CN104528957A - 一种循环水处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

一种循环水处理方法及设备，包括反应室，端盖，电机，除垢刷，支架，阳极，进出口与进水阀，出水口与出水阀，排污口与排污阀，控制中心，UV发射器，排气装置，过滤网。反应室的内壁作为阴极；阳极为桶型结构伸入反应室中；除垢刷与中心轴通过反应室底部不锈钢连接架相连，电机与中心轴相连，电机的转动带动中心轴的转动，从而使除垢刷的转动，在反应室上部通过钢圈将除垢刷之间相连接，钢圈和不锈钢连接架分别在阳极的外侧和底侧，确保在转动过程中不接触阳极；除垢刷数量为3—5个；控制中心固定于外壳上；UV发射器位于端盖上；排气装置与出水口所接受信号一致，当出水口打开时，排气装置打开，将反应室生成气体排出；出水口内置过滤网；反应室底部为圆锥形结构。

Description

一种循环水处理方法及设备

技术领域

本发明创造属于环保设备技术领域，具体是一种循环水的电解水处理方法及具有自动清理功能的预先结垢水处理设备。

背景技术

工业上诸多领域都离不开循环水，循环水在热交换的过程中极易形成水垢，水垢是一种导热性极差的物质，有水垢的存在大大降低了换热效率，白白耗费了大量的能源，而且结垢还会伴随着腐蚀，会缩短设备使用寿命，还易引发安全事故。水垢的存在极大的困扰了企业，清理水垢的工作复杂而繁琐，不仅需要拆卸设备和管道，还需停工停产，也耗费了大量人工成本。

目前，现有的除垢方法主要有水预处理法、物理法和化学法，其中水预处理法采用离子交换设备可提前置换出水中的成垢离子，但该设备需定期更换交换介质，且工作效率不稳定。物理法常采用电磁或强磁处理的方法，阻止水中成垢离子结合生成水垢，但该方法阻垢除垢效果市场普遍反映不佳。化学法主要是向循环水中投加化学药剂来阻止水垢生成，这样一来耗费成本过高，且容易造成二次污染。

发明内容

本发明创造提出一种具有自动清理功能的预先结垢水处理设备，具体如下：

一种循环水处理方法，步骤包括：

1)阴极附近发生电解水反应，生成大量的氢氧根离子，使该区域的pH值升高至10以上，在二氧化碳的作用下，使得水中的主要成垢离子即钙离子和镁离子反应生成碳酸钙和碳酸镁，并且酸钙和碳酸镁以碳水垢的形式附着在反应室内壁上；阴极附近的化学反应如下：

2H₂O+2e^—→H₂+2OH^—

CO₂+OH^—→HCO₃ ^—

HCO₃ ^—+OH^—→CO₃ ^2—+H₂O

CO₃ ^2—+Ca²⁺→CaCO₃

2)阳极附近，阳极为钛氧化物为半导体，钛氧化物具有特定外层电子结构，在电场中会有“空穴”效应，具有强大的吸引电子的能力，在紫外线及电流的催化下，使水中的水分子和氢氧根离子失去一个电子，从而生成具有超强氧化能力的羟基自由基·OH；羟基自由基来氧化水中的各类微生物和有机物，在杀菌灭藻的同时，去除了水中的有机物，消除了其污染环境的隐患；其反应方程式如下：

阳极附近在电流的作用下，还生成了臭氧、氯气、游离氯和双氧水，进一步杀菌灭藻；其反应方程式如下：

O₂+2OH^—→O₃+H₂O+2e^—

2Cl^—→Cl₂+2e^—

Cl^—→Cl⁰+e^—

2H₂O→H₂O₂+2H⁺+2e^—

3)结垢过程，打开进水口和出水口，水经反应室时在其内壁形成水垢，水垢的形成会造成反应室内壁的电阻值的升高；

当水垢厚度达到一定值时，电阻值达到阈值时，关闭进水口和出水口，开始除垢(或达到设定的除垢间歇时间开始除垢)；当电阻值达到到内壁无垢状态所对应的电阻值时，停止除垢；

此时的反应室内水中充满水垢悬浮物，在水中电流的作用下，产生电絮凝现象，将水垢悬浮物絮凝成较大颗粒而沉淀于反应室底部，开启进水口和排污口，将含水垢的水排出。

一种上述方法的循环水处理设备，包括：桶体、阳极、进水口、出水口、控制器、UV发射器和直流电源；

所述桶体的内壁为导电材质，该内壁作为阴极，桶体的内腔作为反应室，反应室为圆桶形状；

所述阳极装在反应室内；阳极与外部电源连接；阳极的材料为钛氧化物金属半导体；所述阳极为圆桶形状，且圆桶形状的阳极在反应室的中间位置，且阳极的轴线与反应室的中心线重合；所述直流电源的输出端分别连接阴极和阳极；

所述反应室是密闭的；反应室内装有UV发射器，UV发射器向反应室内发射紫外线；

所述进水口和出水口都装在反应室上；所述反应室顶部设有排气口；反应室底部装有排污口；

还包括电机；电机装在桶体外的上部，电机的动力输出轴通过联轴器连接有中心轴；该中心轴伸入反应室，且中心轴的轴线与反应室的轴线相同；

中心轴上连接有除垢刷；除垢刷随中心轴转动所成轨迹为圆筒形状，该圆筒形状的直径与桶体内壁的直径对应。

还包括控制器，所述控制器控制进水口、出水口、排气口和排污口的开/闭，控制电机的启/停，控制直流电源与阴极和阳极之间的通/断，控制UV发射器的启/停。

所述进水口上装有进水阀；所述出水口上装有过滤网，过滤网的外侧装有出水阀；排污口上装有排污阀。(进水阀、出水阀和排污阀可以是电控的)

所述桶体的顶部装有可拆卸的端盖。桶体外的底部装有支架。阴极材料为不锈钢、碳钢、铝或铜。

具体实现时候，所述阳极与端盖相连接，并伸入反应室中；

所述除垢刷与中心轴通过反应室内底部的不锈钢连接架相连；在反应室内上部通过钢圈将除垢刷之间相连接来固定除垢刷；钢圈围在阳极外壁以外，不锈钢连接架在阳极底部以下，除垢刷转动状态下，钢圈和不锈钢连接架不接触阳极；

所述除垢刷由塑料或橡胶材料制成，数量为3～5个；UV发射器位于端盖上，向反应室内发射紫外线；排气装置与出水口同时开/闭；所述过滤网为70—100目；反应室底部为圆锥形结构。

附图说明

图1：本自动除垢电解水处理器结构示意图。

反应室1，出水口及出水阀2，排气口3，支架4，UV发射器5，阳极外接电源连接装置6，电机7，控制器8，进水口及进水阀9，阳极10，排污口及排污阀11，除垢刷12，不锈钢连接架13，中心轴14，过滤网15，端盖16。

具体实施方式

下面结合附图1与具体实施方式对本技术方案进一步说明如下：

一种具有自动清理功能的预先结垢水处理设备，其结构主要包括反应室，端盖，电机，除垢刷，支架，阳极，进水口与进水阀，出水口与出水阀，排污口与排污阀，控制器，UV发射器，排气装置，过滤网。反应室的内壁作为阴极，其材料可为不锈钢，碳钢，铝，铜等；阳极为桶型结构，材料为具有耐腐蚀性的表面为钛氧化物金属，与端盖相连接，并伸入反应室中；除垢刷与中心轴通过反应室底部不锈钢连接架相连，电机与中心轴相连，电机的转动带动中心轴的转动，从而使除垢刷的转动，为了固定除垢刷，在反应室上部通过钢圈将除垢刷之间相连接，钢圈和不锈钢连接架分别在阳极的外侧和底侧，确保在转动过程中不接触阳极；除垢刷由塑料或橡胶材料制成，数量为3—5个；控制器固定于外壳上，对除垢、排污等过程自动化控制；UV发射器位于端盖上，可向反应室内发射紫外线；排气装置与出水口所接受信号一致，当出水口打开时，排气装置打开，将反应室生成气体排出；出水口内置过滤网，目数为70—100目，防止未排尽的水垢残留物排出；反应室底部为圆锥形结构。

该设备的结垢过程中，阴极即反应室内壁附近发生电解水反应，生成大量的氢氧根离子，使该区域的pH值升高至10以上，在二氧化碳的作用下，使得水中的主要成垢离子钙离子和镁离子反应生成碳酸钙、碳酸镁并以水垢的形式附着在反应室内壁上，阴极部分的主要化学反应如下：

2H₂O+2e^—→H₂+2OH^—

CO₂+OH^—→HCO₃ ^—

HCO₃ ^—+OH^—→CO₃ ^2—+H₂O

CO₃ ^2—+Ca²⁺→CaCO₃

阳极附近，由于钛氧化物为半导体，具有特殊外层电子结构，在电场中会有“空穴”效应，其具有强大的吸引电子的能力，在紫外线及电流的催化下，使水中水分子和氢氧根离子失去一个电子，从而生成具有超强氧化能力的羟基自由基·OH，羟基自由基可氧化水中的各类微生物和有机物，杀菌灭藻的同时，去除了水中的有机物，消除了其污染环境的隐患，反应方程式如下：

阳极附近在电流的作用下，还生成了臭氧、氯气、游离氯、双氧水等氧化物，可进一步杀菌灭藻，反应方程式如下：

O₂+2OH^—→O₃+H₂O+2e^—

2Cl^—→Cl₂+2e^—

Cl^—→Cl⁰+e^—

2H₂O→H₂O₂+2H⁺+2e^—

结垢过程，开启进水阀和出水阀，水经反应室时在其内壁形成水垢，水垢的形成会造成电阻的升高，当水垢厚度达到一定值时电阻达到某一数值，或达到设定的除垢间歇时间(根据水质的不同，一般设定为2—4小时)，此时控制器发出信号，关闭进水口和出水口，启动电机进行除垢程序，电机带动除垢刷在内壁表面匀速扫动，将水垢刮除，除垢刷转速为20—24rpm。当电阻恢复到内壁无垢所对应的电阻值时，关闭电机，此时的反应室内水中充满水垢悬浮物，在水中电流的作用下，产生电絮凝现象，可将水垢悬浮物絮凝成较大颗粒而沉淀于反应室底部。关闭电机约7—10分钟(由控制器设定)后，自动开启进水口和排污口，将含水垢的水排出，2—3分钟(由控制器设定)后，关闭排污口，打开从出水口，系统恢复至电解结垢过程。

下面举例说明本水处理器的效果：

本电解水处理器的作用效果可通过连续测量并分析循环水的硬度变化来体现。选取一循环水量为800m³/h循环水系统，保有水量270m³，浓缩倍数定为3和10，冷却塔蒸发量为8m³/h，实际排污量3.2m³/h，总补水量12m³/h。选用处理水量为1000m³/h的电解水处理器。

在浓缩倍数为10的情况下，对比电解水处理器使用前后循环水钙硬度的变化，如下：

由表可知，无电解水处理器之前，在循环水系统投入运行约800小时后，钙硬度稳定在C＝1990ppm左右。采用电解水处理器之后，则经过约300小时后，钙硬度稳定在C＝590ppm左右。水硬度降低效果十分明显。

无电解水处理器浓缩倍数控制在3，加入电解水处理器之后浓缩倍数控制在10，对比前后循环水钙硬度的变化，如下：

由表可知，无电解水处理器之前，浓缩倍数为3时，在循环水系统投入运行约250小时后，钙硬度稳定在C＝623ppm左右。采用电解水处理器之后，浓缩倍数为10时，则经过约300小时后，钙硬度稳定在C＝590ppm左右。使用后在浓缩倍数提高的同时，硬度有所下降，使用效果十分明显。

Claims (8)

1.一种循环水处理方法，其特征是步骤包括：

1)阴极附近发生电解水反应，生成大量的氢氧根离子，使该区域的pH值升高至10以上，在二氧化碳的作用下，使得水中的主要成垢离子即钙离子和镁离子反应生成碳酸钙和碳酸镁，并且酸钙和碳酸镁以碳水垢的形式附着在反应室内壁上；阴极附近的化学反应如下：

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

CO₂+OH^-→HCO₃ ^-

HCO₃ ^-+OH^-→CO₃ ^2-+H₂O

CO₃ ^2-+Ca²⁺→CaCO₃

2)阳极附近，阳极为钛氧化物为半导体，钛氧化物具有特定外层电子结构，在电场中会有“空穴”效应，具有强大的吸引电子的能力，在紫外线及电流的催化下，使水中的水分子和氢氧根离子失去一个电子，从而生成具有超强氧化能力的羟基自由基·OH；羟基自由基来氧化水中的各类微生物和有机物，在杀菌灭藻的同时，去除了水中的有机物，消除了其污染环境的隐患；其反应方程式如下：

阳极附近在电流的作用下，还生成了臭氧、氯气、游离氯和双氧水，进一步杀菌灭藻；其反应方程式如下：

O₂+2OH^-→O₃+H₂O+2e^-

2Cl^-→Cl₂+2e^-

Cl^-→Cl⁰+e^-

2H₂O→H₂O₂+2H⁺+2e^-

3)结垢过程，打开进水口和出水口，水经反应室时在其内壁形成水垢，水垢的形成会造成反应室内壁的电阻值的升高；

当水垢厚度达到一定值时，电阻值达到阈值时，关闭进水口和出水口，开始除垢，或者达到设定的除垢间歇时间开始除垢；当电阻值达到到内壁无垢状态所对应的电阻值时，停止除垢；

此时的反应室内水中充满水垢悬浮物，在水中电流的作用下，产生电絮凝现象，将水垢悬浮物絮凝成较大颗粒而沉淀于反应室底部，开启进水口和排污口，将含水垢的水排出。

2.一种实现权利要求1所述方法的循环水处理设备，其特征是包括：桶体、阳极、进水口、出水口、控制器、UV发射器和直流电源；

所述桶体的内壁为导电材质，该内壁作为阴极，桶体的内腔作为反应室，反应室为圆桶形状；

所述阳极装在反应室内；阳极与外部电源连接；阳极的材料为钛氧化物金属半导体；所述阳极为圆桶形状，且圆桶形状的阳极在反应室的中间位置，且阳极的轴线与反应室的中心线重合；所述直流电源的输出端分别连接阴极和阳极；

所述反应室是密闭的；反应室内装有UV发射器，UV发射器向反应室内发射紫外线；

所述进水口和出水口都装在反应室上；所述反应室顶部设有排气口；反应室底部装有排污口；

还包括电机；电机装在桶体外的上部，电机的动力输出轴通过联轴器连接中心轴；该中心轴伸入反应室，且中心轴的轴线与反应室的轴线相同；

中心轴上连接有除垢刷；除垢刷随中心轴转动所成轨迹为圆筒形状，该圆筒形状的直径与桶体内壁的直径对应。

3.根据权利要求2所述的循环水处理设备，其特征是还包括控制器，所述控制器控制进水口、出水口、排气口和排污口的开/闭，控制电机的启/停，控制直流电源与阴极和阳极之间的通/断，控制UV发射器的启/停。

4.根据权利要求2或3所述的循环水处理设备，其特征是所述进水口上装有进水阀；所述出水口上装有过滤网，过滤网的外侧装有出水阀；排污口上装有排污阀。

5.根据权利要求2所述的循环水处理设备，其特征是所述桶体的顶部装有可拆卸的端盖。

6.根据权利要求2所述的循环水处理设备，其特征是桶体外的底部装有支架。

7.根据权利要求2所述的循环水处理设备，其特征是阴极材料为不锈钢、碳钢、铝或铜。

8.根据权利要求5所述的循环水处理设备，其特征是所述阳极与端盖相连接，并伸入反应室中；

所述除垢刷与中心轴通过反应室内底部的不锈钢连接架相连；在反应室内上部通过钢圈将除垢刷之间相连接来固定除垢刷；

钢圈围在阳极外壁以外，不锈钢连接架在阳极底部以下，除垢刷转动状态下，钢圈和不锈钢连接架不接触阳极；

所述除垢刷由塑料或橡胶材料制成，数量为3～5个；

UV发射器位于端盖上，向反应室内发射紫外线；

排气装置与出水口同时开/闭；

所述过滤网为70—100目；

反应室底部为圆锥形结构。