CN104710056A - 生产电解处理溶液的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生产电解处理溶液的系统和方法，其中包括电解单元(5)，电解单元(5)包括至少一个设计成流动的电解池(5a)和至少一个电极，预处理单元(1)，用以为系统输入的水提供预处理得到预处理水；盐水箱(2)，用以使用至少一种盐制造含盐浓度为系统预设盐水高浓度值的浓缩盐溶液；由生产箱(4)、电解单元(5)和至少一个冷却器(7)组成的循环电解回路，至生产箱(4)中的电解处理溶液含有达到系统预设期望氧化剂浓度值的氧化剂时停止循环；控制单元。采用该种结构的生产电解处理溶液的系统和方法，能够实现电解来批量生产更大量的和具有不同浓度氧化剂的电解处理溶液，大大减轻了生产和运输的压力，具有更广泛的应用范围。

Description

生产电解处理溶液的系统和方法

技术领域

本发明涉及电解技术领域，尤其涉及盐溶液的电解技术领域，具体是指一种生产电解处理溶液的系统和方法。

背景技术

现有技术中，已知可以利用包含电极的电化学池对水进行电解处理，进而生产电解处理溶液并用于不同用途。例如：众所周知，电解处理溶液可以用于清洗和消毒，也可以用于对植物的保护或用于对水果和蔬菜的保鲜。

然而已知的方法中，生产过程复杂，传统的电解设备分为两个部分：阳极液和阴极液，也就是说这种设备电解处理的溶液中有50％的阴极液不能用，从而无法大批量生产大量符合要求的电解处理溶液。同时生产出的电解处理溶液往往含有较低的氧化剂浓度，无法实现生产含高浓度氧化剂的电解处理溶液。另外，现有技术中的电解设备体积很大，电极不够稳定，寿命较短，且无法进行循环电解，使得设备整体利用率不高。再者，传统的电解方法中需要特殊的纯净水源进行电解处理，无法实现就地取材，需要在特定场所才能生产电解处理溶液。而在实际应用中，往往需要将电解处理溶液从生产地运输至使用地，由于生产出来的电解处理溶液的氧化剂浓度较低，为了实现电解处理溶液的预期功能，往往需要涉及大量电解处理溶液的包装和运输，造成了极大的运输成本，耗时耗力。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种能够实现电解来批量生产更大量的和具有不同浓度的氧化剂的电解处理溶液、具有更广泛应用范围的生产电解处理溶液的系统和方法。

为了实现上述目的，本发明的生产电解处理溶液的系统和方法具有如下构成：

本发明涉及一种生产电解处理溶液的系统，包括电解单元，所述的电解单元包括至少一个设计成流动的电解池和至少一个电极，其主要特点是，所述的系统还包括：

预处理单元，用以为系统输入的水提供预处理得到去除杂质的预处理水；

盐水箱，用以使用至少一种盐制造含盐浓度为系统预设盐水高浓度值的浓缩盐溶液；

由生产箱、电解单元和冷却器组成的循环电解回路，由所述的预处理水和浓缩盐溶液混合而成的盐水混合物经所述的生产箱进入所述的电解单元进行电解处理，电解处理后的溶液经所述的冷却器冷却后重新返回所述的生产箱，且至所述的生产箱中的电解处理溶液含有氧化剂的浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值时停止循环；

控制单元，用以对所述的系统进行自动调节和控制。

较佳地，所述的预处理单元包括至少一个离子交换器和/或至少一个反渗透装置。

较佳地，所述的系统输入的水为现有的市政供水。

较佳地，所述的电极为金刚石电极。

较佳地，所述的电解池为单室型电解池，所述的电解池包括至少两个接触电极。

更佳地，所述的电极为双极性金刚石电极，两个所述的接触电极之间设置一个所述的双极性金刚石电极。

更佳地，所述的接触电极由铱、钌、铱/钌、铂、金刚石覆膜的钛薄板或铌板制成。

较佳地，所述的系统还包括混合箱，所述的混合箱用以使用盐水箱中的浓缩盐溶液将预处理水混合成为含盐浓度为系统预设盐水期望浓度值的盐水混合物。在另一种可替代的方案中，可以去除混合箱，而在电解回路开始前将生产箱中的预处理水和浓缩盐溶液混合。

较佳地，所述的系统还包括与所述的生产箱相连接的储存箱，所述的储存箱用以存储生产得到的电解处理溶液，或者储存上一批次成功生产的电解处理溶液，需要使用时可以直接从储存箱中取用。

本发明的系统可以根据需要使用量来生产电解处理溶液，也可以根据需求的电解处理溶液的氧化能力和性质来在盐水箱中提供的基于一种或多种盐的盐水中进行盐种类的选择，较佳地，可选的盐的种类包括：NaCl、KCl、CaCl₂、NH₄Cl、Na₂SO₄、K₂SO₄、(NH₄)₂SO₄、Na₂CO₃、KNO₃、Na₂Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、NaHCO₃、(NH₄)₃PO₄、NaHPO₃、Na₃PO₄、K₂HPO₄或K₃PO₃。

较佳地，所述的系统还包括香料箱，所述的香料箱用以在电解处理溶液中放入香料。

本发明还涉及一种生产电解处理溶液的方法，利用包括至少一个设计成流动的电解池和至少一个电极的电解单元，其主要特点是，包括以下步骤：

(A)将输入的水进行预处理去除杂质；

(B)将经过预处理的水和浓缩盐溶液混合成为含盐浓度为系统预设盐水期望浓度值的盐水混合物；

(C)将盐水混合物在所述的电解单元中通过循环电解回路进行处理至生成的电解处理溶液含有氧化剂的浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值。

较佳地，所述的将输入的水进行预处理，具体为：

将输入的水通过离子交换和/或反渗透进行预处理。

较佳地，所述的输入的水为现有的市政供水。

较佳地，所述的步骤(C)之后，还可以包括以下步骤：

(D)将经过电解处理溶液泵入储存箱中进行存储。

较佳地，所述的步骤(C)之后，还可以包括以下步骤：

(E)是在生产得到的电解处理溶液被使用之前，在水中加入香料，这样可以避免用户因为储存在储存箱中的电解处理溶液密集氧化而产生的臭气而感到不舒服。

较佳地，所述的步骤(C)之后，还包括以下步骤：

(F)将所述的电解处理溶液进行稀释得到含有氧化剂的浓度达到可用浓度值的可使用溶液。

在实际应用中，为了使生产得到的电解处理溶液特别有效，在电解过程中，可以布置一排多个电解池(5a)进行电解。

采用了该发明中的生产电解处理溶液的系统和方法，具有如下有益效果：

(1)电解池中仅存在一种电解液，没有废液，配合整个循环电解回路工作，能够实现通过电解来批量生产更大量的和具有不同浓度的氧化剂的电解处理溶液，进一步可以实现生产具有高浓度氧化剂(1000～45000mg/l)的电解处理溶液，特别地每天至少生产2～3m³，生产出的电解处理溶液的有效性高于传统的电解设备生产的电解液，如在植物防御病虫害危害时，可以获取更好的技术效果。另外，在需要将生产出的电解处理溶液进行运输和使用时，由于电解处理溶液中氧化剂的浓度高，可以根据需要只运输与现有技术相比量少得多的电解处理溶液即可以满足使用要求，大大减轻了生产、包装和运输的压力；

(2)可以有效连接到市政供水，并采用至少一种离子交换器和/或反渗透装置的功能来去除市政供水中任何不需要的成分，而不需要特殊供应水源，免除了选用特定水源的麻烦，可以就地取材，方便随时随地进行电解处理溶液的生产；

(3)系统设计结构简单巧妙，方法应用简便，易于操作，通过采用含金刚石颗粒的电极，具有比传统的电解设备更稳定的电极，电极寿命相差8到10倍，可以通过在电解处理溶液中放入香料等方法来提高电解处理溶液使用过程中的用户体验，可以根据用户需要生产具有不同浓度氧化剂、具有不同种类氧化剂的电解处理溶液，适用于大规模广泛推广。

附图说明

图1为本发明的生产电解处理溶液的系统的一个实施例的结构示意图。

其中：

1   预处理单元

1a  离子交换器

1b  反渗透装置

1c  污水池

2   盐水箱

3   混合箱

4   生产箱

5   电解单元

5a  电解池

6   电源

7   冷却器

8   香水箱

9   中间箱

10  储存箱

具体实施方式

为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。

本发明涉及一种生产电解处理溶液的系统，系统包括至少一个作为流动设计的单室电解池和至少一个电极。本发明还涉及一种利用该系统生产电解处理溶液的方法。本实施例的其他特征和细节以及对应的优点请参见图1所示。

下面以一个具体实施例来进一步介绍本发明：

如图1所示，本实施例的生产电解处理溶液的系统包括：一个预处理单元1，预处理单元1包括一个离子交换器1a、一个反渗透装置1b和一个废水箱1c；一个盐水箱2；一个混合箱3；一个生产箱4；一个电解单元5；电解单元包括数个电解池5a、相关电源6；一个冷却器7；一个香料箱8；一个中间箱9以及一个储存箱10。

本实施例中通过市政供水生产电解处理溶液，从市政供水到电解处理溶液的生产周期可以概括为如下过程：

本实施例的电解处理溶液的生产周期包括：预处理过程、盐水混合过程和循环电解回路。

市政供水经过预处理单元1成为预处理水，预处理水通过与盐水箱2中的浓缩盐溶液混合得到盐水混合物，盐水混合物通过由生产箱4、电解单元5和冷却器7组成的循环电解回路得到电解处理溶液。

下面对这一生产周期详细阐述：

参数名词解释：

系统预设盐水高浓度值：系统预先设定的事先在上述盐水箱2中配好的高浓度的盐水的盐浓度，这个值根据不同的生产需求和不同的盐的种类而不同；

系统预设盐水期望浓度值：系统预先设定的在盐水混合过程中所期望获得的盐水混合物的盐浓度，这个值根据不同的生产需求和不同的盐的种类而不同；

系统预设期望氧化剂浓度值：在循环电解回路中最终获得的电解处理溶液中所期望获得的氧化剂的浓度值，这个值根据不同的生产需求和不同的氧化剂的种类而不同。

(1)预处理：市政供水—>预处理水

首先由预处理单元1预先处理水质，更具体地说是预先将市政供水进行软化处理。通过选用1°～7°DH(德国硬度单位)的离子交换器1a和/或在反渗透装置1b中去除重金属、盐、有机污染物、颗粒物和细菌等。在实际应用中，离子交换器和反渗透装置可以择一选用，也可以两者都被选用。

同样要提前准备好的还有盐水箱2中的浓缩盐溶液，根据预期应用，在盐水箱2中将盐和水进行混合得到高浓度的盐水，其中盐含量达到系统预设盐水高浓度值，方便在下一步与预处理水进行混合获得期望得到的盐浓度。盐水箱2中的盐水使用的盐优选为NaCl、KCl、Na₂SO₄、K₂SO₄、NaHCO₃、K₃PO₄或类似物。盐水箱2中盐的浓度是根据盐水和预处理水的用量以及盐的溶解度确定的。由于盐水箱2中盐的浓度很高，为了防止内部固体沉积在盐水箱2内，应连续性或周期性地对其吹入空气或对盐水进行搅拌。

(2)盐水混合：预处理水+浓缩盐溶液—>盐水混合物

经过预处理单元1得到的污水将被收集在一个废水箱1c中，稍后另行处置或送至回收。将经过预处理单元1得到的预处理水泵入中间箱9，并从中间箱9流入混合箱3。中间箱9设置用来暂时储存预处理的水。在混合箱3内将预处理水和盐水箱2中的浓缩盐溶液混合得到所期望得到的盐水混合物，混合的比例由系统根据生产需要预先设置，以得到盐浓度为系统预设盐水期望浓度值的盐水混合物。例如：NaCl盐水的浓度约为50克/升。在混合箱3中添加盐水的确切量可以经由盐水注射机或通过在混合箱3内测量盐水混合物的电导率进行调节。

(3)循环电解回路：盐水混合物—>电解处理溶液

将混合箱3中的盐水混合物泵入生产箱4，生产箱4具有例如1m³的容量。电解处理的循环电解回路由生产箱4、包含串联的数个电解池5a以及相对应的数个电源6的电解单元5以及冷却器7一起构成，其形成整个生产电解处理溶液的一个循环的电解回路，即盐水混合物被抽入该电解回路的循环中，首先进入生产箱4，生产箱4的水进入电解单元5进行电解处理后，再经由冷却器7进行冷却，然后重新进入生产箱4，进入下一次电解循环，直到盐水混合物通过电解处理后，包含了氧化剂(例如游离氯、过氧化氯、臭氧、过碳酸盐、过磷酸盐和/或过硫酸等)的期望浓度为止。例如对游离氯而言，它的浓度参数大约在1000mg/l和45000mg/l之间。电解循环过程中通过在生产箱4内测量盐水混合物当前的氧化剂浓度来进行控制。电解所需要的时间通过对氧化剂的测量来调节，即当测量生产箱4内盐水混合物中氧化剂浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值即停止该电解回路，或根据实验经验里达到期望氧化剂浓度所需时间的经验数据来确定所需电解处理的时间，这个经验数据可以存储在控制单元里。例如，通过反复多次实验得到，当需要制得含有5000mg/l氧化剂的1000升溶液时，仅需要6小时生产时间；需要制得8000mg/l氧化剂的2000升溶液时仅需要19小时生产时间；需要值得含15000mg/l氧化剂的600升溶液时仅需要11小时生产时间。电解处理后含氧化剂浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值的电解处理溶液被泵入储存箱10。

在实施例中，生产电解处理溶液可以从生产箱4进行电解处理，电解池5a设计成流动形式的单室电解池。电解池5a的形式可以采用一个电解槽的形式，每个电解槽包括一个具有内部凹槽的底座和一个盖板，底座和盖板可以采用焊接等方式固定连接，也可以用螺栓等可拆卸方式进行连接，在电解槽的一端的盖板上设置一个用于待处理液体流进的贯通盖板的流通口，在电解槽的另一端的底座上设置一个用于处理完液体流出的贯通底座的流通口，从而实现处理液体在电解池5a中可以流动的技术效果。在实际使用中，电解池5a还可以采用其他形式设计，只要满足其为流动形式即可。因此，每个电解池5a具有特定的多片设计外壳，水从生产箱4进入和流出电解池5a。上述的外壳是由电极组件与外围布置接触电极组成，两个接触电极之间至少设置一个双极性电极，优选地该电极是具有金刚石颗粒的双极性电极。上述接触电极是相邻设置的。一般情况下，接触电极通过由电绝缘材料制成的隔板互相隔开。接触电极与双极性电极之间、各个双极性电极之间也是通过这样的隔板相互间隔开。我们已知金刚石电极包括掺杂其他物质的金刚石颗粒，其中的金刚石颗粒是单层的且彼此不接触地嵌入塑料载体层中，各个金刚石颗粒长度大于塑料载体层厚度，从而穿透塑料载体层并且可以两端分别突出于该塑料载体层的两面。金刚石颗粒是由硼或任何其他材料特别掺杂，并在高压/高温处理工业金刚石制备的。接触电极可以由铱、钌、铱/钌、铂、、金刚石覆膜的钛片或铌板制成。在该电解池中至少要有一个包含金刚石颗粒的双极性电极，以此来保证快速高效稳定地生产含适当浓度的氧化剂的电解处理溶液。在电解处理溶液从电解单元5排入冷却器7之前，要使电解处理溶液温度不超过30℃。要得到此较低的温度可以从生产箱4到电解单元5的过程中被冷却。

包含期望浓度的氧化剂的电解处理溶液被泵入储存箱10储存而供进一步排出使用。上述经电解处理的水可以在香料箱8中任选一种或几种香味进行添加并储存在储存箱10中。

在一种备选方案中，盐水可以直接在生产箱4中混合，即本发明其他的技术方案可以去除上述混合箱3。如果要临时生产电解处理溶液，生产过程也可以无需储存箱10，直接从生产箱4中取用符合要求的电解处理溶液。

本发明的电解处理溶液具有很高浓度的氧化剂，优选是产生的游离氯。因此，从上述电解回路中所产生的“电解处理溶液”通常不适合直接应用，在实际应用中，可以将上述电解回路生成的电解处理溶液用水进行稀释至含有使用需要浓度的氧化剂。

该生产电解处理溶液的系统通过控制单元来进行上述各个部件的工作控制和生产周期的调节，实现无人参与的自动化生产。图1中未示出的组件还包括泵、阀、鼓风机等，为电解处理溶液提供方便的操作控制。控制单元中的各项参数，如系统预设盐水高浓度值、系统预设盐水期望浓度值、系统预设期望氧化剂浓度值、系统预设香料添加量等，可以在整个生产周期开始前进行预先设置。

以下是在采用本发明的生产电解处理溶液的系统和方法于数次循环电解实验中获得的实验数据：

从上述实施例的实验数据可以看出，采用本发明的系统和方法，可以在较短的时间内获得大量氧化剂浓度极高的电解处理溶液，更有利于电解处理溶液的批量生产和大范围应用。

在实际应用中，氧化剂浓度是有极限的，因为本发明的系统能产生多种氧化剂，当氧化剂浓度高时，氧化剂之间也会互相发生反应。因此，在不同的条件下，最大浓度是不一样的。另外，由于本发明采用了循环电解的方法，同时液体是会发热的，发热会降低氧化剂的溶解度，因此增加了至少一个冷却器(7)进行降温，在不同的实施方式中，冷却器(7)的数量根据实际情况灵活配置，功率越大则需要越多的冷却器(7)。

采用了该发明中的生产电解处理溶液的系统和方法，具有如下有益效果：

(1)电解池中仅存在一种电解液，没有废液，配合整个循环电解回路工作，能够实现通过电解来批量生产更大量的和具有不同浓度的氧化剂的电解处理溶液，进一步可以实现生产具有高浓度氧化剂(1000～45000mg/l)的电解处理溶液，特别地每天至少生产2～3m³，生产出的电解处理溶液的有效性高于传统的电解设备生产的电解液，如在植物防御病虫害危害时，可以获取更好的技术效果。另外，在需要将生产出的电解处理溶液进行运输和使用时，由于电解处理溶液中氧化剂的浓度高，可以根据需要只运输与现有技术相比量少得多的电解处理溶液即可以满足使用要求，大大减轻了生产、包装和运输的压力；

(2)可以有效连接到市政供水，并采用至少一种离子交换器和/或反渗透装置的功能来去除市政供水中任何不需要的成分，而不需要特殊供应水源，免除了选用特定水源的麻烦，可以就地取材，方便随时随地进行电解处理溶液的生产；

(3)系统设计结构简单巧妙，方法应用简便，易于操作，通过采用含金刚石颗粒的电极，具有比传统的电解设备更稳定的电极，电极寿命相差8到10倍，可以通过在电解处理溶液中放入香料等方法来提高电解处理溶液使用过程中的用户体验，可以根据用户需要生产具有不同浓度氧化剂、具有不同种类氧化剂的电解处理溶液，适用于大规模广泛推广。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (17)

1.一种生产电解处理溶液的系统，包括电解单元(5)，所述的电解单元(5)包括至少一个设计成流动的电解池(5a)和至少一个电极，其特征在于，所述的系统还包括：

预处理单元(1)，用以为系统输入的水提供预处理得到去除杂质的预处理水；

盐水箱(2)，用以使用至少一种盐制造含盐浓度为系统预设盐水高浓度值的浓缩盐溶液；

由生产箱(4)、电解单元(5)和至少一个冷却器(7)组成的循环电解回路，由所述的预处理水和浓缩盐溶液混合而成的盐水混合物经所述的生产箱(4)进入所述的电解单元(5)进行电解处理，电解处理后的溶液经所述的冷却器(7)冷却后重新返回所述的生产箱(4)，且至所述的生产箱(4)中的电解处理溶液含有氧化剂的浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值时停止循环；

控制单元，用以对所述的系统进行自动调节和控制。

2.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的预处理单元(1)包括至少一个离子交换器(1a)和/或至少一个反渗透装置(1b)。

3.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的系统输入的水为现有的市政供水。

4.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的电极为金刚石电极。

5.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的电解池(5a)为单室型电解池，所述的电解池(5a)包括至少两个接触电极。

6.根据权利要求5所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的电极为双极性金刚石电极，两个所述的接触电极之间设置一个所述的双极性金刚石电极。

7.根据权利要求5或6所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的接触电极由铱、钌、铱/钌、铂、金刚石覆膜的钛薄板或铌板制成。

8.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的系统还包括混合箱(3)，所述的混合箱(3)用以使用盐水箱(2)中的浓缩盐溶液将预处理水混合成为含盐浓度为系统预设盐水期望浓度值的盐水混合物。

9.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的系统还包括与所述的生产箱(4)相连接的储存箱(10)，所述的储存箱(10)用以存储生产得到的电解处理溶液。

10.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的盐水箱(2)中的浓缩盐溶液的盐包括NaCl、KCl、CaCl₂、NH₄Cl、Na₂SO₄、K₂SO₄、(NH₄)₂SO₄、Na₂CO₃、KNO₃、Na₂Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、NaHCO₃、(NH₄)₃PO₄、NaHPO₃、Na₃PO₄、K₂HPO₄或K₃PO₃。

11.根据权利要求1所述的生产电解处理溶液的系统，其特征在于，所述的系统还包括香料箱(8)，所述的香料箱(8)用以在电解处理溶液中放入香料。

12.一种生产电解处理溶液的方法，利用包括至少一个设计成流动的电解池(5a)和至少一个电极的电解单元(5)，其特征在于，包括以下步骤：

(A)将输入的水进行预处理去除杂质；

(B)将经过预处理的水和浓缩盐溶液混合成为含盐浓度为系统预设盐水期望浓度值的盐水混合物；

(C)将盐水混合物在所述的电解单元(5)中通过循环电解回路进行处理至生成的电解处理溶液含有氧化剂的浓度达到系统预设期望氧化剂浓度值。

13.根据权利要求12所述的生产电解处理溶液的方法，其特征在于，所述的将输入的水进行预处理，具体为：

将输入的水通过离子交换和/或反渗透进行预处理。

14.根据权利要求12所述的生产电解处理溶液的方法，其特征在于，所述的输入的水为现有的市政供水。

15.根据权利要求12所述的生产电解处理溶液的方法，其特征在于，所述的步骤(C)之后，还包括以下步骤：

(D)将经过电解处理溶液泵入储存箱(10)中进行存储。

16.根据权利要求12所述的生产电解处理溶液的方法，其特征在于，所述的步骤(C)之后，还包括以下步骤：

(E)在生成的电解处理溶液中加入至少一种香料。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的生产电解处理溶液的方法，其特征在于，所述的步骤(C)之后，还包括以下步骤：

(F)将所述的电解处理溶液进行稀释得到含有氧化剂的浓度达到可用浓度值的可使用溶液。