CN105060416A - 矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电化学工业循环冷却水处理、浓盐水、污水处理领域，具体为一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备。解决了目前电化学水处理过程中结垢、有害物质处理效果不够明显、不能回收利用的技术问题。一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，包括呈长方体结构且上端口设有上顶盖的缸体；缸体侧壁的下部开有进水口；缸体侧壁上部开有出水口，缸体的底部通过阀门连接有排水口；缸体内部一对平行的侧壁上分别连接有多个规格相同的阴极板，上顶盖的下表面竖直固定有多个阳极，所述阳极均由上而下伸入对应的矩形腔室中。本发明采用多对阴极板和阳极相配合进行水处理，水与电极接触面积大，去污能力强；空心离子膜设计使得处理效果更佳。
Description
技术领域
本发明涉及电化学工业循环冷却水处理、污水处理领域，具体为一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备。
背景技术
目前用于工业循环冷却水处理、浓盐水、污水处理的电化学方法一般是通过阴阳两电极对工业循环冷却水、污水进行电解处理，在外加电流作用下：方法1、牺牲阳极法：如电解法使阳极（阳极采用Fe、Al）在电解时产生大量的阳离子（如Fe离子、Al离子等），与氢氧根离子结合生成的Fe（OH）2具有絮凝、吸附和沉淀的作用，能够对被处理水中的众多杂物进行絮凝、吸附、沉淀去除。方法2、电化学阴极保护法：阳极采用贵金属涂层，阻止阳极牺牲，通过电解产生的化学反应，使被处理的水中需要去除的物质在专用阴极吸附、结垢析出（比如碳酸盐、重金属），通过刮垢使其从阴极脱落，再通过反冲洗方法把需要去除的物质排出运行系统。
目前常用的电化学法去除含重金属水中的重金属离子的处理设备和去除水中结垢物质的水处理设备，由于电极与被处理水接触面积较小，而且由于单纯依靠电极对有害物质进行处理，水中的有毒有害物质去除效果不明显，不能达到回收、回用或者排放的标准，因此需要一种去除能力强的水处理设备。阴极在水处理过程中会吸附大量的重金属及其它物质，处理结束后需要清理，目前多采用人工刮掉，费时费力，因此需要一种能够快速清理阴极所吸附杂质的装置。
发明内容
本发明为解决目前电化学水处理过程中结垢物质和有毒有害物质处理效果不够明显、浓盐水处理后不能回收利用以及阴极上的被吸附物质清理较为困难的技术问题，提供一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，包括呈长方体结构且上端口设有上顶盖的缸体；缸体侧壁的下部开有进水口；缸体侧壁上部开有出水口，缸体的底部通过阀门连接有排水口；缸体内部一对平行的侧壁上分别连接有竖直设置且与这一对侧壁垂直的多个规格相同的阴极板，两个侧壁上的阴极板一一对应且相互之间有间隔；位于同一侧壁上相邻的阴极板之间形成一端开口的矩形腔室；与不设阴极板的缸体侧壁最靠近的阴极板与该缸体侧壁之间也形成一端开口的矩形腔室；两个侧壁上的矩形腔室一一对应；所述上顶盖的上表面固定有多个与矩形腔室一一对应的阳极座，上顶盖的下表面竖直固定有多个与阳极座相连接的阳极，所述阳极均由上而下伸入一一对应的矩形腔室中；缸体内的每个矩形腔室内均竖直设有一个套设在阳极外侧的空心离子膜；所述上顶盖上开有排气收集口。
待处理水由缸体下部的进水口进入缸体内部，并逐渐充满缸体，缸体内的每个矩形腔室中均设有一个阳极，将阳极座连接电源正极，缸体的外壳连接电源负极，缸体的外壳与阴极板相连接，相当于每个阳极均配有三个阴极板，这样阴阳极通过电流的作用，开始对被处理水中的结垢物质、重金属离子、氯离子进行电化学电解、吸附处理。结垢物质和重金属离子被吸附在阴极上，形成结垢物质和重金属物质在阴极析出，氯离子在阳极以氯气的形式析出。阴极板设有多个，形成多个矩形腔室作为反应腔，被处理水在每个反应腔室内部反应，增加了被处理水与阴极的接触时间，相当于对水流产生了一定的阻挡，进入矩形腔室的水与阴极板作用时间延长，扩大了阴极板与被处理水的接触面积，极大的增强了处理、吸附的功能，除污效果更好。所述两个侧壁上的阴极板一一对应且相互之间有间隔，以及两个侧壁上的矩形腔室一一对应，是指位于两个侧壁上的阴极板数量相同，位置都一一对齐组成一对，形成的矩形腔室也一一对齐组成一对；吸附结束后，阴极板表面的结垢物质和重金属物质以及碳酸盐可通过刀片刮落，结垢物质和重金属物质以及碳酸盐向下落至缸体底部，并反冲洗经底部的排水口排出。被处理的水经过出水口排出循环利用。阴极板相互之间不接触，也就是缸体的中心部位留有较大的腔室，这样需要处理的水能够充满整个缸体。
空心离子膜的作用：1、在电化学设备内部阴极周围形成阳离子富集，阳极周围形成阴离子富集。2、形成并且增强阴极周围形成强碱环境、阳极周围形成强酸环境，去除阳离子、阴离子效果明显提高。电化学设备内处于离子状态的钠离子、钙离子、镁离子等可以通过离子膜渗透到阴极板，在阴极板析出，达到更彻底的去除阳离子的目的。可以根据被处理水质或者处理目的的要求选择离子膜的种类比如阳离子膜、阴离子膜、阴阳离子复合膜；1、阳离子交换膜（简称阳膜）膜体中含有酸性活性基团，它能选择性透过阳离子而不让阴离子透过。2、阴离子交换膜（简称阴膜），膜体中含有碱性活性基团，它能选择性透过阴离子而不让阳离子透过。3、特种膜，它包括由阳、阴离子活性基团在一张膜内均匀分布的两性离子交换膜，带正电荷的膜与带负电荷的膜两张贴在一起的复合离子交换膜（亦称双极性膜））电化学设备内的氯离子则通过离子膜到达阳极，通过电化学作用使氯离子形成氯气，在设备上端的排气收集口排出，排气收集口通过软管连接盛有蒸馏水的容器，排出的氯气溶于水即是盐酸，实现了废水、废气的再利用。
进一步的，还包括阴极除污装置；所述阴极除污装置包括水平设置在缸体内的外部轮廓呈长方形的刮刀板以及设在上顶盖上方的动力系统；所述动力系统包括做上下往复运动的驱动装置；所述刮刀板上开有多个平行排列的矩形开口；每个矩形开口均与缸体内一对相互对应的矩形腔室相配合；相邻的矩形开口之间的刮刀板板体上开有一对刮刀口，所述一对刮刀口分别与相邻两个矩形开口所对应的两对矩形腔室之间的一对阴极板相对应，刮刀口两侧相邻的矩形开口的侧边均开有与对应阴极板相配的刀刃，刮刀口内侧边也开有刀刃；相邻矩形开口均通过中部相连接，连接位置与位于两个侧壁上且一一对应的阴极板之间的间隔相对应；刮刀板周圈边缘也开有与缸体内壁相配的刀刃；位于刮刀板的中心竖直连接有连杆，连杆穿出上顶盖与驱动装置的输出端相连接；所述刮刀板上的矩形开口可以由空心离子膜外围穿过实现上下运动。
阴极板吸附结束后，开启驱动装置带动刮刀板上下运动，将阴极板表面以及缸体内壁上的吸附、结垢物刮掉，被刮掉的吸附、结垢物落入缸体的底部，打开排水口通过反冲洗将吸附、结垢物以及其它杂物排出缸体。相邻的矩形开口之间的刮刀板板体上开有一对刮刀口，所述一对刮刀口分别与相邻两个矩形开口所对应的两对矩形腔室之间的一对阴极板相对应，相当于相邻矩形开口之间留有间隙形成一对刮刀口，刮刀口的两侧即是相邻矩形开口的侧边；由于一个矩形开口对应两个成对的矩形腔室，那么相邻的矩形开口就对应四个矩形腔室，四个矩形腔室两两成对，之间有两个阴极板；刮刀口两侧相邻的矩形开口的侧边均开有与对应阴极板相配的刀刃是指刮刀口两侧的刀刃能够刮除阴极板上的结垢物，同时又不会对阴极板产生损害；刮刀口的内侧边与阴极板不与缸体内壁连接的一端相配合，用于刮除阴极板该部位的水垢；所述刮刀板周圈的刀刃与缸体的内壁相配，也是指所述刀刃可以将缸体内壁上的吸附、结垢物刮掉，同时不会损坏内壁表面。每个矩形开口与一对矩形腔室相配合，可以保证刮刀板可以在缸体内上下运动，能够将阴极板和缸体内壁的结垢物清除干净，同时不会与阴极板和阳极发生相互干涉。该结构与现有的转动式的除垢装置结构相比，结构非常简单巧妙，运动方式简单（上下往复运动），稳定性高，结实耐用，生产制造工艺也大为简化。
本发明所述的电化学水处理设备采用多对阴极板和阳极相配合进行水处理，通过多腔室的设计，使水与电极接触面积大，接触时间长，去污能力强；阴极除污装置的设计实现了阴极吸附、结垢物的自动化清理，极大的提高了工作效率。离子膜的使用使得污水中的钙、镁、氯等离子去除的更加彻底，并达到回收利用的目的。整个装置结构简单，制造方便，成本低廉。
附图说明
图1本发明所述缸体的内部结构示意图。
图2本发明所述上顶盖的上表面结构示意图。
图3本发明所述上顶盖与缸体的装配结构示意图。
图4本发明所述刮刀板的结构示意图。
图5本发明所述缸体的横截面结构示意图。
图6本发明的外部结构示意图。
图7上顶盖的主视结构示意图。
1-阴极板，2-阀门，3-进水口，4-出水口，5-排水口，6-阳极座，7-驱动装置，8-螺栓，9-空心离子膜，10-排气收集口，11-缸体，12-上顶盖，13-阳极，14-刮刀板，15-矩形开口，16-刮刀口。
具体实施方式
一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，包括呈长方体结构且上端口设有上顶盖12的缸体11；缸体11侧壁的下部开有进水口3；缸体11侧壁上部开有出水口4，缸体11的底部通过阀门2连接有排水口5；缸体11内部一对平行的侧壁上分别连接有竖直设置且与这一对侧壁垂直的多个规格相同的阴极板1，两个侧壁上的阴极板1一一对应且相互之间有间隔；位于同一侧壁上相邻的阴极板1之间形成一端开口的矩形腔室；与不设阴极板1的缸体侧壁最靠近的阴极板1与该缸体侧壁之间也形成一端开口的矩形腔室；两个侧壁上的矩形腔室一一对应；所述上顶盖12的上表面固定有多个与矩形腔室一一对应的阳极座6，上顶盖12的下表面竖直固定有多个与阳极座6相连接的阳极13，所述阳极13均由上而下伸入一一对应的矩形腔室中；缸体11内的每个矩形腔室内均竖直设有一个套设在阳极13外侧的空心离子膜9；所述上顶盖12上开有排气收集口10。空心离子膜9上端口可以固定在上顶盖12的下方。
还包括阴极除污装置；所述阴极除污装置包括水平设置在缸体11内的外部轮廓呈长方形的刮刀板14以及设在上顶盖12上方的动力系统；所述动力系统包括做上下往复运动的驱动装置7；所述刮刀板14上开有多个平行排列的矩形开口15；每个矩形开口15均与缸体11内一对相互对应的矩形腔室相配合；相邻的矩形开口15之间的刮刀板14板体上开有一对刮刀口16，所述一对刮刀口16分别与相邻两个矩形开口15所对应的两对矩形腔室之间的一对阴极板1相对应，刮刀口16两侧相邻的矩形开口15的侧边均开有与对应阴极板1相配的刀刃，刮刀口16的内侧边也开有刀刃（与阴极板不和缸体内壁连接的一端相对应）；相邻矩形开口15均通过中部相连接，连接位置与位于两个侧壁上且一一对应的阴极板1之间的间隔相对应；刮刀板14周圈边缘也开有与缸体11内壁相配的刀刃；位于刮刀板14的中心竖直连接有连杆，连杆穿出上顶盖12与驱动装置7的输出端相连接；所述刮刀板14上的矩形开口15可以由空心离子膜9外围穿过实现上下运动。
如图4所示，刮刀板外部轮廓大体呈长方形，长方形上开有多个平行排列的矩形开口，矩形开口的中部之间相连接，连接位置与阴极板之间的间隔对应，以防止上下运动时与阴极板1之间发生干涉；相邻阴极板1之间开有一对刮刀口16，阴极板1的侧边即作为刮刀口的刀刃；一个矩形开口与一对矩形腔室相对应，相邻矩形腔室之间的刮刀口与一对阴极板相对应。连杆可以连接在位于中心的矩形开口的中部的两个侧边上，包括倾斜设置的一对支杆，支杆在刮刀板上方相交后成一直杆并连接至驱动装置的输出端。
驱动装置7可以采用液压装置以实现连杆的往复运动；或者采用往复式空压装置对连杆进行驱动。或者采用往复式空压机对连杆进行驱动。连杆的往复运动可以采用多种结构和方式实现，这是本领域技术人员采用现有公知常识就可以实现的。
空心离子膜横截面小于矩形开口，相互之间不会发生干涉。
缸体11的下部呈向下收缩的漏斗状，所述进水口3位于漏斗状结构的上方且靠近漏斗状结构设置，所述阀门2及排水口5设在漏斗状缸体的最下端。漏斗状的结构有利于结垢物的下落以及排出，如图1、3所示。
空心离子膜9为上下开口的方桶型。
上顶盖12通过螺栓8固定在缸体11的顶端端沿上。
进水口3与出水口4分别位于缸体11设有阴极板的两个侧壁上。相当于进水口3和出水口4位于缸体11的两侧，这样水流可以流动更远的距离，与阴阳极的反应更加充分。
作为优选，所述阴极板1一共有4个，分列在缸体9的两个相互平行的侧壁上，阴极板平行的缸体侧壁的内壁也采用和阴极板材料相同的材质制成，或者也固定有一层阴极板；相邻阴极板1之间以及阴极板1与不设阴极板1的缸体11侧壁之间共形成六个矩形腔室，矩形腔室的宽度均相同。如图5所示。
作为优选，相邻阴极板1之间间距为60mm--130mm；位于边缘的阴极板1和相邻的缸体侧壁的间距为60mm--130mm。
Claims (9)
1.一种矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，包括呈长方体结构且上端口设有上顶盖（12）的缸体（11）；缸体（11）侧壁的下部开有进水口（3）；缸体（11）侧壁上部开有出水口（4），缸体（11）的底部通过阀门（2）连接有排水口（5）；其特征在于，缸体（11）内部一对平行的侧壁上分别连接有竖直设置且与这一对侧壁垂直的多个规格相同的阴极板（1），两个侧壁上的阴极板（1）一一对应且相互之间有间隔；位于同一侧壁上相邻的阴极板（1）之间形成一端开口的矩形腔室；与不设阴极板（1）的缸体侧壁最靠近的阴极板（1）与该缸体侧壁之间也形成一端开口的矩形腔室；两个侧壁上的矩形腔室一一对应；所述上顶盖（12）的上表面固定有多个与矩形腔室一一对应的阳极座（6），上顶盖（12）的下表面竖直固定有多个与阳极座（6）相连接的阳极（13），所述阳极（13）均由上而下伸入一一对应的矩形腔室中；缸体（11）内的每个矩形腔室内均竖直设有一个套设在阳极（13）外侧的空心离子膜（9）；所述上顶盖（12）上开有排气收集口（10）。
2.如权利要求1所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，还包括阴极除污装置；所述阴极除污装置包括水平设置在缸体（11）内的外部轮廓呈长方形的刮刀板（14）以及设在上顶盖（12）上方的动力系统；所述动力系统包括做上下往复运动的驱动装置（7）；所述刮刀板（14）上开有多个平行排列的矩形开口（15）；每个矩形开口（15）均与缸体（11）内一对相互对应的矩形腔室相配合；相邻的矩形开口（15）之间的刮刀板（14）板体上开有一对刮刀口（16），所述一对刮刀口（16）分别与相邻两个矩形开口（15）所对应的两对矩形腔室之间的一对阴极板（1）相对应，刮刀口（16）两侧相邻的矩形开口（15）的侧边均开有与对应阴极板（1）相配的刀刃，刮刀口（16）内侧边也开有刀刃；相邻矩形开口（15）均通过中部相连接，连接位置与位于两个侧壁上且一一对应的阴极板（1）之间的间隔相对应；刮刀板（14）周圈边缘也开有与缸体（11）内壁相配的刀刃；位于刮刀板（14）的中心竖直连接有连杆，连杆穿出上顶盖（12）与驱动装置（7）的输出端相连接；所述刮刀板（14）上的矩形开口（15）可以由空心离子膜（9）外围穿过实现上下运动。
3.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，缸体（11）的下部呈向下收缩的漏斗状，所述进水口（3）位于漏斗状结构的上方且靠近漏斗状结构设置，所述阀门（2）及排水口（5）设在漏斗状缸体的最下端。
4.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，空心离子膜（9）为上下开口的方桶型。
5.如权利要求3所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，空心离子膜（9）为上下开口的方桶型。
6.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，上顶盖（12）通过螺栓（8）固定在缸体（11）的顶端端沿上。
7.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，进水口（3）与出水口（4）分别位于缸体（13）设有阴极板（1）的两个侧壁上。
8.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，所述阴极板（1）一共有4个，分列在缸体（11）的两个相互平行的侧壁上，相邻阴极板（1）之间以及阴极板（1）与不设阴极板（1）的缸体（1）侧壁之间共形成六个矩形腔室，矩形腔室的宽度均相同。
9.如权利要求1或2所述的矩形多腔式除盐制备盐酸电化学水处理设备，其特征在于，相邻阴极板（1）之间间距为60mm--130mm；位于边缘的阴极板（1）和相邻的缸体侧壁的间距为60mm--130mm。
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