CN206173053U - 结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置，属于环境保护与给水处理技术领域；由一个或多个串联或并联的电化学反应器组装构成，每个电化学反应器设置进水口，并分别设置软化水总出水口和高硬度水总出水口；每个电化学反应器内部包括至少两组电极，每组电极间均通过设置阳离子选择透过膜将该组电极分为阳极区与阴极区，每组电极分别连接供电系统；每组电极的阳极区设置软化水出水口并与电化学反应器软化水总出水口连通，每组电极的阴极区设置高硬度水出水口并与电化学反应器高硬度水总出水口连通；单独收集阳离子选择透过膜与相邻阳极板间所形成的阳极区出水作为去除硬度离子并进行杀菌的软化出水供生活或工业使用。

Description

结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置

技术领域

本实用新型属于环境保护与给水处理技术领域，具体涉及一种结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置。

技术背景

供水中硬度对人们的生活与生产造成了严重影响。日常生活中，所用自来水中硬度过高造成用水电器等结垢严重，且严重影响了人们身体健康。工业生产中，给水硬度过高极易在循环冷却水系统以及用水设备内表面形成污垢，导致热交换设备效率下降、设备清洗维护频繁，造成较高的设备维护费用。

常用于用水与给水除硬度软化的技术包括药剂方法(石灰-纯碱法)、离子交换法以及膜分离法等，基于这些方法的装置使用较复杂，且使用了较大量反应药剂、再生药剂或阻垢剂等，运行成本高，且非环境友好技术。工业循环冷却水运行中也常使用阻垢剂与杀菌剂等防止结垢并抑制细菌生长，可以提高到较高的循环水浓缩倍数，但药剂使用一方面造成运行费用高，另一方面造成排污水中带有磷等污染物，对水体污染较严重。

采用电化学装置除硬度近年来得到关注，其主要原理为：在电流作用下，阴极得到电子发生还原反应(如下式1-2)

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^- 式1)

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^- 式2)

以上反应在阴极附近形成了碱性环境，可以使得钙离子、镁离子以及部分重金属离子发生反应(如下式3-4)而结晶或沉淀析出，从而达到了去除硬度制取软化水的目的。

Ca²⁺+HCO₃ ^-+OH-→CaCO₃+H₂O 式3)

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂ 式4)

同时，电流作用下，阳极失去电子发生水或氯离子的氧化反应，释放出氧化能力较强的自由基或活性氯与活性氧等，具有杀菌的作用。

采用电化学除硬度杀菌具有很大优势，该类装置不使用化学药剂，同时实现除硬度与杀菌效果，属于环境友好型装置。然而目前电化学除硬度杀菌装置在生活用水与工业给水中还未得到广泛应用，其主要原因在于常规电化学除硬度装置所采用的电化学反应器内，仅包括了相应的一组或多组电极，进水从该电化学反应器一端流入，串联或并联流经各组电极，然后从电化学反应器出水口流出。电化学反应器内各组电极间，未将阳极与阴极区有效分隔开，因此具有以下不足：1)由于碱性环境仅存在于阴极附近很窄的区域，且受传质过程等影响，除硬度反应速率较慢，硬度离子去除效率较低，需要极板面积较大；2)硬度离子易沉积在阴极板表面形成污垢，导致电阻增大，反应效率下降，需要频繁拆卸清洗，为设备运行维护带来困难；3)反应形成的结晶沉淀在重力作用下沉积在反应器底部，部分反应器底部设置沉淀区与泥斗，定期排出污垢形成的污泥，然而在实际运行中，极易由于泥斗与管路结垢沉积等造成排泥困难，需要频繁拆卸维护。因此，有必要研制新型电化学除硬度杀菌装置以推广其应用。

实用新型内容

本实用新型目的在于客服已有装置的不足之处，提出一种结合阳离子选择透过膜与电化学反应的除硬度杀菌装置。该装置通过使用阳离子选择透过膜，在电化学反应器内阴极区形成富集浓缩的硬度与氢氧根离子，并利用上向水流将浓缩富集的离子带出反应区作为高硬度水排放或过滤处理后使用。单独收集阳离子选择透过膜与阳极侧出水可以作为去除硬度离子的软化出水在生活或工业使用。

为了实现本实用新型目的，本装置采用的技术方案如下：

一种结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置，其特征在于，由一个或多个串联或并联的电化学反应器组装构成，每个电化学反应器设置进水口，并分别设置软化水总出水口和高硬度水总出水口；每个电化学反应器内部包括至少两组电极，每组电极间均通过设置阳离子选择透过膜将该组电极分为阳极区与阴极区，每组电极分别连接供电系统；每组电极的阳极区单独设置软化水出水口，该出水口均与软化水总出水口连通；每组电极的阴极区单独设置高硬度水出水口，该出水口均与高硬度水总出水口连通。

所述电极采用平板电极，每组电极中阳极板与阴极板的间距为3–5cm，所述阳离子选择透过膜与电极板平行设置，且该阳离子选择透过膜与阴极板间距占到极板间距的1/5。

本装置还包括与高硬度水总出水口相通的过滤器，高硬度水流经过滤器后从该过滤器的低硬度水排水口排出。

本实用新型的特点及有益效果：

(1)硬度去除效率高：采用阳离子选择透过膜结合电化学反应，通过硬度离子向阴极侧透过阳离子膜迁移，同时阴极反应产生的氢氧根受到阳离子选择透过膜阻挡不能迁出，从而在阴极板与阳离子选择透过膜之间所形成的阴极区内实现硬度离子与氢氧根离子的富集，由此大幅提高水中硬度离子的去除效率。

(2)节省极板面积：该装置使得硬度离子反应结晶沉淀的区域不再仅仅局限于阴极板上，从而大大避免了阴极面积对反应速率的制约，提高了单位极板面积硬度去除效率，相比传统电化学装置大幅节省极板面积，减小装置体积与占地。

(3)便于运行维护：避免了在电化学反应器内部或极板上结垢沉积，减少了极板拆卸清洗次数与清洗化学药剂用量，便于运行维护。

(4)实现对用水或给水的杀菌消毒：在电化学反应去除硬度同时，阳极失去电子发生水或氯离子的氧化反应，在阳极与阳离子选择透过膜所构成的阳极区内形成富集的自由基与自由氯等强氧化性物质，可以达到对软化水杀菌消毒的目的。

附图说明

图1为本实用新型装置所包含电化学反应器及电极结构示意图，图中：1—进水口；2—阳极板；3—阴极板；4—阳离子选择透过膜；5—软化水出水口；6—高硬度水出水口；7—过滤器；8—低硬度水排水口；9—高硬度水总出水口；10—软化水总出水口。

具体实施方式

本实用新型提出的一种结合阳离子选择透过膜与电化学反应的除硬度杀菌装置，结合附图及实施例详细说明如下：

本实用新型的除硬度与杀菌水处理装置可应用于生活用水与工业给水除硬度杀菌处理。本实用新型装置由一个或多个串联或并联的电化学反应器组装构成，多个电化学反应器串联是为了获得更高的除硬度与杀菌效率，多个电化学反应器并联可以获得更大的处理水量。如图1所示，每个电化学反应器设置一个进水口1，并分别设置一个软化水总出水口10与一个高硬度水总出水口9；电化学反应器内部包括至少两组电极，每组电极间均通过设置一个阳离子选择透过膜4将该组电极分为阳极区与阴极区，每组电极分别连接供电系统；其中，每组电极中的阳极板2可采用钛基DSA平板或网格板，阴极板3可采用不锈钢平板或网格板，在每组电极中的阳极板与阴极板间安装采用阳离子选择透过膜(该膜仅允许透过阳离子，而阴离子不能透过)相隔。每组电极中阳极板与阴极板的间距为3–5cm，所用阳离子选择透过膜与电极板平行且固定于阴极板附近，具体的，该阳离子选择透过膜与附近的阴极板间距占到极板间距的1/5。阳离子选择透过膜与相邻的阳极板之间构成阳极区，与相邻的阴极板之间或与相邻的另一只阳离子膜之间构成阴极区，阳极区与阴极区分别单独设置软化水出水口5与高硬度水出水口6。本装置中，阴阳极板与阳离子选择透过膜的尺寸、个数，以及电化学反应器的结构根据所使用处理水量设置。

使用中，生活用水或工业给水分别在水龙头压力或机械提升作用下从电化学反应器进水口1进入电化学反应器内，流经采用阳离子选择透过膜分开的各组阳极区与阴极区，并分别从各组阳极区的软化水出水口5与阴极区的高硬度水出水口6流出。所有阳极区出水汇集后作为软化水从电化学反应器的软化水总出水口10排出后使用，所有阴极区出水汇集后作为高硬度水从电化学反应器的高硬度水总出水口9排出。为了更好的处理以及提高水利用率，可以将该高硬度出水接入独立于电化学反应器之外的过滤器7，经过滤掉水中结晶悬浮物后从过滤器的低硬度水排水口8排出作为低硬度水使用。

实施例一

本实施例的除硬度杀菌装置仅含有1个电化学反应器，该电化学反应器包括5组电极，每组电极包括一个不锈钢阴极板大小为50×20cm，一个钛基DSA平板作为阳极板，大小为50×20cm，另有一个相同大小的阳离子选择透过膜置于每组阴阳极板间。每组电极中阳极、阴极板间距为5cm，阴极板与阳离子选择透过膜间距占到该极板间距1/5。电化学反应器设有一个进水口，在自来水压力下，进水分别流经阳极区与阴极区，阳极区出水分别收集后一起经电化学反应器的软化水总出水口排出，阴极区出水分别收集后一起经电化学反应器的高硬度水总出水口排放。该电化学反应器工作电压5–10V，电流密度5–10mA/cm²，水处理流量150L/h。连续运行，阳极区收集软化水流量120-130L/h，相较进水其硬度去除率50-80％。阴极区收集高硬度出流量20-30L/h。

实施例二

本实施例的除硬度杀菌装置也仅含有1个电化学反应器，该电化学反应器包括两组电极，每组电极包括一个不锈钢阴极板大小为20×10cm，一个钛基DSA平板作为阳极板，大小为20×10cm，另有一个相同大小的阳离子选择透过膜固定于每组电极间。每组电极中阳极、阴极板间距为3cm，阴极板与阳离子选择透过膜间距占到该极板间距1/5。电化学反应器设置一个进水口接自自来水龙头出水。该电化学反应器工作电压5–10V，电流密度10–15mA/cm²，处理进水流量8-10L/h。连续运行，阳极区收集软化水流量6-8L/h，其硬度去除率70％以上。阴极区收集高硬度出水1-2L/h，流经一个小型滤芯式过滤器后继续使用。

Claims (3)

1.一种结合阳离子选择透过膜的电化学除硬度与杀菌水处理装置，其特征在于，由一个或多个串联或并联的电化学反应器组装构成，每个电化学反应器设置进水口，并分别设置软化水总出水口和高硬度水总出水口；每个电化学反应器内部包括至少两组电极，每组电极间均通过设置阳离子选择透过膜将该组电极分为阳极区与阴极区，每组电极分别连接供电系统；每组电极的阳极区单独设置软化水出水口，该出水口均与软化水总出水口连通；每组电极的阴极区单独设置高硬度水出水口，该出水口均与高硬度水总出水口连通。

2.如权利要求1所述的电化学除硬度与杀菌水处理装置，其特征在于，所述电极采用平板电极，每组电极中阳极板与阴极板的间距为3–5cm，所述阳离子选择透过膜与电极板平行设置，且该阳离子选择透过膜与阴极板的间距占到极板间距的1/5。

3.如权利要求1所述的电化学除硬度与杀菌水处理装置，其特征在于，该装置还包括与高硬度水总出水口相通的过滤器，高硬度水流经过滤器后从该过滤器的低硬度水排水口排出。