CN108002489A - 一种池式电化学水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种池式电化学水处理装置及方法，涉及水处理技术领域，包括凉水池本体、正极板和负极板，凉水池本体的两侧分别设有进水口和出水口，在凉水池本体的内壁处设有由绝缘板形成的绝缘壁，n+1个负极板与n个正极板交替设置在凉水池本体内侧形成多个直流平行电场，待处理水沿S形流道流经负极板与正极板；负极板与正极板的上侧均设有接线柱。本发明以凉水池的水池壁为外壳，因地制宜，利用原水池发挥新功能，不再需要处理器外壳，确保对回水和出水的全量处理，且集电气浮、电吸附、电催化氧化于一体，处理高硬、高碱、高氯离子、高电导率的四高循环水，成本低、节水多、运行寿命长、环保。

Description

一种池式电化学水处理装置及方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种池式电化学水处理装置及方法。

背景技术

新修定的法律法规《建设项目环境保护管理条例》和2018年1月1日起执行的《水污染防治法》和省级地方对电厂、造纸水污染大户下达的《零排放》指示，促使企业、缺水项目，特别是大水量、高硬度、高碱度、高氯离子的企业在多方面寻求无污染、零排放的水处理技术，现行的化学药剂法，电渗析、反渗透等都因有二次污染无法达到环保要求，因此电化学水处理技术日益受到关注，成了他们的首选。

目前，循环水电化学水处理器有两类产品，一类是管道安装的全自动和半自动电化学水处理器，另一类是1995年开始应用的水池安装的电化学水处理装置，它们的基本原理相同，但型状、结构、功能有许多不同。

全自动和半自动处理器具有以下特点：

(1)由照片可看出进水管径和出水管径小(一般为DN65-DN100)，处理水量约为循环水量的5％-8％，若10000m³/h循环水需12.5小时处理一次，因此，负极板吸附率和极间还原率都比较低，处理小水量和低硬度水能收到较好效果，但处理大水量和高硬度水效果很差；

(2)处理频率低导至电埸对水中细菌藻类的作用时间短，杀死的细菌藻类会复活，因此像化学法处理一样，需向循环水中投加杀菌灭藻剂；

(3)全自动和半自动都是旁路安装且最大只能处理循环水量的8％，例如处理15000m³/h循环水，要安装数十台，占地面积大、辅件多，投资大。

水池安装的水处理器具有以下特点：

(1)安装在水池的回水口和出水口，能对流出的水进行全量处理，若10000m³/h循环水只需0.5小时就处理一次，因此负极板吸附率和极间还原率都很高，处理5000m³/h-12000m³/h的水量能收到较好的效果；

(2)由于处理频率高，对水中细菌藻类作用次数多，杀菌灭藻率高，不需要向水中投加杀菌灭藻等化学试剂；

(3)水池安装的处理器是按水池规格定制，水池深若6m，处理器高也6m,处理5000m³/h-12000m³/h的水量要安装16台以上，体积大，需要的池面积也大、安装维护量大、投入成本也大。

综上所述，现行电化学水处理器处理流量15000m³/h以上、水硬度400mg/l以上的循环水都有技术难度

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种池式电化学水处理装置及方法，以凉水池的水池壁为外壳，内装n块正极板和n+1块负极板形成若于直流平行电埸，集电气浮、电吸附、电催化氧化于一体，处理高硬、高碱、高氯离子、高电导率循环水，成本低、节水多、运行寿命长、环保。

为实现上述目的，本发明提供了一种池式电化学水处理装置,其特征是：包括凉水池本体、正极板和负极板，凉水池本体的两侧分别设有进水口和出水口，在凉水池本体的内壁处设有由绝缘板形成的绝缘壁，n+1个负极板与n个正极板交替设置在凉水池本体内侧形成多个直流平行电场，负极板通过负极支撑架与凉水池本体连接，正极板通过正极支撑架与凉水池本体连接；在进水口与出水口之间为S形流道，待处理水沿S形流道流经负极板与正极板；负极板与正极板的上侧均设有接线柱。

所述n+1个负极板交错设置在凉水池本体内形成所述的S形流道；

最外侧的两个负极板为孔板结构，正极板为网板结构。

所述负极板包括多个负极单元板，每个负极单元板的上侧分别设有一个接线柱，负极板并联设置，每个负极板上的多个负极单元板串联设置。

所述正极板为二元、三元或四元材料。

所述正极支撑架包括正极支撑横梁、正极支撑纵梁和正极支撑底梁，正极支撑底梁横向固定在两个正极支撑纵梁之间的下端，支撑支撑横梁固定在正极支撑纵梁的上端外侧，正极支撑横梁固定在凉水池本体的侧壁上侧，在正极支撑横梁的外端还设有固定在凉水池本体外侧的正极定位爪定位部；正极板固定在正极支撑底梁的上侧。

所述正极板位于凉水池本体的中部。

所述负极支撑架包括负极支撑横梁、负极支撑纵梁和负极支撑底梁，负极支撑底梁固定在两个负极支撑纵梁之间的下端，负极支撑横梁固定在负极支撑纵梁的上端外侧，负极支撑横梁固定在凉水池本体的侧壁上侧，负极支撑横梁的外端还设有位于凉水池本体外侧的负极定位爪定位部，负极板固定在负极支撑底梁的上侧。

所述负极支撑底梁的上侧固定有多个竖向设置的夹持部，负极板包括多个沿凉水池本体宽度方向依次排列的负极单元板，负极单元板通过夹持部插接固定在负极支撑底梁的上侧。

所述夹持部包括两个间隔设置的夹持纵梁，负极单元板的侧边插入两个间隔设置的夹持纵梁之间。

一种池式电化学水处理方法，其特征是：包括以下步骤：

S1、在凉水池本体的内壁设置绝缘板形成绝缘壁；

S2、在绝缘壁的内侧交替设置多个负极板和正极板，在负极板与正极板之间形成直流平行电场，负极板与正极板通直流电后发生以下反应：

(1)电气浮反应：负极板放氢、正极板放氧，在凉水池本体中形成许多小气泡，在正极板与负极板之间自下而上形成泡沫浮出，将水中的悬浮物、部分有机物带出水体，水面上出现一层泡沫，定期对泡沫进行清理；

(2)电解水反应：H₂O→H⁺+HO^-，氢离子在负极板附近形成强碱区，促使水中的酸根CO₃ ^2-向强碱区移动形成碳酸根高浓度区；

(3)负极板还原反应：正电位离子被负极板吸附并被CO₃ ^2-还原；

(4)正极板氧化反应：氢氧根离子向正极板移动发生放电反应，产生系列强氧化剂；

(5)极间反应：处于直流平行电埸中的正、负离子，在向极性相反的极板运行时会生成盐类，使离子还原成分子；

(6)共沉淀反应：负极板吸附水合离子形成共沉淀；

(7)电催化氧化反应：负电位离子在同正极板发生的放电反应中产生氧化反应。

本发明的有益效果是：本发明通过新颖的设计，本发明以凉水池的水池壁为外壳，内装n块正极板和n+1块负极板形成若于直流平行电埸，因地制宜，利用原水池发挥新功能，不再需要处理器外壳、确保对回水和出水的全量处理，且集电气浮、电吸附、电催化氧化于一体，处理高硬、高碱、高氯离子、高电导率循环水，成本低、节水多、运行寿命长、环保。

本发明待处理水在电化学处理装置极间的流向是走S形流道，处理水量大、对水的处理频率高、作用于水的时间长，处理效果有保证。

参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明一具体实施方式的立体结构示意图。

图2是本发明的俯视图。

图3是图2中A-A处的剖视图。

图4是本发明的主视图。

图5是图4中B-B处的剖视图。

图6是图4中C-C处的剖视图。

图7是图3中D处的局部放大图。

图8是池式电化学水处理系统的示意图。

图9是凉水池的水流程示意图。

图10是台式水处理器的安装示意图。

图11为本发明中水的流动示意图。

其中：1-凉水池本体 2-负极板 3-负极支撑架 4-正极支撑架 5-正极板 6-绝缘板 7-冷却塔 8-凉水池 9-用水设备 10-台式水处理器 101-进水口 102-出水口 201-负极单元板 301-负极支撑横梁 302-负极定位爪定位部 303-负极支撑纵梁 304-负极支撑底梁 305-夹持纵梁 401-正极支撑横梁 402-正极定位爪定位部 403-正极支撑纵梁 404-正极支撑底梁。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1～3，池式电化学水处理装置包括凉水池本体1、正极板5和负极板2，凉水池本体1的两侧分别设有进水口101和出水口102，在凉水池本体1的内壁处设有由绝缘板6形成的绝缘壁，n+1个负极板2与n个正极板5交替设置在凉水池本体1内侧形成多个直流平行电场，负极板2通过负极支撑架3与凉水池本体1活动连接，正极板5通过正极支撑架4与凉水池本体1固定连接；在进水口101与出水口102之间为S形流道，待处理水沿S形流道流经负极板2与正极板5；负极板2与正极板5的上侧均设有接线柱。以凉水池的水池壁为外壳，内装n块正极板5和n+1块负极板2形成若于直流平行电埸，因地制宜，利用原水池发挥新功能，不再需要处理器外壳、确保对回水和出水的全量处理，且集电气浮、电吸附、电催化氧化于一体，处理高硬、高碱、高氯离子、高电导率循环水，成本低、节水多、运行寿命长、环保。本发明待处理水在电化学处理装置极间的流向是走S形流道，处理水量大、对水的处理频率高、作用于水的时间长，处理效果有保证。

本发明是将n+1个负极板2交错设置在凉水池本体1内形成S形流道。根据法拉弟电解定律，负极板2上吸附量同水的流速成反比，同作用时间成正比。在循环水管网中水的流速设计在1.0-1.5m/s,凉水池本体1中水的流速在0.3-0.5m/s。由于水在台式处理器中所走的流程是直线，处理器对水的作用时间约为2-3秒。如果把水流程改为S形推流式，在池式电化学水处理装置中流程和作用时间都会延长10倍以上，可大大提高水处理吸附、杀灭菌藻的效果。最外侧的两个负极板2为孔板结构，正极板5为网板结构。正极板5根据处理的水质可以为二元、三元或四元材料。

本发明在清洗维护通道(图中未示出)，清洗维护通道的长度大于凉水池本体的长短，宽度约为1.2m，有相当强度，横跨在水池左右水泥墙上，中间有支撑柱。

参见图4～7，负极板2包括多个负极单元板201，每个负极单元板201的上侧分别设有一个接线柱，负极板2并联设置，每个负极板2上的多个负极单元板201串联设置。水处理效果因子包括：极板数量、正极板5材质、正负极板2面积比、极间距离、电压电流功率，更为最重要的是电路联通方式，如果是全并联，水处理的效率为51％，而如果是串并联的联通方式，：水处理的效率为90％以上。因此本发明采用了串并联的联通方式。n块正极板5和n+1块负极板2的排列可以采用通用式、气浮式、吸附式和电催化氧化式。

负极支撑架3包括负极支撑横梁301、负极支撑纵梁303和负极支撑底梁304，负极支撑底梁304固定在两个负极支撑纵梁303之间的下端，负极支撑横梁301固定在负极支撑纵梁303的上端外侧，负极支撑横梁301固定在凉水池本体1的侧壁上侧，负极支撑横梁301的外端还设有位于凉水池本体1外侧的负极定位爪定位部302，负极板2固定在负极支撑底梁304的上侧。

负极支撑底梁304的上侧固定有多个竖向设置的夹持部，负极板2包括多个沿凉水池本体1宽度方向依次排列的负极单元板201，负极单元板201通过夹持部插接固定在负极支撑底梁304的上侧。夹持部包括两个间隔设置的夹持纵梁305，负极单元板201的侧边插入两个间隔设置的夹持纵梁305之间。

正极板5位于凉水池本体1的中部。正极支撑架4包括正极支撑横梁401、正极支撑纵梁403和正极支撑底梁404，正极支撑底梁404横向固定在两个正极支撑纵梁403之间的下端，支撑支撑横梁固定在正极支撑纵梁403的上端外侧，正极支撑横梁401固定在凉水池本体1的侧壁上侧，在正极支撑横梁401的外端还设有固定在凉水池本体1外侧的正极定位爪定位部402；正极板5固定在正极支撑底梁404的上侧。

参见图8～9，一种池式电化学水处理方法，包括以下步骤：

S1、采用上述的电化学水处理装置，在凉水池本体1的内壁设置绝缘板6形成绝缘壁；

S2、在绝缘壁的内侧交替设置多个负极板2和正极板5，在负极板2与正极板5之间形成直流平行电场，冷却塔7的水通过输水管道进入凉水池8进行处理，处理后的水通过水泵进入用水设备9，最后返回冷却塔7。可见，凉水池8是供用户用水的水池装备，水池中水质的质量关系到用水设备9的运行和寿命。图9中出水是指经过冷却塔降温后流进凉水池8再供用户的水；回水是指用过的水再经冷却塔回到凉水池8的水，如此循环。化学法水处理是在凉水池8中投加阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂、酸等来维持水质。本发明是在不改变水池原结构，不影响水流量的前提下，全面取代化学药剂，用电化学构件排列组合在凉水池8中，来维持水池水流和水质，一池两用。

负极板2与正极板5通直流电后发生以下反应：

(1)电气浮反应：通电后，负极板2放氢、正极板5放氧，肉眼可见水池中有许多小气泡，在正极板5与负极板2间自下而上形成泡沫浮出，将水中的悬浮物、部分有机物等带出水体，水面上出现一层白色的、或棕色的泡沫，运行时间长后泡沫会集中在水池一角，可人工摇去，水池水会渐渐变清；

(2)电解水反应：H₂O→H⁺+HO^-，氢离子在负极板2附近形成强碱区，促使水中的酸根CO₃ ^2-向强碱区移动形成碳酸根高浓度区；

(3)负极板2还原反应：Ca²⁺、Mg²⁺等正电位离子被负极板2吸附并被CO₃ ^2-还原成CaCO₃、MgCO₃等；

(4)正极板5氧化反应：氢氧根离子向正极板5移动发生放电反应，产生系列强氧化剂：原子氧[O]、臭氧O₃、双氧水H₂O₂、羧基自由基·OH等；

(5)极间反应：正极板5和负极板2间的距离一般在10-20cm(处理废水除外)，处于极间电埸中的Ca²⁺和CO₃ ^2-等正、负离子，在向极性相反的极板运行时会生成CaCO₃等盐类，使离子还原成分子；

(6)共沉淀反应：光谱对负极板2吸附物的分析表明：负极板2除吸附Ca、Mg、Fe、Mn、Zn、Li、K、Na等离子外，还能同水合离子：【Ca(H₂O₆)】²⁺、【Mg(H₂O₆)】²⁺、【K(H₂O₆)】⁺、【Na(H₂O₆)】⁺共沉淀；

(7)电催化氧化反应：

以OH^-、CI^-为代表的负电位离子在同正极板5发生的放电反应中产生直接氧化反应和间接氧化反应：

4OH^--4e→2H₂O+2[O](初生态氧)；

2Cl^-→Cl₂+2e(氯气)；

H₂O→H⁺+e+·OH(羟基代自由基)

O₂+2H⁺+2e→H₂O₂(过氧化氢)

Cl₂+2H₂O→HOCl+H₃O⁺+Cl^-(次氯酸)

HOCl+H₂O→H₃O⁺+OCl^-(次氯酸根)。

2005年10月中国科学院生态环境研究中心采用自旋捕集(ESR)法测定·OH，得出其浓度随电流浓度的增大而增大的结论。指出：新生态初生态氧、羟基自由基、过氧化氢和再氧化产生的次氯酸、O₃等具有很强的氧化性、渗透性，具有降解水中有机物抑制菌藻生长和杀菌灭藻的作用。

参见图10，图中两条横线表示现有台式水处理器10，分别安装在水池内的回口和出水口102，适于处理中、小水量、中低硬度水，如果要处理中、大水量和中高硬度水，需要安装的处理器的数量大，投入成本较高，往往用户难以接受。

参见图11，本发明正是为了解决图10中台式水处理器10所存在的这些问题，因地制宜，利用原水池发挥新功能，不再需要处理器外壳、确保对回水和出水的全量处理，本发明待处理水沿S形流道流经负极板2和正极板5，且根据池容积大，可把电气浮、电吸附、电催化氧化的模块置于一体，使池式电化学水处理器具有处理“四高”的多功能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种池式电化学水处理装置，其特征是：包括凉水池本体、正极板和负极板，凉水池本体的两侧分别设有进水口和出水口，在凉水池本体的内壁处设有由绝缘板形成的绝缘壁，n+1个负极板与n个正极板交替设置在凉水池本体内侧形成多个直流平行电场，负极板通过负极支撑架与凉水池本体连接，正极板通过正极支撑架与凉水池本体连接；在进水口与出水口之间为S形流道，待处理水沿S形流道流经负极板与正极板；负极板与正极板的上侧均设有接线柱。

2.如权利要求1所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述n+1个负极板交错设置在凉水池本体内形成所述的S形流道；

最外侧的两个负极板为孔板结构，正极板为网板结构。

3.如权利要求1或2所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述负极板包括多个负极单元板，每个负极单元板的上侧分别设有一个接线柱，负极板并联设置，每个负极板上的多个负极单元板串联设置。

4.如权利要求1或2所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述正极板为二元、三元或四元材料。

5.如权利要求1所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述正极支撑架包括正极支撑横梁、正极支撑纵梁和正极支撑底梁，正极支撑底梁横向固定在两个正极支撑纵梁之间的下端，支撑支撑横梁固定在正极支撑纵梁的上端外侧，正极支撑横梁固定在凉水池本体的侧壁上侧，在正极支撑横梁的外端还设有固定在凉水池本体外侧的正极定位爪定位部；正极板固定在正极支撑底梁的上侧。

6.如权利要求1或5所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述正极板位于凉水池本体的中部。

7.如权利要求1所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述负极支撑架包括负极支撑横梁、负极支撑纵梁和负极支撑底梁，负极支撑底梁固定在两个负极支撑纵梁之间的下端，负极支撑横梁固定在负极支撑纵梁的上端外侧，负极支撑横梁固定在凉水池本体的侧壁上侧，负极支撑横梁的外端还设有位于凉水池本体外侧的负极定位爪定位部，负极板固定在负极支撑底梁的上侧。

8.如权利要求7所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述负极支撑底梁的上侧固定有多个竖向设置的夹持部，负极板包括多个沿凉水池本体宽度方向依次排列的负极单元板，负极单元板通过夹持部插接固定在负极支撑底梁的上侧。

9.如权利要求8所述的池式电化学水处理装置，其特征是：所述夹持部包括两个间隔设置的夹持纵梁，负极单元板的侧边插入两个间隔设置的夹持纵梁之间。

10.一种池式电化学水处理方法，其特征是：包括以下步骤：

S1、在凉水池本体的内壁设置绝缘板形成绝缘壁；

S2、在绝缘壁的内侧交替设置多个负极板和正极板，在负极板与正极板之间形成直流平行电场，负极板与正极板通直流电后发生以下反应：

(1)电气浮反应：负极板放氢、正极板放氧，在凉水池本体中形成许多小气泡，在正极板与负极板之间自下而上形成泡沫浮出，将水中的悬浮物、部分有机物带出水体，水面上出现一层泡沫，定期对泡沫进行清理；

(2)电解水反应：H₂O→H⁺+HO^-，氢离子在负极板附近形成强碱区，促使水中的酸根CO₃ ^2-向强碱区移动形成碳酸根高浓度区；

(3)负极板还原反应：正电位离子被负极板吸附并被CO₃ ^2-还原；

(4)正极板氧化反应：氢氧根离子向正极板移动发生放电反应，产生系列强氧化剂；

(5)极间反应：处于直流平行电埸中的正、负离子，在向极性相反的极板运行时会生成盐类，使离子还原成分子；

(6)共沉淀反应：负极板吸附水合离子形成共沉淀；

(7)电催化氧化反应：负电位离子在同正极板发生的放电反应中产生氧化反应。