CN108609748A - 用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置与沉积方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置与沉积方法。它是一个长方体的密闭容器，底部呈漏斗状，左下方和右上方分别装有进出水管；密闭容器内壁两侧分别设有电极，电极与阴离子交换膜之间、阴离子交换膜相互之间均设有绝缘隔板相连，垂直安装在装置下部的挡板上面。利用直流电促进阴离子交换膜靠近阴极一侧水电离，产生的OH‑在电场作用下穿过阴离子交换膜与H+分离，在阴离子交换膜靠近阳极一侧与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+和Mg2+反应分别生成CaCO3和Mg(OH)2并沉积于阴离子交换膜表面进行软化；互换阴阳电极极性进行脱垢。本发明适用于电力，石油化工，冶金等行业工业循环冷却水的软化。
Description
技术领域
本发明涉及循环冷却水软化装置与方法，尤其是涉及一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置与沉积方法。
技术背景
电力、石油化工、冶金等行业常使用大量的循环冷却水。为了防止结垢，常需对循环冷却水进行有效的软化处理。传统的循环冷却水软化处理方法有：化学药剂投加法、反渗透法和离子交换法等。化学药剂投加法能较好地解决结垢问题，但运行费用高，且易造成二次污染；反渗透法软化效果好，但投资与运行成本高；离子交换法软化与除盐效果佳，但需消耗化学再生剂，并产生大量的再生废液。
近年来，电沉积法在循环水软化处理中的应用日益增多。与传统的循环冷却水软化处理方法相比，电沉积法具有环境友好、处理效率高、适用范围广和操作简便等突出优点，应用前景广阔。但电沉积法所需电极面积大，电极数量多，因此装置成本高。
发明内容
为了克服以上背景技术所存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置与沉积方法，以用于循环冷却水的软化处理。
本发明采用的技术方案是：
一、一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置：
该离子膜电沉积装置是一个长方体形状的密闭容器，密闭容器底部呈漏斗状，密闭容器左下方装有进水穿孔管，密闭容器右上方装有出水穿孔管，长方体形状的密闭容器底部中心的漏斗开有排泥口；在长方体形状的密闭容器内壁两侧分别设有电极，电极与阴离子交换膜之间、阴离子交换膜相互之间均设有绝缘隔板，三者紧密相连，垂直安装在离子膜电沉积装置下部的挡板上面。
所述绝缘隔板厚度为3～10 mm，中间开有多条相互平行的凹槽作为水流通道，每条凹槽内均开有对应的通槽作为离子电迁移通道。
所述电极、绝缘隔板和阴离子交换膜采用绝缘螺杆连接，螺杆两端通过绝缘螺母固定。
所述电极上端具有凸出部分，凸出部分钻有小孔，与接线通过螺钉固定连接，接线再分别与电源的正、负极相连。
所述密闭容器内壁两侧的电极极性相反。
二、一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置的沉积方法：
在一对电极间平行固定安装多片阴离子交换膜，采用软化与脱垢两个步骤交替操作；
1)进行循环冷却水软化处理时：
利用电流密度为50-300 A/m2 的直流电促进阴离子交换膜靠近阴极一侧水电离，产生的OH-在电场的作用下穿过阴离子交换膜与H+分离，在阴离子交换膜靠近阳极一侧与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴离子交换膜表面，水中硬度离子得到去除，碱度得到降低；处理后的水流由出水穿孔管排出；处理过程中，两个电极产生的气体随水流由出水穿孔管排出。
2) 进行脱垢处理时：
脱垢时互换电极极性，在原先沉积垢层的膜一侧产生大量H+与垢层反应使其脱落，脱落的沉淀物随水流从排泥口排出。
本发明具有的有益效果是：
本发明电极数量大大减少，装置成本显著降低；本发明适用于电力，石油化工，冶金等行业工业循环冷却水的软化处理。
附图说明
图1是本发明结构正视图。
图2是图1的A-A剖视图。
图3是绝缘隔板示意图。
图4是图3的B-B剖视图。
图中：1、离子膜电沉积装置，2、电极，3、进水穿孔管，4、排泥口，5、出水穿孔管，6、绝缘隔板，7、阴离子交换膜，8、挡板，9、通槽，10、绝缘螺杆，11、绝缘螺母，12、绝缘阻水板。
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，该离子膜电沉积装置1是一个长方体形状的密闭容器，密闭容器底部呈漏斗状，密闭容器左下方装有进水穿孔管3，密闭容器右上方装有出水穿孔管5，密闭容器底部中心的漏斗开有排泥口4；密闭容器内壁两侧分别设有电极2，电极2与阴离子交换膜7之间、阴离子交换膜7相互之间均设有绝缘隔板6，三者紧密相连，垂直安装在离子膜电沉积装置1下部的挡板8上面。
如图2、图3、图4所示，所述绝缘隔板6厚度为3～10 mm，中间开有多条相互平行的凹槽作为水流通道，每条凹槽内均开有对应的通槽9作为离子电迁移通道。
如图2所示，所述电极2、绝缘隔板6和阴离子交换膜7采用绝缘螺杆10连接，螺杆两端通过绝缘螺母11固定，电极2与离子膜电沉积装置1内壁之间设置有绝缘阻水板12。
如图1所示，所述电极2上端具有凸出部分，凸出部分钻有小孔，与接线通过螺钉固定连接，接线再分别与电源的正、负极相连。
所述密闭容器内壁两侧的电极2极性相反。
在一对电极间平行固定安装多片阴离子交换膜，采用软化与脱垢两个步骤交替操作；
1)进行循环冷却水软化处理时：
利用电流密度为50-300 A/m2 的直流电促进阴离子交换膜靠近阴极一侧水电离，产生的OH-在电场的作用下穿过阴离子交换膜与H+分离，在阴离子交换膜靠近阳极一侧与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴离子交换膜表面，水中硬度离子得到去除，碱度得到降低；处理后的水流由出水穿孔管排出；处理过程中，两个电极产生的气体随水流由出水穿孔管排出。
2) 进行脱垢处理时：
脱垢时互换电极极性，在原先沉积垢层的膜一侧产生大量H+与垢层反应使其脱落，脱落的沉淀物随水流从排泥口排出。
本发明的工作原理如下：
1)进行循环冷却水软化处理时：
关闭排泥口阀门，打开进水穿孔管3阀门，循环冷却水从进水穿孔管3输入离子膜电沉积装置1，水流自下而上；两侧的DSA电极通过接线分别与直流电源的正、负极或直流电源的负、正极相连；打开直流电源，利用电流密度为50-300 A/m2 的直流电促进阴离子交换膜靠近阴极一侧水电离，产生的OH-在电场的作用下穿过阴离子交换膜与H+分离，在阴离子交换膜靠近阳极一侧与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴离子交换膜表面，同时阴极表面水电解产生的高浓度OH－，与循环冷却水中的HCO3 －、Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中硬度离子得到去除，碱度得到降低；与此同时电解过程中阳极上会产生次氯酸盐杀菌灭藻剂；处理后的水流由出水穿孔管5排出；处理过程中，两个电极产生的气体随水流由出水穿孔管5排出。
2)进行脱垢处理时：
当垢层逐渐覆盖阴离子交换膜和阴极表面时，会导致阴离子交换膜和阴极性能失效的问题，因此需要定期进行脱垢处理。脱垢前，先关闭进水穿孔管3阀门，并使排泥阀继续保持关闭状态，离子交换膜和电极完全浸没于溶液中；然后，互换两侧的DSA电极的极性，打开直流电源，利用电流密度为100～300 A/m2 的直流电促进水电离，原先布满垢层的阴离子交换膜一侧将产生高浓度H+，同时原先布满垢层的阴极将作为阳极电解水产生高浓度H+，H+与垢层内部的CaCO3 和Mg(OH)2反应使其溶解，促成垢层的脱落，脱除的沉淀物从阴离子交换膜和阴极表面转移至水相；脱垢过程中，两个电极产生的气体从出水穿孔管5排出；脱垢结束后，关闭直流电源，打开排泥口阀门，脱除的沉淀物随水流从排泥口4排出。
实施例：
硬度约为560 mg/L（以CaCO3计）、碱度约为6 mmol/L的工业循环水采用本发明系统进行处理。系统采用四片阴离子交换膜，绝缘隔板厚度为8 mm，中间开有一排共计8个通槽，通槽尺寸为250 mm×10 mm。操作条件如下：软化阶段电流密度为100 A/m2，水温为25℃，处理流量为70 L/h，历时12 h；脱垢阶段电流密度100 A/m2，脱垢时间5 min。运行结果如下：处理出水总硬度离子平均去除率为9.34%，沉积速率为36.9 g/h/m2。
Claims (6)
1.一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置，其特征在于：该离子膜电沉积装置（1）是一个长方体形状的密闭容器，密闭容器底部呈漏斗状，密闭容器左下方装有进水穿孔管（3），密闭容器右上方装有出水穿孔管（5），密闭容器底部中心的漏斗开有排泥口（4）；在长方体形状的密闭容器内壁两侧分别设有电极（2），电极（2）与阴离子交换膜（7）之间、阴离子交换膜（7）相互之间均设有绝缘隔板（6），三者紧密相连，垂直安装在离子膜电沉积装置（1）下部的挡板（8）上面。
2.根据权利要求1所述的一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置，其特征在于：所述绝缘隔板（6）厚度为3～10 mm，中间开有多条相互平行的凹槽作为水流通道，每条凹槽内均开有对应的通槽（9）作为离子电迁移通道。
3.根据权利要求1所述的一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置，其特征在于：所述电极（2）、绝缘隔板（6）和阴离子交换膜（7）采用绝缘螺杆（10）连接，螺杆两端通过绝缘螺母（11）固定。
4.根据权利要求1所述的一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置，其特征在于：所述电极（2）上端具有凸出部分，凸出部分钻有小孔，与接线通过螺钉固定连接，接线再分别与电源的正、负极相连。
5.根据权利要求1所述的一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置，其特征在于：所述密闭容器内壁两侧的电极（2）极性相反。
6.用于权利要求1-5所述一种用于循环冷却水软化处理的离子膜电沉积装置的沉积方法，其特征在于：在一对电极间平行固定安装多片阴离子交换膜，采用软化与脱垢两个步骤交替操作；
1)进行循环冷却水软化处理时：
利用电流密度为50-300 A/m2 的直流电促进阴离子交换膜靠近阴极一侧水电离，产生的OH-在电场的作用下穿过阴离子交换膜与H+分离，在阴离子交换膜靠近阳极一侧与循环冷却水中的HCO3 － 、Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴离子交换膜表面，水中硬度离子得到去除，碱度得到降低；处理后的水流由出水穿孔管排出；处理过程中，两个电极产生的气体随水流由出水穿孔管排出；
2) 进行脱垢处理时：
脱垢时互换电极极性，在原先沉积垢层的膜一侧产生大量H+与垢层反应使其脱落，脱落的沉淀物随水流从排泥口排出。
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