氧化与电絮凝的协同作用，减缓膜污染，提高膜的使用寿命，使得处理工艺先进、高效稳定。
43.开发出低维护海淡一体化设备，出水可达到饮用水及各类生活用水标准，可以应对不同环境条件，如海岛、舰船、海上钻探、灾区等各种特殊工作环境，不受水源地水质的限制。该海水淡化处理系统具有装配简单、可灵活组装、管理运行简便和处理效率高的特点，是一种具有良好发展和市场前景的海水淡化处理系统。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
45.图1是本发明提供的电化学处理装置中第一电极组的工作原理图；
46.图2是本发明实施例1中提供的电化学处理装置的结构示意图；
47.图3是本发明实施例2中提供的海水淡化系统的连接关系示意图；
48.图4是本发明实施例3中提供的智能化海水淡化系统的连接关系示意图。
49.附图标记：
[0050]1‑
电解槽；2
‑
进水管；3
‑
出水管；4
‑
钛板；5
‑
铁板；6
‑
dsa电极板；7
‑
电源组件；100
‑ꢀ
原水泵；200
‑
电化学处理单元；300
‑
折板反应区；400
‑
超滤膜处理单元；401
‑
超滤膜组件；402
‑
超滤膜产水区；500
‑
增压泵；600
‑
活性炭过滤器；700
‑
保安过滤器；800
‑
反渗透膜处理单元；801
‑
反渗透膜组件；802
‑
ro水箱；900
‑
杀菌单元；1100
‑
监测单元；1101
‑ꢀ
余氯在线监测仪；1102
‑
浊度在线监测仪；1200
‑
plc控制单元；1300
‑
远程监控调控单元。
具体实施方式
[0051]
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0052]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“左”、“右”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0053]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0054]
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
[0055]
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本技术实施例中采用的原料或仪器。
[0056]
第一方面，本发明提供一种电化学处理装置，包括：
[0057]
电解槽；
[0058]
第一电极组和第二电极组，均设置在电解槽内，第一电极组包括第一阳极和第一阴极，第一阳极包括尺寸稳定阳极(dsa电极)，第一阴极包括钛电极，第二电极组包括第二阳极和第二阴极，第二阳极包括铁电极或铝电极，第二阴极包括铁电极或铝电极，两组相邻的第一电极组之间设置至少一组第二电极组，和/或两组相邻的第二电极组之间设置至少一组第一电极组；
[0059]
电源组件，其正极与第一电极组、第二电极组的阳极连接，其负极与第一电极组、第二电极组的阴极连接。
[0060]
以下对本发明提供的电化学处理装置的工作原理进行说明。
[0061]
(1)第一电极组工作原理：
[0062]
本发明提供的电化学处理装置中，第一电极组的作用是发生电氧化反应以实现杀菌灭藻的目的。如图1所示，第一电极组中以尺寸稳定阳极(又称dsa电极)为阳极，它是以钛板或钛棒为基体，表面涂覆钌、铱等贵金属氧化物的涂层制得。dsa电极催化产生杀菌性活性物质的能力强，且电解过程中自身不溶解，使用寿命长。一方面利用阳极直接氧化有机物，另一方面发生间接氧化作用，利用海水高电导率的特点，海水中的大量氯离子在电场作用下发生电解，生成氯气、hclo、hclo3，三者均是极强的氧化剂，能够杀灭海水中的细菌、藻类和有机物，有效的减缓膜污染。同时第一电极组中以钛电极为阴极，在阳极发生氧化反应同时，阴极主要发生析氢反应，导致水中oh
‑
升高并与海水中mg
2+
结合可以同步发生絮凝作用，与第二电极组具有协同作用。感应电极(铁电极)在电解过程中被溶蚀产生fe
3+
、fe
2+
，在水中发生一系列的水解、聚合作用形成羟基络合物、多核羟基络合物和氢氧化物絮凝剂，同样产生絮凝作用。该电极组发挥氧化作用的同时，为电絮凝协同控制膜污染提供很好的补充。
[0063]
(2)第二电极组工作原理：
[0064]
本发明提供的电化学处理装置中，第二电极组的作用是发生电絮凝反应以去除海水中存在的胶体和悬浮杂质。电絮凝技术是以消耗型金属(如铝、铁等)作为电极，在直流电的作用下，阳极被溶蚀并电解氧化成金属阳离子al
3+
、fe
3+
、fe
2+
，在水中发生一系列的水解、聚合作用形成羟基络合物、多核羟基络合物和氢氧化物絮凝剂，与待处理的水混合均匀后，水中的胶体杂质、悬浮杂质脱稳并凝聚，进而被去除；另外，电絮凝作用下产生的絮体物质能够在膜表面形成疏松多孔的滤饼层，有效的减缓膜污染；同时，在电化学作用下，阳极和阴极产生的气体形成微小气泡，并吸附在絮凝体上，使絮凝体上浮并达到分离的效果。
[0065]
此外，通过第一电极组和第二电极组的交叉排布，实现了电絮凝和电氧化的耦合作用，能够在电场作用下有效降低膜污染。采用电化学在线产生金属阳离子并形成金属氧化物，取代絮凝剂和杀菌剂，不引入其他离子、不影响ph。第一电极组生成的氢氧化镁等絮体，与第二电极组生成的铁、铝络合物能够协同吸附海水中的有机粒子、胶体、微细固体悬浮物，提高污染物去除效率和浊度去除效率。两者对水的预处理发挥协同作用，相较于单独处理而言，能够显著的降低水中污染物含量和浊度，有效的降低膜污染，提高膜的使用寿命，降低海水淡化的综合成本。
[0066]
作为本发明的可选实施方式，第一电极组和第二电极组的电极排列方式包括单极式排列方式或复极式排列方式；
[0067]
当第一电极组和第二电极组采用复极式排列方式时，第一阳极和第一阴极之间还设置第一感应电极，第二阳极和第二阴极之间还设置第二感应电极，第一感应电极和第二感应电极均不与电源连接。优选地，第一感应电极和第二感应电极包括铁电极、铝电极、中的至少一种；第一感应电极和第二感应电极的厚度为2～8mm，面积为 20000～60000mm2；铁电极为铁板，铝电极为铝板。
[0068]
需要说明的是，若干第一电极组和第二电极组中电极种类和排列方式选择可以相同或不同，即可以均采用单极式排列方式或复极式排列方式，也可以不同电极组之间的排列方式不同；各第一电极组或第二电极组可以选用相同种类的电极，或者不同电极组之间选择不同种类的电极，例如，某一第一电极组选择钛电极
‑
尺寸稳定阳极
‑
钛电极的排列方式，另一第一电极组选择钛电极
‑
感应电极
‑
尺寸稳定阳极
‑
感应电极
‑
钛电极的排列方式；又如，某一第二电极组选择铁电极
‑
感应电极
‑
感应电极
‑
铁电极的排列方式，另一第二电极组选择铁电极
‑
感应电极
‑
铝电极的排列方式。
[0069]
作为本发明的可选实施方式，第一电极组中第一阳极和第一阴极的电极排列方式为：钛电极、尺寸稳定阳极、钛电极依次排列。
[0070]
作为本发明的可选实施方式，第一电极组的数量为3～5组，第二电极组的数量为4～8 组。
[0071]
作为本发明的可选实施方式，靠近电解槽两端部的电解槽壁分别设置第一电极组，在电解槽的中部设置或不设置另一第一电极组，优选的，在电解槽的中部设置另一第一电极组，并且在相邻两组第一电极组之间设置一至两组第二电极组。
[0072]
作为本发明的可选实施方式，第一阳极和第一阴极的厚度为1.5～2.0mm，第二阳极和第二阴极的厚度为2～8mm；第一阳极、第一阴极、第二阳极和第二阴极的面积为 20000～60000mm2；相邻两电极之间的间距为10～20mm；尺寸稳定阳极为表面镀稀有金属氧化物的钛板；钛电极为钛板，铁电极为铁板，铝电极为铝板。
[0073]
作为本发明的可选实施方式，电源组件包括第一电源和第二电源，第一电源与第一电极组连接，第二电源与第二电极组连接。
[0074]
作为本发明的可选实施方式，第一电源和第二电源提供的电压为36v，电流为60a。
[0075]
作为本发明的可选实施方式，电化学处理装置还包括：进水管和出水管，分别与电解槽连通。
[0076]
作为本发明的可选实施方式，电解槽采用极耐次氯酸钠腐蚀的聚氯乙烯(pvc)或聚丙烯(pp)材料制成。
[0077]
第二方面，本发明提供的电化学处理装置在海水淡化处理中的应用。
[0078]
需要说明的是，本发明提供的电化学处理装置并不仅仅限于在海水淡化处理中的应用，还可用于其他含盐量较高的水处理。
[0079]
第三方面，本发明提供一种海水淡化系统，包括前述的电化学处理装置。
[0080]
作为本发明的可选实施方式，海水淡化系统包括：依次连接的电化学处理单元和膜处理单元。更进一步优选地，海水淡化系统包括：依次连接的电化学处理单元、超滤膜处理单元和反渗透膜处理单元。
[0081]
电化学处理单元能够对海水进行预处理，去除悬浮物、部分污染物和细菌及藻类等微生物，既可以减缓超滤膜污染的负荷，又可以保证反渗透膜的进水水质。采用技术成熟、先进稳定的单元技术，利用电化学与膜分离水处理技术组合后表现出良好的协同效应，以电化学
‑
双膜工艺为核心，将电化学与膜分离方法有机结合，克服现有双膜法药耗、能耗高的问题，代替传统预处理加药方式，降低预处理成本，同时能够有效减缓膜污染，延长膜的生命周期，使得处理工艺先进、高效稳定。开发出低维护海淡一体化设备，出水可达到饮用水及各类生活用水标准，可以应对不同环境条件，如海岛、舰船、海上钻探、灾区等各种特殊工作环境，不受水源地水质的限制。该海水淡化处理系统具有装配简单、可灵活组装、管理运行简便和处理效率高的特点，是一种具有良好发展和市场前景的海水淡化处理系统。
[0082]
作为本发明的可选实施方式，超滤膜处理单元采用外置式浸没式超滤膜组件，中空纤维外径0.4～2.0mm，内径0.3～1.4mm。
[0083]
作为本发明的可选实施方式，反渗透膜处理单元采用陶氏反渗透膜组件。
[0084]
作为本发明的可选实施方式，海水淡化系统还包括：杀菌单元，设置在反渗透膜处理单元远离超滤膜处理单元的一侧。
[0085]
作为本发明的可选实施方式，海水淡化系统还包括：活性炭过滤器和保安过滤器，设置在超滤膜处理单元与反渗透膜处理单元之间，活性炭过滤器靠近超滤膜处理单元，保安过滤器靠近反渗透膜处理单元。
[0086]
作为本发明的可选实施方式，海水淡化系统还包括：
[0087]
监测单元，包括余氯在线监测仪和浊度在线监测仪，所述余氯在线监测仪与所述膜处理单元的出水部分连接，用于在线监测所述膜处理单元的出水余氯含量，所述浊度在线监测仪与所述电化学处理单元连接，用于监测所述电化学处理单元电解槽内的海水浊度；
[0088]
plc控制单元，分别与所述监测单元和电化学处理单元连接，用于获取所述余氯在线监测仪和浊度在线监测仪的监测数据信号，根据预设程序计算电流调控数据，输出电流调控数据信号至电化学处理单元，以调控所述电化学处理单元中第一电极组和第二电极组的通电电流大小，从而改变所述电化学处理单元的产氯量和产絮凝剂量；
[0089]
远程监控调控单元，分别与所述监测单元和plc控制单元连接，用于观察监测数据和对plc控制单元进行调控。
[0090]
通过设置检测单元、plc控制单元、远程监控调控单元，实现了海水淡化系统的智能化运行。具体工作原理如下：
[0091]
一方面，电化学处理单元产生活性氯并进入后续的膜处理单元，余氯在线监测仪与膜处理单元的出水部分连接，在线监测膜处理单元的出水余氯含量并形成相关监测数据
信号，plc控制单元获取上述信号，根据设定值判断出水余氯含量是否超标，通过计算后输出电流调控数据信号至电化学处理单元，及时调整第一电极组电流以控制产氯量，同时远程监控调控单元可在线观察出水余氯数据，并且可以根据调控历史数据形成在线调控模型以对plc控制单元进行调控。
[0092]
另一方面，电化学处理单元产生絮凝剂以降低电解槽内海水浊度，浊度在线监测仪与电化学处理单元连接，监测电化学处理单元电解槽内的海水浊度并形成相关监测数据信号，plc控制单元获取上述信号，根据预设程序通过计算后输出电流调控数据信号至电化学处理单元，及时调整第二电极组电流控制产絮凝剂量，同时远程监控调控单元可在线观察浊度数据，并且可以根据调控历史数据形成在线调控模型以对plc控制单元进行调控。
[0093]
以上各单元形成物联网系统，通过数据采集
‑
信号反馈
‑
模拟模型
‑
信号输出
‑
调控电流的闭环方式，从而对电化学处理单元产生的有效氯和有效絮凝剂含量进行动态调控，确保水质稳定达标，实现了海水淡化处理系统的智能化调控。
[0094]
第四方面，本发明提供一种海水淡化方法，使用前述的海水淡化系统对海水进行处理。
[0095]
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案做进一步说明。
[0096]
实施例1
[0097]
如图2所示，本实施例提供一种电化学处理装置，各部分组成如下：
[0098]
(1)电解槽1：用于为水处理提供空间，电解槽1的槽体为长方体形状，聚丙烯(pp) 材料制成，槽体的尺寸为690mm
×
550mm
×
615mm(长度
×
宽度
×
高度)，槽壁的厚度为15mm，在前、后槽壁和底部槽壁上相应开设槽位，形成与电极板形状和厚度相对应的卡槽，用于插接电极板，相邻卡槽之间的间距为20mm，左右两端的卡槽与槽壁之间的距离为12mm。电解槽1还连接有进水管2和出水管3，分别用于将待处理水导入电解槽1内或者将处理后的水由电解槽1排出。
[0099]
(2)电极板：均设置在电解槽1内，插接于卡槽中固定，共设置3组第一电极组和2组第二电极组，电极组的排列顺序：第一电极组
‑
第二电极组
‑
第一电极组
‑
第二电极组
‑
第一电极组，具体地，电极板由左至右的排列顺序依次为：钛板4(第一阴极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
dsa电极板6(第一阳极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
钛板4(第一阴极)
ꢀ‑
铁板5(第二阴极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
铁板5(第二阳极)
‑
钛板4(第一阴极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
dsa电极板6(第一阳极)
‑
铁板5(感应电极)
ꢀ‑
钛板4(第一阴极)
‑
铁板5(第二阴极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
铁板5(第二阳极)
‑
钛板4(第一阴极)
‑
铁板5(感应电极)
‑
dsa电极板6(第一阳极)
ꢀ‑
铁板5(感应电极)
‑
钛板4(第一阴极)。
[0100]
钛板4的尺寸为800mm
×
500mm
×
2mm(长度
×
宽度
×
厚度)，由陕西优创环保科技有限公司提供；
[0101]
dsa电极板6的尺寸为800mm
×
500mm
×
2mm(长度
×
宽度
×
厚度)，由陕西优创环保科技有限公司提供，产品为钌钇涂层钛阳极系列yc
‑
l1，dsa氧化电极；
[0102]
铁板5的尺寸为800mm
×
500mm
×
8mm(长度
×
宽度
×
厚度)，由宜兴顺晨环保设备有限公司提供。
[0103]
(3)电源组件7：由第一电源和第二电源组成，第一电源的正极分别与各第一电极组的阳极(dsa电极板)连接，第一电源的负极分别与各第一电极组的阴极(钛板)连接；第二
电源的正极分别与各第二电极组的阳极(铁板)连接，第二电源的负极分别与各第二电极组的阴极(铁板)连接；各电极组阳极和阴极之间的感应电极(铁板)不连接电源。
[0104]
第一电源：直流电源dh
‑
17996，由大华电子集团提供，工作电压为30v，电流为 60a，可脉冲倒极，有plc编程功能；
[0105]
第二电源：直流电源rd
‑
s30100g，由苏州万瑞达电气有限公司提供，工作电压为30v，电流为60a，可脉冲倒极，有plc编程功能。
[0106]
实施例1提供的电化学处理装置，原水水质可以为海水或苦咸水，其中，海水一般要求电导率高于30000μs/cm，苦咸水一般电导率高于1500μs/cm。
[0107]
絮凝剂产量为10mg/l(以每单位体积海水产生的絮凝剂有效成分计)；活性氯产量为1kg/h(以单位运行时间内的活性氯产量计)。
[0108]
实施例2
[0109]
如图3所示，本实施例提供一种海水淡化系统，各部分组成如下：
[0110]
(1)原水泵100：用于将海水泵送至下一单元。
[0111]
(2)电化学处理单元200：实施例1提供的电化学处理装置，其进水管与原水泵 100相连，海水在电化学单元200发生电氧化和电絮凝。
[0112]
(3)折板反应区300：与电化学处理装置的出水管相连，将经电化学处理单元200 处理后的海水中的污泥沉淀排放。
[0113]
(4)超滤膜处理单元400：
[0114]
外置式浸没式超滤膜组件401：由水艺控股集团股份有限公司提供，型号es
‑
18m，具体信息如下：
[0115]
中空纤维外径0.4～2.0mm，内径0.3～1.4mm；
[0116]
膜面积：25
‑
40m2；
[0117]
膜材质：聚偏氟乙烯(pvdf)；
[0118]
运行压力：0.5
‑
1bar；
[0119]
温度和ph：在60℃以下，ph为2
‑
11的条件下使用。
[0120]
经过折板反应区300处理后的海水进入超滤膜处理单元400，经超滤膜组件401处理后进入超滤产水区402，进入超滤产水区402的水还可以对超滤膜组件401进行反洗。通过超滤膜处理单元400去除海水中大部分的微粒、胶体、细菌及高分子有机物质。
[0121]
(5)增压泵500：经过超滤膜处理单元400处理后的海水经过增压泵500进行增压后泵入后续单元。
[0122]
(6)活性炭过滤器600：增压泵500将海水泵入活性炭过滤器600过滤除有机物和猝灭活性氯。
[0123]
(7)保安过滤器700：经过活性炭过滤器600过滤后的水进入保安过滤器700进行进一步过滤，以保证进入反渗透膜处理单元800的水质，避免对反渗透膜造成损害。
[0124]
(8)反渗透膜处理单元800：
[0125]
高压泵：丹弗斯app
‑
w7.2，q＝6m3/h，h＝600m，运行压力：5
‑
6mpa；
[0126]
陶氏反渗透膜组件801：由水艺控股集团股份有限公司提供，型号sw30
‑
8040，具体信息如下：
[0127]
膜孔径约为0.1nm；
[0128]
膜材质：螺旋卷式聚酰胺复合薄膜元件；
[0129]
膜架材质：sus304或sus316；
[0130]
运行压力：10
‑
15bar。
[0131]
经过保安过滤器700处理的海水进入反渗透膜处理单元800，由高压泵提供足够的进水水量和进水压力，反渗透膜组件801截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得高品质纯水，进入ro水箱802存储。
[0132]
(9)杀菌单元900：ro水箱802内的纯水经杀菌单元900进行紫外线杀菌，完成海水淡化。
[0133]
实施例3
[0134]
本实施例提供一种智能化海水淡化系统，如图4所示，其在实施例2提供的各部件基础上还增设有如下单元：
[0135]
(1)监测单元1100：包括余氯在线监测仪1101和浊度在线监测仪1102，余氯在线监测仪1101与膜处理单元的出水部分连接，用于在线监测膜处理单元的出水余氯含量，浊度在线监测仪1102与电化学处理单元200连接，用于监测电化学处理单元200 电解槽内的海水浊度。余氯/总氯在线监测仪
‑
hachcl17dsc，浊度在线监测仪
ꢀ‑
hach1720e，均由水艺控股集团股份有限公司提供。
[0136]
(2)plc控制单元1200：分别与监测单元1100和电化学处理单元200连接，用于获取余氯在线监测仪1101和浊度在线监测仪1102的监测数据信号，根据预设程序计算电流调控数据，输出电流调控数据信号至电化学处理单元200，以调控电化学处理单元200中第一电极组和第二电极组的通电电流大小，从而改变电化学处理单元200的产氯量和产絮凝剂量。plc控制单元1200选择plc控制柜sydz
‑
st01，均由水艺控股集团股份有限公司提供。
[0137]
(3)远程监控调控单元1300：分别与监测单元1100和plc控制单元1200连接，用于观察监测数据和对plc控制单元1200进行调控。该单元属于物联网数据采集与统计、建模及调控的平台，采用水艺数据物联网平台sywl
‑
st01，由水艺控股集团股份有限公司提供。
[0138]
实施例4
[0139]
本实施例提供一种海水淡化方法，利用实施例2提供的海水淡化系统进行，步骤如下：
[0140]
(1)电化学处理：将待处理的海水通过原水泵经由进水管泵送至电化学处理单元发生电氧化和电絮凝，杀灭海水中细菌和藻类等微生物以及与水中污染物发生絮凝作用；
[0141]
(2)沉淀：将步骤(1)处理后的水经出水管排入折板反应区，将海水中的污泥沉淀排放；
[0142]
(3)超滤膜处理：将步骤(2)处理后的水通入超滤膜处理单元进行处理，去除海水中大部分的微粒、胶体、细菌及高分子有机物质，处理后的水进入超滤产水区；
[0143]
(4)过滤：将步骤(3)处理后的水增压后依次通入活性炭过滤器和保安过滤器，过滤除有机物和猝灭活性氯，保证进入反渗透膜处理单元的水质；
[0144]
(5)反渗透膜处理：将步骤(4)处理后的水通入反渗透膜处理单元进行处理，截留水中的各种无机离子、胶体物质和大分子溶质，从而取得高品质纯水，处理后的水进入ro水箱。
[0145]
(6)杀菌：对步骤(5)处理后的水进行紫外线杀菌，杀菌后的水进入清水设施或蓄
水设施及管网。
[0146]
对比例1
[0147]
本对比例提供一种海水淡化系统，其与实施例3的不同之处仅在于，电化学处理装置中省去所有第一电极组，第二电极组的阳极和阴极均采用铁板，采用单级式排布方式连接，第二电极组的数量为4组。
[0148]
对比例2
[0149]
本对比例提供一种海水淡化系统，其与实施例3的不同之处仅在于，电化学处理装置中省去所有第二电极组，第一电极组的阳极采用dsa电极板，阴极采用钛板，采用单级式排布方式连接，第一电极组的数量为3组。
[0150]
对比例3
[0151]
本对比例提供一种海水淡化系统，其与实施例3的不同之处仅在于，电化学处理装置中电极组的排列顺序为：第一电极组
‑
第一电极组
‑
第一电极组
‑
第二电极组
‑
第二电极组，采用单级式排布方式连接，具体地，电极板由左至右的排列顺序依次为：钛板(第一阴极)
‑
dsa电极板(第一阳极)
‑
钛板(第一阴极)
‑
dsa电极板(第一阳极)
‑
钛板(第一阴极)
‑
dsa电极板(第一阳极)
‑
铁板(第二阴极)
‑
铁板(第二阳极)
‑
铁板(第二阴极)
‑
铁板(第二阳极)
‑
铁板(第二阴极)
‑
铁板(第二阳极)
‑
铁板(第二阴极)
‑ꢀ
铁板(第二阳极)。
[0152]
实验例
[0153]
利用实施例3提供的海水淡化系统对海水进行处理以验证其淡化效果，并将对比例 1～3提供的海水淡化系统作为对照。实验地点为浙江台州海岛，待处理海水导电率为 35000μs/cm，进水浊度为60ntu，每对极板间的电流密度为20a/m2，海水处理量50t/d。
[0154]
(1)对海水淡化系统电化学处理单元的出水水质进行检测：
[0155]
①
检测水中有效氯含量，检测方法采用分光光度法，利用余氯实时监测仪器 hach
‑
cl17在线检测。
[0156]
②
检测出水的有机物含量和浊度，并计算有机物去除率和浊度去除率，计算公式如下：
[0157]
有机物去除率＝(cod
出
‑
cod
进
)/cod
进
*100％，其中，cod
出
为电化学处理单元的出水有机物含量，cod
进
为电化学处理单元的进水有机物含量；
[0158]
浊度去除率＝(原水浊度
‑
出水浊度)/原水浊度*100％。
[0159]
其中，有机物含量的检测方法采用快速消解测试法，利用cod(hach
‑
dr2800)快速消解仪和cod快速测定仪对水样进行cod测定；
[0160]
浊度的检测方法参照中华人民共和国国家标准gb/t 5750.4
‑
2006《生活饮用水标准检验方法感官性状和物理指标》中2.1节散射法
‑
福尔马肼标准，仪器：哈希dr1900 浊度仪。
[0161]
(2)对海水淡化系统紫外线杀菌后的出水水质进行检测：
[0162]
检测产水电导率，计算脱盐率，计算公式如下：
[0163]
脱盐率＝(tds
原
‑
tds
产
)/tds
原
*100％，其中，tds
原
为海水淡化系统原水的电导率，tds
产
为海水淡化系统产水的电导率。
[0164]
电导率的检测方法参照中华人民共和国国家标准gb/t 5750.4
‑
2006《生活饮用水标准检验方法感官性状和物理指标》中6.1节，采用雷磁公司dds
‑
307电导率仪对电导率进
行测量。
[0165]
(3)对海水淡化系统紫外线杀菌后的出水水质进行检测，确定出水是否满足《生活饮用水卫生标准》(gb5749
‑
2006)。
[0166]
对上述三项内容的检测结果如表1所示。
[0167]
表1海水淡化处理效果
[0168][0169]
由表1可以看出，电化学处理后，对比例1有效氯含量低，仅0.2mg/l，浊度去除率70％，有机物去除率50％，因此对比例1导致了微生物含量超标，后续膜污染较为严重的问题，实验过程中发现，电解槽中产生絮体较大，但出水色度超标；对比例2产生较高的有效氯2.5mg/l，有机物去除率80％，浊度去除率仅30％，有效氯产量远高于设计需求，但增加了后续反渗透膜处理负荷，实验过程中发现产生絮体较少，仅阴极周围产生絮状物质，出水浊度未达到膜处理进水要求，后续膜污染严重；对比例3水中有效氯含量为1.5mg/l，有机物去除率82％，浊度去除率75％，实验过程中发现，对比例3 虽然可以产生较高的有效氯，产生絮体较多，但水中有效氯和絮体分布不均，影响处理效果，并且该种连接方式使得运行电压升高，总电压约20v，能耗较大，较实施例3高约60％，而且存在第二阳极消耗过快的缺点；实施例3的电解槽中有效氯和絮体分布均匀，有效氯含量适宜，有机物和浊度去除率高，出水满足后续膜处理要求，能耗较低，总电压仅8v即可满足要求。
[0170]
由于实施例和对比例的海水淡化系统中都设置有超滤膜处理单元和反渗透膜处理单元，因此最终脱盐率差别不大，但实施例3电化学处理单元处理后，超滤单元的膜污染程度最小，产水通量最大，整体去除效果较其他三种方式较好，且能耗最低。
[0171]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。