CN108545810A - 大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置及方法，装置包括反应器壳体、矩形阳极板、圆盘阴极板、阳极轴、阴极轴、刮刀支撑架、刮刀和超声波液位探针；反应器壳体包括进水口、溢流出水口、排污口和支撑底座。将循环冷却水从进水口进入反应器壳体中，通电的阳极板和边通电边旋转的阴极板分别对冷却水进行电解杀菌和防垢处理，处理过的冷却水从溢流出水口溢流而出，进入后续管道；定期打开排污口排污。本发明装置相比现有的电解水处理器具有更大的电极面积、更快的传质速率、更高的沉淀物清除效率和更强的对流作用，因此具有更好的冷却水杀菌和防垢效果。且装置简单，对环境友好，运行和维护成本低，非常适合大规模推广应用。

Description

大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置及方法

技术领域

本发明属于工业循环冷却水处理以及电化学反应器壳体领域，具体涉及一种大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置及方法。

背景技术

敞开式循环冷却水系统通常具有较大的流量，而且在流动时会与空气发生接触，从而不断地蒸发造成损失。因此，冷却水中的各种物质包括悬浮物、胶体、阴阳离子等在不断地浓缩。并且，水在与空气接触时空气中的二氧化碳、灰尘等也会溶入到水中。这就造成循环冷却水水质不断地变差，往往导致系统的微生物繁殖、结垢和腐蚀。为了防止水质不断地恶化下去，一方面必须排掉部分的浓水，补充新鲜水，另一方面必须对循环冷却水进行杀菌、防垢和防腐处理。

目前普遍采用投加化学药剂的方法来控制循环冷却水的品质，存在药剂费用高、浓缩倍数低、容易造成二次污染等问题。电解技术能够实现不投加任何药剂即可净化水质的处理效果，具有清洁无污染、运行成本低、设备维护简单、易于自动化控制、节水效果明显等诸多优点，是一种在线型绿色水处理技术。采用电解技术处理循环冷却水的原理如下：

(1)循环冷却水中通常含有一定浓度的氯离子，具有低析氯电位的涂层钛阳极通过电解氧化水中的氯离子产生氯气，氯气溶于水生成次氯酸和次氯酸根。氯气、次氯酸和次氯酸根统称为活性氯，能够强烈杀灭水中的微生物。阳极电解同时生成多种活性氧副产物，联合起到杀生作用。电解创造的强酸性环境和两极间的电场也能导致微生物的死亡。化学反应式如下：

Cl^--2e^-→Cl₂

Cl₂+H₂O→HClO+H⁺+Cl^-

(2)阴极通过电解还原反应产生氢氧根，在电极表面附近创造出高pH值的碱性环境，促使在电场作用下富集到阴极表面的钙离子和镁离子预沉淀析出，减少水中钙离子和镁离子浓度，达到循环冷却水防垢的目的。铜离子、铁离子等也会一同沉淀。化学反应式如下：

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓

(3)氯离子和铜离子、铁离子等离子浓度的降低，减轻了对系统设备的腐蚀危害。

电解水处理器是实现电解技术处理循环冷却水的设备，是电解杀菌和防垢作用发生的重要场所。合理的水处理器结构不仅能够增大电极反应面积，加快物质传质过程，获得均匀的电位和电流分布，提高处理效果，还能减少设备的投资和运行成本，保证水处理器安全稳定运行。现在工业上已有的电解水处理器都是采用二维电极的形式，该形式的电解水处理器存在的主要问题是杀菌与防垢效率的不平衡。通常情况下杀菌效率很高，可以达到90％以上，相比之下防垢效率却仍然较低。造成防垢效率低下的原因有很多，如比电极面积较小、传质速率不高、阴极板表面附着沉淀物清除效率低下等，限制了电解水处理器的大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置，以及利用该发明装置进行循环冷却水处理的方法，用以解决现有技术中电极面积较小、传质速率不高、阴极板表面附着沉淀物清除效率低下等，限制了电解水处理器的大规模推广应用问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部和上部分别设有进水口和溢流出水口，其特征在于：所述反应器壳体内设有固定的阳极轴和可以回转运动的阴极轴，所述阴极轴上设有多个与其固定相连的阴极板，阴极轴和其上阴极板一起构成回转体，所述阳极轴上设有多个与其固定相连的阳极板，阳极板与阴极板相互平行交错分布，所述阴极轴和阳极轴分别通过导线与外部电源的负极和正极相连。

作为改进，所述反应器壳体内设有刮刀，所述刮刀包括刮刀轴和固定于刮刀轴上的多个刀片，每个刀片均伸入到两个阴极板之间，当阴极轴带动阴极板回转运动时，刀片与阴极板产生相对运动，从而将其上沉积附着物刮下。

作为改进，所述阴极轴上的阴极板形状为圆形板、椭圆形板或者多边形板。

作为改进，所述阴极轴上的阴极板为尺寸相同的圆形板。

作为改进，所述阴极板采用低碳钢、不锈钢、钛、钛合金、镍以及镍合金中任意一种材料制成。

作为改进，所述阳极板为涂层钛电极，涂层可以是钌钛二元氧化物、钌钛铱三元氧化物或者钌钛铱锡四元氧化物。

作为改进，所述阳极轴有两个，阳极轴上的阳极板为矩形阳极板，两个阳极轴和其上的阳极板对称分布于阴极轴两侧。

作为改进，靠溢流出水口一侧的反应器壳体上设有液位传感器。

作为改进，所述反应器壳体内底部低点处设有可打开和关闭的排污口。

一种利用上述电解处理装置的电解处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照电解处理装置结构，将其安装好，将进水口和溢流出水口分别接入循环冷却水系统循环管道；

步骤二、将阴极轴连上旋转驱动装置，关闭排污口，将阴极轴和阳极轴分别通过导线与外部电源的负极和正极相连对循环水进行电解处理；

步骤三、主管道旁流来的循环冷却水从进水口进入反应器壳体中，通电的阳极板和边通电边旋转的阴极板分别对冷却水进行电解杀菌和防垢处理，处理过的水从溢流出水口溢流而出，进入后续管道；

步骤四、阴极板上的沉淀附着物积累到一定厚度被刮刀刮下落入反应器壳体内底部，定期打开排污口，排出被刮刀从阴极板上刮下、沉积于反应器壳体底部的沉淀物，完成整个循环冷却水持续电解净化处理。

本发明装置非常适于大流量敞开式循环冷却水的处理，与现有的电解水处理器相比，能够获得如下的有益效果：

(1)具有更大的电极面积。无论是阳极还是阴极，都具有较大的电极面积，且都可以通过增加极板数量，来满足实际处理的需求。

(2)具有更快的传质速率。圆盘阴极板的旋转加快了反应器壳体中，尤其是阴极板附近离子的传质速率，大大提高了沉淀速率的上限。

(3)具有更高的沉淀物清除效率。装置采用刮刀不动阴极板转动的方式，通过两者间的相对运动刮除阴极板上附着的沉淀物，并且是在线持续清除，清除效率高。清除下来的沉淀物还能通过排污口排出，进行后续的回收利用。

(4)具有更强的对流作用。冷却水正对刮刀支撑架流入反应器壳体，刮刀支撑架起到了很好的对流加速器作用，使得冷却水和极板的接触时间更长，反应更加充分，对流作用更强，减小了反应器壳体内部的离子浓度分布不均和极板电位分布不均，处理效果更好。

本发明装置结构简单，常压下即可工作，易于自动化控制，只消耗电能，环境友好，运行和维护成本低，杀菌和防垢效果优秀，非常适合大规模推广应用。

附图说明

附图1为本发明装置的立体结构示意图。

附图2为本发明装置中反应器壳体的立体结构示意图。

附图3为本发明装置中反应器壳体的内部结构示意图。

附图4为本发明实施例矩形阳极板的结构示意图。

附图5为本发明实施例圆盘阴极板的结构示意图。

1-反应器壳体，2-矩形阳极板，3-圆盘阴极板，4-阳极轴，5-阴极轴，6-刮刀支撑架，7-刮刀，8-超声波液位探针，101-进水口，102-溢流出水口，103-排污口，104-支撑底座。

具体实施方式

为了理解本发明，下面将结合附图对本发明进行详细描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。

大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置，立体结构如附图1所示，由反应器壳体1、矩形阳极板2、圆盘阴极板3、阳极轴4、阴极轴5、刮刀支撑架6、刮刀7和超声波液位探针8组成。反应器壳体1的立体结构如附图2所示，正面下部设有进水口101，背面上部设有溢流出水口102，下部设有排污口103，底部还设置有支撑底座104。溢流出水口102的大口径设置满足了敞开式循环冷却水处理大流量的要求，排污口103的设置使得反应器壳体1底部的沉淀物可以及时排出。反应器壳体1的内部结构如附图3所示，矩形阳极板2是涂层钛电极板，涂层可以是钌钛二元氧化物、钌钛铱三元氧化物或者钌钛铱锡四元氧化物，一共两组，分列反应器壳体1内部左右两侧且固定，矩形阳极板2通过阳极轴4与外部电源正极相连接。圆盘阴极板3的材料可以是低碳钢、不锈钢、钛或钛合金、镍或镍合金，位于反应器壳体1中部，与两侧阳极板2相互平行交错排列，圆盘阴极板3通过阴极轴5与外部电源负极相连接，还能在阴极轴5的带动下旋转，阴极轴5通过旋转驱动装置驱动可以做旋转运动，旋转驱动装置为电机，更优的可以为变频电机，以便自由调节阴极轴5的转速。为了减小极板电阻，阴阳极板的厚度不能太薄，阳极板厚度以2mm以上为宜，阴极板厚度以5mm以上为宜。并且阴阳极板之间要间隔适当的距离，不能太近，否则会影响对方的处理效果，也不能太远，否则会提高电解处理能耗，以10mm左右为宜。所述反应器壳体1内设有刮刀7，所述刮刀包括刮刀轴和固定于刮刀轴上的多个刀片，每个刀片均伸入到两个阴极板之间，刮刀7通过刮刀支撑架6固定，刮刀支撑架6固定在阳极轴4或反应器壳体1上，刮刀7的刀片与圆盘阴极板3保持微小间隙，正常时刮刀7不影响圆盘阴极板3回转运动，随着附着物在圆盘阴极板3上沉积加厚，刮刀7的刀片就会与圆盘阴极板3上沉积物接触，阴极轴5旋转过程中，刮刀7的刀片与圆盘阴极板3产生相对运动，刮刀7将旋转圆盘阴极板3上附着的沉淀物持续刮下。超声波液位探针8固定于溢流出水口102一侧的反应器壳体1壁上。

需要指出的是，本发明技术方案的重点是阳极板与阴极板相互平行交错分布(即阳极板与阴极板在结合处交错叠加分布)，极大的增加了电解面积，提高了电解效率，同时通过阴极轴5回转运动还很方便的通过刮刀7阴极板上沉积物刮下排走，而且还加快了传质，因此阳极板与阴极板具体形状不限，只要是板状电极，且满足，阴极轴5和其上阴极板一起构成回转体即可；

作为另外一种实施例，所述阴极轴5上的阴极板形状还可设置为椭圆形或者多边形，

作为另外一种实施例，阴极轴5上的多个阴极板既可以等大小分分布，也可以大小渐变型分布，如果渐变型分布，与之对应的阳极板大小也可以渐变型分布。

作为另外一种实施例，所述阳极板不限于矩形板，可以为椭圆形、多边形或其他任意形状板状电极。

另外所述阴极板可以采用低碳钢、不锈钢、钛、钛合金、镍以及镍合金中任意一种材料制成。

所述阳极板为涂层钛电极，涂层可以是钌钛二元氧化物、钌钛铱三元氧化物或者钌钛铱锡四元氧化物。

作为另外一种实施例，靠溢流出水口102一侧的反应器壳体1上设有液位传感器，该液位传感器用于探测溢流出水口102附近液位，预防冷却水漫出反应器壳体1，且其不限于超声波液位探针8，可以为单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，伺服液位变送器等，以及雷达液位变送器等。

一种电解处理装置的电解处理方法，包括以下步骤：

步骤一、按照电解处理装置结构，将其安装好，将进水口101和溢流出水口102分别接入循环冷却水系统循环管道；

步骤二、将阴极轴5连上旋转驱动装置，关闭排污口103，将阴极轴5和阳极轴4分别通过导线与外部电源的负极和正极相连对循环水进行电解处理；

步骤三、主管道旁流来的循环冷却水从进水口101进入反应器壳体1中，通电的阳极板(矩形阳极板2)和边通电边旋转的阴极板(圆盘阴极板3)分别对冷却水进行电解杀菌和防垢处理，处理过的水从溢流出水口102溢流而出，进入后续管道；

步骤四、阴极板上的沉淀附着物积累到一定厚度被刮刀7刮下落入反应器壳体1内底部，定期打开排污口103，排出被刮刀7从阴极板上刮下、沉积于反应器壳体1底部的沉淀物，完成整个循环冷却水持续电解净化处理。

Claims (10)

1.一种大流量敞开式循环冷却水的电解处理装置，包括反应器壳体，反应器壳体下部和上部分别设有进水口和溢流出水口，其特征在于：所述反应器壳体内设有固定的阳极轴和可以回转运动的阴极轴，所述阴极轴上设有多个与其固定相连的阴极板，阴极轴和其上阴极板一起构成回转体，所述阳极轴上设有多个与其固定相连的阳极板，阳极板与阴极板相互平行交错分布，所述阴极轴和阳极轴分别通过导线与外部电源的负极和正极相连。

2.如权利要求1所述的电解处理装置，其特征在于：所述反应器壳体内设有刮刀，所述刮刀包括刮刀轴和固定于刮刀轴上的多个刀片，每个刀片均伸入到两个阴极板之间，当阴极轴带动阴极板回转运动时，刀片与阴极板产生相对运动，从而将其上沉积附着物刮下。

3.如权利要求2所述的电解处理装置，其特征在于：所述阴极轴上的阴极板形状为圆形板、椭圆形板或者多边形板。

4.如权利要求3所述的电解处理装置，其特征在于：所述阴极轴上的阴极板为尺寸相同的圆形板。

5.如权利要求1或2所述的电解处理装置，其特征在于：所述阴极板采用低碳钢、不锈钢、钛、钛合金、镍以及镍合金中任意一种材料制成。

6.如权利要求1或2所述的电解处理装置，其特征在于：所述阳极板为涂层钛电极，涂层可以是钌钛二元氧化物、钌钛铱三元氧化物或者钌钛铱锡四元氧化物。

7.如权利要求1或2所述的电解处理装置，其特征在于：所述阳极轴有两个，阳极轴上的阳极板为矩形阳极板，两个阳极轴和其上的阳极板对称分布于阴极轴两侧。

8.如权利要求1或2所述的电解处理装置，其特征在于：靠溢流出水口一侧的反应器壳体上设有液位传感器。

9.如权利要求1或2所述的电解处理装置，其特征在于：所述反应器壳体内底部低点处设有可打开和关闭的排污口。

10.一种利用权利要求2所述电解处理装置的电解处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、按照电解处理装置结构，将其安装好，将进水口和溢流出水口分别接入循环冷却水系统循环管道；

步骤二、将阴极轴连上旋转驱动装置，关闭排污口，将阴极轴和阳极轴分别通过导线与外部电源的负极和正极相连，对循环水进行电解处理；

步骤三、主管道旁流来的循环冷却水从进水口进入反应器壳体中，通电的阳极板和边通电边旋转的阴极板分别对冷却水进行电解杀菌和防垢处理，处理过的水从溢流出水口溢流而出，进入后续管道；

步骤四、阴极板上的沉淀附着物积累到一定厚度被刮刀刮下落入反应器壳体内底部，定期打开排污口，排出被刮刀从阴极板上刮下、沉积于反应器壳体底部的沉淀物，完成整个循环冷却水持续电解净化处理。