CN107244772A - 空气冲刷脱垢的电化学软化水方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法与系统。该系统由电化学反应器和沉淀池串联而成。采用两个步骤交替操作；水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用直流电促进水电解，分别生成CaCO3和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；阴极脱垢阶段：向电化学反应器同时通入水和压缩空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢处理；在脱垢的同时，借助电化学反应器中连续流动的水流，使得被脱除的沉淀排出电化学反应器。电化学反应器出水经过沉淀池，水与悬浮固体在沉淀池得到分离，出水通过沉淀池出水阀排出。本发明适用于电力，石油，暖通等行业工业循环水的软化以及电镀漂洗等含重金属离子废水的净化。

Description

空气冲刷脱垢的电化学软化水方法与系统
技术领域
本发明涉及电化学软化水方法与系统，尤其是涉及一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法与系统。
背景技术
电力、石油化工、钢铁制造行业蒸发冷却过程当中产生的循环冷的处理均涉及到软化。目前国内外软化的传统方法有化学药剂投加法，反渗透法等。这些方法各具特点。与传统的方法相比，电化学软化法具备环境友好、处理效率高、适用范围广等优点，因此在高硬度废水处理中具有良好的工业化应用前景。
电化学软化法虽具有上述众多优点，但在阴极脱垢方面，仍存在一些缺陷。目前国内外常用的脱垢方法有机械脱垢法、酸洗脱垢法与电极倒极脱垢法。机械脱垢法操作简便，目前应用最广，但机械刮板在阴阳极之间的安装不可避免地增加了电极之间的间距，这既增加能耗，又因阴极总面积受限而影响硬度去除效率。此外，经长时期使用后，机械脱垢效率会明显下降。酸洗脱垢法虽脱垢效率高，但需要消耗化学药剂，而且酸洗过程中会产生酸性废水。电极倒极脱垢法的脱垢效率也较高，但频繁倒极后，电极寿命会显著缩短。以上脱垢方法的明显缺陷严重制约了电化学软化法的推广应用。
发明内容
为了克服背景技术中脱垢所存在的问题，本发明的目的在于提供一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法与系统，以实现对电化学软化装置的高效脱垢。软化水阶段，电化学反应去除硬度离子并以沉淀形式吸附于阴极上；脱垢阶段，利用空气冲刷对阴极进行原位脱垢处理。
本发明采用的技术方案是：
一、一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法：
该方法的系统由电化学反应器和沉淀池串联而成；电化学反应器内依次垂直安装两块或者多块相间排列的阴、阳电极，采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极表面产生大量OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；
2)阴极脱垢阶段：向电化学反应器同时通入水和压缩空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢处理；在脱垢的同时，借助电化学反应器中连续流动的水流，使得被脱除的沉淀排出电化学反应器。电化学反应器出水经过沉淀池，水与悬浮固体在沉淀池得到分离，出水通过沉淀池出水阀排出。
所述阴极脱垢阶段，采用空气冲刷方式脱垢。
二、一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法的系统：
该系统由电化学反应器和沉淀池串联而成；其中：
电化学反应器：为左侧底部开有原水进水口、右侧上部开有电化学反应器出水口和右侧底部进气口的绝缘槽；阳极与阴极相间排列并垂直固定于绝缘槽内；各阳极互相连接，各阴极也互相连接；阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连；原水进水口经原水进水阀与原水进水泵连接；电化学反应器出水口经电化学反应器出水阀与沉淀池进水口相连；开有进气孔的进气管的一端从进气口装入绝缘槽内，进气管的另一端经进气阀与气泵连接；
沉淀池：为左侧中部开有沉淀池进水口和右侧上部开有沉淀池出水口的沉淀池外壳；沉淀池进水口与电化学反应器出水阀出水口相连；沉淀池出水口与沉淀池出水阀相连。
所述阳极和阴极相间排列，电极间距为2～10mm。
所述阳极与阴极均具有凸出打孔部分，凸出打孔部分与接线通过螺母固定方式连接，最终与直流电源相连。
所述阴极采用镜面耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
本发明具有的有益效果是：
1)装置结构显著简化，运行管理更简便。
2)阴极有效面积显著增加，除垢效率大幅提高。
3)电极间显著缩短，能耗大幅下降。
本发明适用于电力，石油，暖通等行业工业循环水的软化以及电镀漂洗等含重金属离子废水的净化。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
图2是图1电化学反应器的A-A剖视图。
图3是图1电化学反应器的B-B剖视图。
图中：1、直流电源，2、阳极，3、阴极，4、电化学反应器，5、绝缘槽，6、原水进水泵，7、原水进水阀，8、原水进水口，9、进气孔，10、进气管，11、进气口，12、进气阀，13、气泵，14、电化学反应器出水口，15、电化学反应器出水阀，16、阴极接线，17、阳极接线，18、沉淀池进水口，19、沉淀池，20、沉淀池外壳，21、沉淀池出水口，22、沉淀池出水阀。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明
如图1、图2、图3所示，本发明的系统由电化学反应器4和沉淀池19串联而成；其中：
电化学反应器4：为左侧底部开有原水进水口8、右侧上部开有电化学反应器出水口14和右侧底部进气口11的绝缘槽5；阳极2与阴极3相间排列并垂直固定于绝缘槽5内；各阳极2用阳极接线17互相连接，各阴极3用阴极接线16也互相连接；阳极2与直流电源1正极相连，阴极3与直流电源1负极相连；原水进水口8经原水进水阀7与原水进水泵6连接；电化学反应器出水口14经电化学反应器出水阀15与沉淀池进水口18相连；开有进气孔9的进气管10的一端从进气口11装入绝缘槽5内，进气管10的另一端经进气阀12与气泵13连接；
沉淀池19：为左侧中部开有沉淀池进水口18和右侧上部开有沉淀池出水口21的沉淀池外壳20；沉淀池进水口18与电化学反应器出水阀15出水口相连；沉淀池出水口21与沉淀池出水阀22相连。
所述阳极2和阴极3相间排列，电极间距为2～10mm。
所述阳极2与阴极3均具有凸出打孔部分，凸出打孔部分与接线通过螺母固定方式连接，最终与直流电源1相连。
所述阴极3采用镜面耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
本发明处理及再生过程为采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)进行硬水软化处理时：关闭进气阀12，打开原水进水阀7、电化学反应器出水阀15和沉淀池出水阀22；打开原水进水泵6将硬水通过原水进水阀7从原水进水口8输入电化学反应器4，自下而上通过电化学反应器4；同时打开直流电源1，对电化学反应器4施加直流电，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极3表面产生大量OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；处理过程中，两个电极产生的气体依靠自身浮力从电化学反应器4顶部排出；
2)进行阴极脱垢时：关闭直流电源1，打开原水进水阀7、进气阀12、电化学反应器出水阀15和沉淀池出水阀22；打开原水进水泵6将硬水通过原水进水阀7从原水进水口8输入电化学反应器4，同时打开气泵13将压缩空气通过进气阀12从进气口11鼓入进气管10，空气通过进气管10内的进气孔9均匀分布于电化学反应器4内，水与空气混合自下而上通过电化学反应器4，利用气泡破裂产生的巨大剪切力，对阴极进行脱垢处理；脱垢过程中，气泡依靠自身浮力从电化学反应器4顶部排出；脱除的沉淀从阴极表面转移至水相，而被电化学反应器4中连续流动的水流带出。
在两个阶段中，电化学反应器出水均从电化学反应器出水口14排出，经电化学反应器出水阀15流入沉淀池19，水与悬浮固体在沉淀池19得到分离，出水通过沉淀池出水阀22排出系统。
实施例：
硬度约为350mg/L的工业循环水采用本发明系统进行处理。系统采用一块DSA板状阳极和一块镜面不锈钢板状阴极，电极的尺寸均为21x7x2 cm，两电极之间的净间距为5mm，反应器容积为100mL。操作条件如下：电流密度100A/m2；平均电压7V；软化阶段处理水流速度10L/h；软化阶段处理历时12h；脱垢阶段水流速度10L/h；脱垢阶段气流速度45L/min；脱垢阶段时间5min。运行结果如下：处理出水总硬度离子平均去除率为13.7 %，沉积速率为12g/h/m2，能耗20 kWh/kg CaCO3。

Claims (6)

1.一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法，其特征在于：该方法的系统由电化学反应器和沉淀池串联而成；电化学反应器内依次垂直安装两块或者多块相间排列的阴、阳电极，采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极表面产生大量OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；
2)阴极脱垢阶段：向电化学反应器同时通入水和压缩空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢处理；在脱垢的同时，借助电化学反应器中连续流动的水流，使得被脱除的沉淀排出电化学反应器，电化学反应器出水经过沉淀池，水与悬浮固体在沉淀池得到分离，出水通过沉淀池出水阀排出。
2.根据权利要求1所述的一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法，其特征在于：所述阴极脱垢阶段，采用空气冲刷方式脱垢。
3.用于权利要求1所述的一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法的系统，其特征在于：该系统由电化学反应器（4）和沉淀池（19）串联而成；其中：
电化学反应器（4）：为左侧底部开有原水进水口（8）、右侧上部开有电化学反应器出水口（14）和右侧底部进气口（11）的绝缘槽（5）；阳极（2）与阴极（3）相间排列并垂直固定于绝缘槽（5）内；各阳极（2）互相连接，各阴极（3）也互相连接；阳极（2）与直流电源（1）正极相连，阴极（3）与直流电源（1）负极相连；原水进水口（8）经原水进水阀（7）与原水进水泵（6）连接；电化学反应器出水口（14）经电化学反应器出水阀（15）与沉淀池进水口（18）相连；开有进气孔（9）的进气管（10）的一端从进气口（11）装入绝缘槽（5）内，进气管（10）的另一端经进气阀（12）与气泵（13）连接；
沉淀池（19）：为左侧中部开有沉淀池进水口（18）和右侧上部开有沉淀池出水口（21）的沉淀池外壳（20）；沉淀池进水口（18）与电化学反应器出水阀（15）出水口相连；沉淀池出水口（21）与沉淀池出水阀（22）相连。
4.根据权利要求3所述的一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法的系统，其特征在于：所述阳极（2）和阴极（3）相间排列，电极间距为2～10mm。
5.根据权利要求3所述的一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法的系统，其特征在于：所述阳极（2）与阴极（3）均具有凸出打孔部分，凸出打孔部分与接线通过螺母固定方式连接，最终与直流电源（1）相连。
6.根据权利要求3所述的一种空气冲刷脱垢的电化学软化水方法的系统，其特征在于：所述阴极（3）采用镜面耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
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