CN104787842B - 一种新型电化学/光催化循环冷却水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电化学／光催化循环冷却水处理设备，用于处理循环冷却水以及设备自清洗，属于水处理领域。设备主要包括：电解装置和光催化装置。电解装置利用电化学电解技术能够去除循环冷却水中易结垢的离子，可阻垢除垢；光催化装置利用光催化技术对循环冷却水具有高效的杀菌灭藻性能。其创新之处在于：1、将电化学与光催化两种水处理技术的先进性进行有机结合，充分利用两种技术的互补性，提升了设备的综合水处理效果，解决了单一利用时综合性能不足的问题；2、切换电极模块中阴阳极的极性，在低电流密度下、短时间内实现阴极表面自动除垢；利用光催化箱体顶部的急流水洗喷头，可清洗光催化网及紫外灯管的表面的污染物。

Description

一种新型电化学/光催化循环冷却水处理设备

技术领域

本发明涉及一种利用电化学技术和光催化技术联合处理循环冷却水的设备，用于处理循环冷却水以及设备自清洗，属于水处理领域。

背景技术

我国是一个水资源短缺的国家，随着经济的迅猛发展，人口的增长，缺水现象和水质恶化问题越来越突出，工业用水需求呈增长趋势将进一步激化水资源短缺的矛盾。循环冷却水系统的使用，是工业用水节水的主要趋势，广泛应用于各个现代化工业生产中，如工业循环水、电厂、加热炉、中央空调系统等等；但循环冷却水系统存在腐蚀、结垢和微生物黏泥等严重问题。随着循环水的重复利用，浓缩倍数的增加，会加剧管道内部结垢、设备腐蚀和微生物繁殖。结垢会导致管道阻塞，降低设备功效；腐蚀则导致设备穿孔，影响设备正常运行，严重的还会导致爆炸事故，造成安全隐患；微生物繁殖带来大量的微生物粘泥，堵塞冷却水管道，降低热交换系数，引起严重的设备腐蚀。这不仅仅缩短了设备的使用寿命，大大增加生产成本，严重时会导致整个生产线被迫停产，造成巨大的经济损失。循环冷却水系统中腐蚀、结垢和微生物黏泥等严重问题亟待解决。

传统的循环冷却水处理方法大多采用加酸或水质稳定剂等化学法，这些处理法所需设备投资大，且存在一定的缺陷，如管理不善容易造成管道腐蚀、给环境带来二次污染染等问题。循环冷却水处理的物理法有磁化法、静电法、超声法、电解法等几种，相对于化学法，物理法循环冷却水处理技术无需加药，无需专人管理，无污染，低能耗。然而，磁化法使用永久磁铁无需通电，但时间久了容易退磁，使用寿命不长，使用电磁铁却需要较大的电流，导致线圈发热，不能连续工作，且耗能较大；静电法利用3500V以上高压静电处理循环冷却水，同样具有防垢除垢、防腐阻锈的作用，同时还具有杀菌灭藻功能，但其缺点是绝缘材料在水中易老化，设备常需检修，而且高压电容易对其他控制设备产生影响。这些传统的水处理法在不同程度和层面上存在一定的缺陷，因此需要开发更加完善的水处理设备以满足循环冷却水处理的要求。

为了弥补以上技术的不足，人们成功研制出了最新的，具有环保、能耗低、效率高等优势的水处理技术。新一代电化学电解水处理技术：由一根金属阳极和圆筒阴极构成，在10-20V的直流电作用下形成电场，以达到良好的水处理效果。该技术对除垢防腐蚀有一定效果，但是，阴极极易被水垢覆盖，导致水处理效率降低、甚至完全失效的问题。另一种水处理技术-光催化技术，因其良好的杀菌灭藻性能，被广泛应用于水处理领域。然而，光催 化水处理技术不具备阻垢除垢的性能，因而在循环冷却水处理中的应用并不突出。

发明内容

为解决各水处理技术综合性能不高，水处理设备因长期使用而失效，以及循环冷却水系统腐蚀、结垢和微生物滋生等严重问题，本发明提供了一种电化学／光催化循环冷却水处理设备。

本发明的技术方案是：将先进的电化学除垢防腐蚀技术与光催化杀菌灭藻技术进行有机整合，开发一套电化学／光催化循环冷却水处理设备，由于采用了电化学与光催化技术，无需向水中投加药剂，水质净化效率高，无二次污染，易于控制。电化学电解设备对循环冷却水系统中的水垢具有优良的去除效果，在除垢的同时也能保护管道不被腐蚀；光催化水处理设备具有良好的杀菌灭藻性能，对循环冷却水处理率可达99％以上。

本电化学／光催化循环冷却水处理设备，其中的电解装置与高频脉冲电源高度匹配，可完成电解系统电源输出的精确控制。循环冷却水在通过电解槽时，从槽体下方的进水孔流入，并由槽体上方的出水孔流出，进水方式为“多孔进多孔出”。

本发明中电解设备的电极模块由若干阴阳极板等距相间组成，其中阳极为钛板，阴极为不锈钢板。通过电源控制器切换阴阳极的极性，在低电流密度下(保证不锈钢不溶解)，在短时间内完成阴极表面垢的清洗，切换电极自动除垢是该设备的重要创新部分。

本发明中的光催化水处理装置，采用方形箱体，打破了传统的圆筒式结构(紫外灯管外环绕筒型光催化材料)，可以延长循环冷却水光催化处理时间，更好的配合高效、快速的电解水处理过程。选用自主研发的三维金属网状结构光催化材料，其比表面积大，光催化性能强。箱体顶部安装了急流喷头，在装置清洗时，在短时间内即可完成光催化设备的清洗工作。

本发明的技术的有益效果是：

将电化学除垢防腐技术与光催化杀菌灭藻技术进行结合，开发出高效、环保、低运行成本的电化学／光催化循环冷却水处理设备，克服了现有电解水处理设备因阴极结垢而失效和光催化水处理技术效率低的问题，实现循环冷却水处理过程中的化学试剂零添加，解决设备管道结垢、腐蚀及微生物藻类粘泥问题。

(1)利用电化学电解技术和高性能光催化技术，有效结合两种水处理技术的优势，能够实现对循环冷却水的综合处理，解决循环冷却水系统中因冷却水浓缩倍数高而引起的腐蚀、结垢和微生物滋生等严重问题。

(2)采用先进的自清洗技术：切换电极自清洗，能够有效解决电解装置因阴极表面被大量水 垢覆盖而导致水处理效率降低的问题，同时延长了设备的使用寿命；打开光催化水处理箱顶部的急流水洗喷头，急速水流喷淋到光催化网和紫外灯的表面，可去除表面污渍等物质。

附图说明

图1本发明设备安装示意图。

图2本发明水处理系统流程图。

图3本发明电化学/光催化循环冷却水处理设备整体装配图。1水泵，2过滤器，3电化学电解装置，4光催化水处理装置，5设备支架，6电解装置控制系统，7光催化装置控制系统。

图4本发明电化学/光催化循环冷却水处理设备正视视图。左视图(左上)，右视图(右上)，正视图(下)；21进水管，31光催化设备与电化学设备连接管，311电解槽排泥/水孔，41出水管，411光催化槽排泥/水孔。

图5本设备发明的电化学电解水处理装置部分的结构图。电解水处理装置模型(左上)；电解水处理装置拆分图(右)；3电解水处理装置，32电解槽，321进水孔，322出水孔，323排水/泥孔，33电解电极模块，34电解槽盖。

图6本设备发明的光催化水处理装置部分的结构图。光催化水处理装置模型(左上)；光催化装置拆分图(右)。4光催化水处理装置，42光催化槽，421进水孔，422出水孔，423排水/泥孔，43横向光催化网，44纵向光催化网，45箱盖，46紫外灯管，47急流水洗输水管。

具体实施方式

以下针对本发明的实施方式，结合附图对本装置进行进一步说明。

本实施例的电化学／光催化循环冷却水处理设备安装在循环冷却系统的旁路中，如图1所示：冷却塔内的循环冷却水经过滤器过滤后进入水处理设备，经过处理后又从水处理设备流出，再次回到冷却塔，从而可对循环冷却水进行循环处理。图2所示为水处理系统的流程图，整个水处理过程是在密封的装置内进行，其中电化学处理过后的循环冷却水直接进入光催化水处理装置，能够提高水处理的效率。

本实施例的电化学／光催化循环冷却水处理设备，如图3所示，其主要组成包括：1水泵，2过滤器，3电化学电解水处理反应器，4光催化水处理反应器，5设备支架，6电解反应器控制箱，7光催化反应器控制箱。循环冷却水经水泵1从冷却塔输送到过滤器2进行过滤处理，过滤器的做用是为后续水处理过程提供可处理的水源，防止因大颗粒物堵塞管道等。过滤后的水直接流入3进行电化学电解处理。电解水处理采用恒电流法，通过电源控制器调节工作电流，电解去除水中易结垢离子，从而对冷却系统起到阻垢除垢的效果。水从电解反应器3流出的水进入光催化箱4进行杀菌灭藻处理。光催化水处理时，打开紫外灯，经处理后的水从4回流至冷却塔。电解反应器控制箱6包括高频电源控制器，能够为电解系统提供稳定的直流电，同时，在电解设备自清洗的过程中能够切换电极极性，在低电流密度下短时间内完成自清洗操作。光催化反应器控制箱7包括紫外灯控制开关以及急流水洗控制器，能够实现对光催化反应器的便捷操作，在自清洗过程中，关闭紫外灯，打开急流喷头即可进行清洗过程。图4为本例水处理设备的三视图。

本例电化学中的电解装置3，如图5所示，其中包括：32电解槽，321电解槽进水孔，322电解槽出水孔，323电解槽排泥／水孔，33电解电极模块，34电解槽盖。除电 极模块外，本例中电解装置所用材料皆为绝缘材料，各连接处设有防漏密封圈。进水孔321位于槽体下部，出水孔322位于槽体上部，采用多孔进多孔出的进出水方式，促进循环冷却水合理流通。电解电极模块33由若干对竖直平行相对的阴、阳极板组成，阳极和阴极分别与高频电源的正负极相连。在电解水处理过程中，阴极表面易被电解析出的碳酸钙等垢覆盖，长时间积累会降低电解效率。本发明的电解设备自清技术，改变阴阳极极性时，在低电流密度下可以进行阴极表面的清垢处理。自清洗过程中，先将进出水孔321和322关闭，然后切换电极，调节电流及通电时间。自清洗结束后打开电解槽底部的排水／泥阀323，将污水和淤泥排出电解槽，恢复电解水处理效率。

循环冷却水从电解槽出水孔322直接通入光催化装置中进行杀菌灭藻处理。

本例的光催化水处理装置4，如图6所示，其包括：42光催化反应箱，421进水孔、422出水孔、423排泥／水孔、43／44光催化材料，45光催化箱盖，46紫外灯，47急流水洗喷头。箱体与箱盖连接处设有防漏密封圈，光催化设备反应箱42，其材料表面平整光滑，具有很好的反光性，本例中选用不锈钢。光催化材料43(44)是自主研发，其三维泡沫金属网状结构，保证良好的流体通透性，大幅扩大和紫外线、流体的接触面积，具有极高的光催化效率。光催化网的安装方式采用“纵横交错”式，使得光催化网与紫外灯形成多个独立的反应腔，提高了水处理效率。从电解槽中流出的水经光催化箱体下端的进水口421流入光催化反应箱，并由光催化处理后从箱体上部的出水口422回流进冷却水塔。在光催化装置的清洗过程中，首先关闭紫外灯46和进出水阀门，打开箱体底部的排水阀423，将箱体内的水排出，反应箱内的水放干后关闭排水阀。然后打开急流水洗喷头47，开始水洗。急流喷头均匀覆盖箱体内部，喷头出水流速极快，水溅到紫外灯和光催化网表面，迅速将附着在灯管和光催化网上的污渍去除。最后，水洗后关闭急流水洗喷头47，打开箱体底部的排污孔，将污水排出。这样既能完成水洗过程，恢复光催化效率。

设备工作时，电化学电解水处理装置与光催化水处理装置同时进行工作，电解阻垢除垢与光催化杀菌灭藻协同进行，能够充分利用各自的水处理优势，同时将水处理过程中产生的羟基自由基等强氧化活性物质进行重复利用，最终获得良好的水处理性能。本实施案例最终达到以下效果：采用电化学／光催化循环冷却水处理设备对循环冷却水进行处理，杀菌率达到99.99％，钙离子去除率和COD的降解率分别为65.90％，63.14％。有效解决了因循环冷却水中含钙离子，COD，微生物浓度过高而导致的循环冷却水系统的腐蚀、结垢和滋生微生物等严重问题。

除本例外，本发明还可以有其他的实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技 术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：包括电化学电解水处理装置(3)、光催化水处理装置(4)两大部分；所述电化学电解水处理装置包括：水泵(1)、过滤器(2)、电解电源控制器(6)、电解槽进水孔(321)、电解槽(32)、电解电极模块(33)，所述电解电极模块(33)包括阴极板、阳极板、电极模块架，电解槽出水孔(322)、电解槽排水/泥孔(323)，电解电源控制器能够切换阴阳极板的极性，实现电极模块自清洗；所述光催化水处理装置包括：光催化反应箱进水孔(421)、光催化反应箱(42)、急流水洗喷头(47)、光催化网(43/44)、紫外灯(46)、光催化网和紫外灯的固定架、光催化反应箱出水孔(422)、光催化反应箱排水/泥孔(423)，光催化网之间相互交叉，并与紫外灯组成多个独立的光催化反应腔，同时，箱盖处安装的急流水洗喷头(47)能够对光催化装置进行清洗；所述的光催化网(43/44)是三维泡沫金属网状结构。

2.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：水泵(1)为水处理设备提供动力支持，使循环冷却水能够在电解设备中流通顺畅。

3.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：所述电解电源控制器(6)提供的高频直流脉冲电源为电化学电解装置提供可调的稳定电流，在电极模块自洗时可以切换输出极性。

4.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：所述电解电极模块(33)的阳极为钛板；阴极是不锈钢板，其尺寸与阳极相同；一定数量的、竖直平行的阴阳极板以某一固定间距安装在电极模块内。

5.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：所述电解槽(32)选用绝缘材料，各连接设计防漏密封圈；电解槽进水孔(321)在下，电解槽出水孔(322)在上，采用“多孔进多孔出”的进出水方式。

6.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，所述电解电极模块(33)具有切换电极自动除垢的功能，其特征在于：切换电极后，阴阳极的极性对调，在低电流密度下，短时间内就能去除阴极表面垢，在电极模块自清洗结束后将电解槽底部的电解槽排水/泥孔(323)打开，进行排污。

7.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：所述光催化反应箱(42)的箱体内表面平整光滑；反光性能好；光催化反应箱进水孔(421)偏下，光催化反应箱出水孔(422)偏上；各连接处同样设有防漏密封圈。

8.根据权利要求1所述的电化学/光催化循环冷却水处理设备，其特征在于：所述急流水洗喷头(47)出水流速快，覆盖面广，能够对光催化网(43/44)及紫外灯(46)表面的污渍进行清洗。