CN102963989A - 一种除垢缓蚀杀菌方法及其专用设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种除垢缓蚀杀菌方法及其专用设备，这种除垢缓蚀杀菌设备包括反应器主体，所述反应器主体上安装电极系统和排气系统，所述电极系统和排气系统由一个控制系统进行控制；本发明还公开了这种设备的除垢方法，通过电极系统电解反应器主体中的循环水，使循环水中的HCO₃ ^-电解为CO₃ ^2-结合钙离子析出在阴极上，阳极上Cl^-电解为Cl₂配合电解产生的一部分羟基自由基进行杀菌消毒，上述系统采用控制系统将循环水控制在“结垢-腐蚀”平衡点附近，使生成的水垢再次被溶解，循环处理。本发明常用于换热设备，可以取消化学药剂的投加，提高循环水的浓缩倍数，起到连续低浓度杀菌作用，达到结垢-腐蚀动态平衡。

Description

一种除垢缓蚀杀菌方法及其专用设备

技术领域

本发明涉及一种除垢缓蚀杀菌方法及其专用设备，属于水处理技术领域。

背景技术

污垢问题对于换热系统来说一直是最大的难题，换热系统中的污垢主要分为化学污垢和微生物污垢两种。

处理化学污垢，主要使用投加阻垢剂来缓解系统结垢，配合定期酸洗清除。但是化学阻垢剂使用效果的好坏和阻垢剂的选择密切相关，通常阻垢剂很难达到理论上的效果。阻垢剂在水中还会增加电导率，相应的降低了浓缩倍数，同时一部分阻垢剂是难降解有机物，具有一定毒性，通常的阻垢剂还含有磷，会造成水体的富营养化，使后续处理难度加大。

传统的物理阻垢技术有主要有电场阻垢和磁场阻垢两种，主要是利用电场或磁场作用改变碳酸钙结晶结构，使其更容易被水流冲走。

首先，改变了结晶形状的碳酸钙结晶会更难粘附在光滑管道表面，但是随着时间的推移，总会有一部分碳酸钙结晶或者颗粒物粘附在管道表面上形成晶核，之后晶核就会逐渐长大形成水垢。因此这些物理方法只是推迟了水垢的形成时间，等使用一段时间后水垢就会像平时那样大量形成。

其次，水垢形成之后改变了结晶形态，形成了松散的文石结构，因此更容易被水流冲走。但是由于不是所有的结晶都能改变成文石结构，所以随着结晶的逐渐增大，松散的文石被冲走了，留下致密的方解石结构沉淀，水垢还是很牢固的粘附在管道上。

由上述问题可知，传统物理阻垢法在使用了一段时间后都会发现效果越来越差。

处理微生物污垢，主要是投加杀菌剂和缓蚀剂。循环水的温度适宜微生物生长，当微生物大量繁殖后会引起水体浊度上升，并且附着在碳酸钙结晶上会引起垢下腐蚀，管道被微生物腐蚀后又会进一步提高浊度和色度。因此必须要投加大量的杀菌剂和缓蚀剂来清除微生物，降低水体中的铁离子含量。通常使用的杀菌剂都是氧化性杀菌剂，这些杀菌剂本身对管道具有腐蚀性，会降低缓蚀剂效果。因此，使用化学药剂很难达到除垢、缓蚀、杀菌效果的平衡。

发明内容

本发明提供一种除垢缓蚀杀菌方法及其专用设备，利用电解原理，将水中暂时硬度降低的同时，降低水体pH值，析出氯气，实现了除垢、缓蚀、杀菌效果的动态平衡。可以取消化学药剂的投加，提高循环水浓缩倍数。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种缓蚀杀菌的除垢方法，是通过以下步骤实现的：

（1）电解步骤：将待处理的循环水通入金属承载罐进行电解，其中，

在阴极端，将HCO₃ ^-电解为CO₃ ^2-，与水中的Ca²⁺进行结合形成CaCO₃结垢并析出在阴极上，具体为：

2H₂O→2H⁺+2OH^-→H₂↑+2OH^-

HCO₃ ^-+OH^-→CO₃ ^2-+H₂O

Ca²⁺+CO₃ ^2-→CaCO₃↓；

在阳极端，采用电极催化循环水中的氯离子生成氯气，氯气溶于水进行杀菌防腐，具体为：

2Cl^-→Cl₂↑

Cl₂+H₂O→HCl+HClO；

所述电解步骤析出在阴极上的CaCO₃结垢由一个控制系统控制在CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点附近；

（2）除垢步骤：将析出的CaCO₃结垢从阴极上脱落，并将脱落的水垢排出所述金属承载罐本体外部。

在阴极端的电解，主要是将水中的Ca(HCO₃)₂转换成CaCO₃沉淀，则水中的暂时硬度降低，由于HCO₃ ^-转化为CO₃ ^2-，因此水中的碱度也降低，酸度上升，避免了结垢和腐蚀的发生。

在阳极端的电解，有效的催化水中的氯离子生成氯气，氯气再次溶于水，起到了杀菌作用，避免微生物腐蚀。

在电解过程中不能再次溶于水的气体会聚集在金属承载罐的顶部，通过定期打开排气管阀门，将气体排出，并且，也可以将排气管接到金属承载罐的出水设备上，使气体随水流进入外接的冷却塔设备，最后散发。

所述步骤（1）中的阳极为钛氧化催化电极，阴极为所述金属承载罐本体。

所述步骤（1）中的CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点附近具体为通过控制电流的方式进行，通过所述控制系统定义一个CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值，随着电解的进行，析出在阴极上的CaCO₃结垢量增大，降低了电解的电流值，通过传感器感应到电流值的降低，停止电解，进行所述除垢步骤，至阴极上的CaCO₃结垢脱落并且达到CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值后，继续恢复电解。

所述CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值是一个固定数值或者是一个数值范围。

所述除垢步骤是通过机械刀刮、倒换电极或者短路电极中的一种方式进行的。

循环水在金属承载罐内进行电解反应时，由于电解形成CaCO₃速度比平时快很多，形成的CaCO₃非常松散，通过人工或者机械方式可以很轻松的从金属承载罐内壁上刮下来；或者通过倒换电极或者短路电极的方法很容易重新电解至金属承载罐本体的底部。

沉降到金属承载罐本体底部的水垢可以通过排污阀排出设备，保证再次电解的正常运行。

所述倒换电极的方式具体为：当传感器检测到电解的电流值小于CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制系统控制电解的阴极和阳极进行互换，此时阴极上吸附的CaCO₃结垢开始软化并脱落沉淀到所述金属承载罐罐体底部，至传感器检测到电解电流值恢复至CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，再次互换电解的阴极和阳极，重新进入电解步骤。

所述短路电极的方式具体为：在所述金属承载罐本体上设置一个除垢电极，当传感器检测到电解的电流值小于CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制系统控制切断所述阳极，采用所述除垢电极作为阳极，此时电解短路，作为阴极的金属承载罐罐体上吸附的CaCO₃结垢开始软化并脱落沉淀到所述金属承载罐罐体底部，至传感器检测到电解电流值恢复至CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制切断除垢电极，重新接通阳极，重新进入电解步骤。

一种除垢缓蚀杀菌设备，包括反应器主体、电极系统、排气系统和控制系统，所述反应器主体是一个具有盖板的循环水金属承载罐，电极系统包括阳极和阴极，所述阳极设置在所述盖板上，并延伸至金属承载罐内部，所述阴极为金属承载罐本身；所述排气系统为排气管，设置在金属承载罐盖板顶部；所述控制系统控制反应器主体的进水与出水、电解的开始与结束、电解过程的电流控制。

所述金属承载罐的本体上设置进水阀、出水阀和排水阀。

所述金属承载罐本体上设置除垢电极。

所述除垢缓蚀杀菌设备可以是一个或者一个以上并联使用。

本发明的有益效果为：

1.通过电解水的方式来降低循环水体的pH值，并同时生成氯气进行杀菌，形成了一个除垢、缓蚀、杀菌效果的动态平衡。

2.形成的CaCO₃水垢较为松散，后处理简单，保证电解运行效率。

3.配套设备完整，取消化学试剂投放，提高循环水浓缩倍数，避免药剂对环境的污染。

附图说明

图1是单个除垢缓蚀杀菌设备的结构主视图

图2是单个除垢缓蚀杀菌设备的结构侧视图

具体实施方式

以下结合附图与实施例，对本发明做进一步说明。

如图1和图2，是单个除垢缓蚀杀菌设备的结构主视图和侧视图，包括反应器主体、电极系统、排气系统和控制系统，其中反应器主体是一个具有盖板101的循环水金属承载罐1，电极系统包括阳极2和阴极，阳极设置在盖板101上，并延伸至金属承载罐1内部，阴极为金属承载罐1本身；所述排气系统为排气管3，设置在金属承载罐盖板顶部；所述控制系统控制反应器主体的进水与出水、电解的开始与结束、电解过程的电流控制。金属承载罐的本体上设置进水阀4、出水阀5和排水阀6。进水阀4、出水阀5控制循环水进入和离开金属承载罐，排水阀6控制水垢和一部分循环水离开金属承载罐。

金属承载罐本体上还设置了除垢电极7。当采用短路的方式进行除垢时，可以采用除垢电极作为阳极，进行电解短路，从而达到除垢效果。本设备在工作时可以是单个反应器运行，也可以是一个以上反应器并联运行。

以下通过实施例，对本发明进行进一步说明。

实施例1

运行时，排水阀关闭，出水阀打开，循环水进入金属承载罐后，金属承载罐由罐体、阳极、盖板组成。循环水在金属承载罐内反应一段时间后从出水管回到循环水管路。当设备运行一段时间后，水垢在金属承载罐中大量形成，设备电流降低，控制器自动控制除垢设备清洗，清洗时出水阀关闭，电解控制器控制电源阴极和阳极互换，电极互换后反应一段时间，罐体上吸附的水垢逐渐软化、脱落，沉淀到反应器底部，当电流恢复到预设值时，排污阀打开，水垢从排污阀排出。排污结束后排污阀关闭，出水阀打开，电解控制器再次互换电极，回到正常运行模式。设备需要定期进行排气，手动或者定时自动打开排气阀，也可将排气管接在出水管上，使气体从冷却塔排出。

实施例2

运行时，排水阀关闭，出水阀打开，循环水进入金属承载罐后，金属承载罐由罐体、接头、阳极、除垢电极、盖板组成。循环水在金属承载罐内反应一段时间后从出水管回到循环水管路。当设备运行一段时间后，水垢在反应器中大量形成，设备电流降低，控制器自动控制除垢设备清洗，清洗时出水阀关闭，电解控制器切断阳极电源，接通除垢电极作为阳极，金属承载罐罐体短路，罐体短路一段时间后，罐体上吸附的水垢逐渐软化、脱落，沉淀到反应器底部，当电流恢复到预设值时，排污阀打开，水垢从排污阀排出。排污结束后排污阀关闭，出水阀打开，电解控制器切断除垢电极，接通阳极，回到正常运行模式。设备需要定期进行排气，手动或者定时自动打开排气阀，也可将排气管接在出水管上，使气体从冷却塔排出。

Claims (10)

1.一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于是通过以下步骤实现的：

（1）电解步骤：将待处理的循环水通入金属承载罐进行电解，其中，

在阴极端，将HCO₃ ^-电解为CO₃ ^2-，与水中的Ca²⁺进行结合形成CaCO₃结垢并析出在阴极上，具体为：

2H₂O→2H⁺+2OH^-→H₂↑+2OH^-

HCO₃ ^-+OH^-→CO₃ ^2-+H₂O

Ca²⁺+CO₃ ^2-→CaCO₃↓；

在阳极端，采用电极催化循环水中的氯离子生成氯气，氯气溶于水进行杀菌，具体为：

2Cl^-→Cl₂↑

Cl₂+H₂O→HCl+HClO；

所述电解步骤析出在阴极上的CaCO₃结垢由一个控制系统控制在CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点附近；

（2）除垢步骤：将析出的CaCO₃结垢从阴极上脱落，并将脱落的水垢排出所述金属承载罐本体外部。

2.如权利要求1所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述步骤（1）中的阳极为钛氧化催化电极，阴极为所述金属承载罐本体。

3.如权利要求1所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述步骤（1）中的CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点附近具体为通过控制电流的方式进行，通过所述控制系统定义一个CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值，随着电解的进行，析出在阴极上的CaCO₃结垢量增大，降低了电解的电流值，通过传感器感应到电流值的降低，停止电解，进行所述除垢步骤，至阴极上的CaCO₃结垢脱落并且达到CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值后，继续恢复电解。

4.如权利要求3所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值是一个固定数值或者是一个数值范围。

5.如权利要求1所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述除垢步骤是通过机械刀刮、倒换电极或者短路电极的中的一种方式进行的。

6.如权利要求5所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述倒换电极的方式具体为：当传感器检测到电解的电流值小于CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制系统控制电解的阴极和阳极进行互换，此时阴极上吸附的CaCO₃结垢开始软化并脱落沉淀到所述金属承载罐罐体底部，至传感器检测到电解电流值恢复至CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，再次互换电解的阴极和阳极，重新进入电解步骤。

7.如权利要求5所述的一种缓蚀杀菌的除垢方法，其特征在于所述短路电极的方式具体为：在所述金属承载罐本体上设置一个除垢电极，当传感器检测到电解的电流值小于CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制系统控制切断所述阳极，采用所述除垢电极作为阳极，此时电解短路，作为阴极的金属承载罐罐体上吸附的CaCO₃结垢开始软化并脱落沉淀到所述金属承载罐罐体底部，至传感器检测到电解电流值恢复至CaCO₃结垢-腐蚀的平衡点的电流值时，控制切断除垢电极，重新接通阳极，重新进入电解步骤。

8.一种除垢缓蚀杀菌设备，其特征在于包括反应器主体、电极系统、排气系统和控制系统，所述反应器主体是一个具有盖板的循环水金属承载罐，电极系统包括阳极和阴极，所述阳极设置在所述盖板上，并延伸至金属承载罐内部，所述阴极为金属承载罐本身；所述排气系统为排气管，设置在金属承载罐盖板顶部；所述控制系统控制反应器主体的进水与出水、电解的开始与结束、电解过程的电流控制。

9.如权利要求8所述的一种除垢缓蚀杀菌设备，其特征在于所述金属承载罐的本体上设置进水阀、出水阀和排水阀；所述金属承载罐本体上设置除垢电极。

10.如权利要求8所述的一种除垢缓蚀杀菌设备，其特征在于所述除垢缓蚀杀菌设备可以是一个或者一个以上并联使用。

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