CN108675515A - 除硅用电化学反应装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理领域，涉及一种除硅用的电化学反应装置，该装置包括至少一个电化学反应器，电化学反应器的阴极板和阳极柱在壳体内通过阳极柱两端发散状分布的支撑块保持阳极与阴极不会触碰且保持适当距离，本发明多个电化学反应器之间应用形式为多级并联，且设有自动清洗系统，其与快速过滤器和PLC控制系统组成除硅用的电化学反应系统。本发明结构简单、加工容易且成本低廉，占地面积小，安装和操作简单，采取全自动控制，便于生产使用，有效控制工艺造价、极大地降低工程运行费用，符合高效节能的行业治理要求；出水水质稳定，产水硅小于2mg/L，对循环水及反渗透浓水中硅的去除率可达到90％以上，同时可以去除水的部分硬度。
Description
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及一种除硅用的电化学反应装置，主要应用在循环水及反渗透浓水除硅上，同时也可以应用在其他除硅领域中。
背景技术
随着水资源短缺和水污染问题的日益突出，水的有效利用和再生回用越来越受到人们的关注。但是很多行业中，这种利用和再生回用过程存在严重的硅酸盐结垢现象。
循环水排污水及反渗透浓水由于含有相对较高的盐、溶解性二氧化硅及硬度无法再使用，若通过电渗析脱盐处理后这部分水就可以作为回用水再次使用，不仅节约了原水的使用还减少了排污量。但是电渗析的处理仅限于离子态，对于硅这种非离子态的粒子基本没有去除效果。
发明内容
为解决上述技术问题，
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
除硅用的电化学反应装置，包括至少一个电化学反应器，所述的电化学反应器包括壳体、阴极板和阳极柱，其中：
壳体为圆柱腔体结构，壳体底部连接有进水管，壳体顶部连接有出水管，壳体侧壁开孔引出阴极电极接线柱和阳极电极接线柱；
阴极板为不锈钢板制成，紧贴壳体内壁围成筒状，阴极板上引出阴极接线柱穿过壳体延伸至壳体外侧；
阳极柱为金属铝制备的圆柱体结构，设置于壳体内部腔体中，且沿壳体内部腔体中心轴线设置，阳极柱两端设置有以阳极柱为中心发散状分布的支撑块，以保持阳极与阴极不会触碰，支撑块之间的间隙为过水通道，阳极柱侧面引出阳极接线柱，阳极接线柱外部设置有绝缘保护套，阳极接线柱穿过阴极板和壳体延伸至壳体外侧。
进一步地，所述的所诉壳体材质选用塑料。
进一步地，所述阴极板与阳极柱之间的最佳间距为10mm～15mm。
进一步地，所述的除硅用的电化学反应装置设有自动清洗系统，电化学反应器的进水管和出水管分别通过清洗进水阀和清洗出水阀连接酸性清洗液，清洗进水阀和清洗出水阀连接PLC控制系统，通过PLC控制系统控制电化学反应装置的自动清洗，酸性清洗液循环使用，定期清除阴极表面的垢层及阳极表面的氧化层，酸性清洗液定期补充或更换。
进一步地，所述的酸性清洗液为质量浓度为2％的盐酸、硝酸或硫酸溶液，或者碳酸钙清洗液。
进一步地，所述的多个电化学反应器之间应用形式为多级并联。
一种除硅用的电化学反应系统，包括上述除硅用的电化学反应装置、快速过滤器和PLC控制系统，除硅用的电化学反应装置的出水管通过出水阀连接快速过滤器，除硅用的电化学反应装置的出水管连接絮凝剂添加管，絮凝剂通过絮凝剂添加管加入到经除硅用的电化学反应装置电解后的出水中；待处理水通过水泵和进水阀从除硅用的电化学反应装置的进水管进入除硅用的电化学反应装置，除硅用的电化学反应装置的进水管连接PH值调节剂添加管，PH值调节剂通过PH值调节剂添加管添加到进入除硅用的电化学反应装置的待处理水中；
PLC控制系统控制除硅用的电化学反应装置的进水阀和出水阀、除硅用的电化学反应装置设有自动清洗系统的清洗进水阀和清洗出水阀、以及电化学反应系统的泵，实现系统的自动控制。
进一步地，所述的快速过滤器的过滤介质是纤维束或纤维球。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、结构简单、加工容易且成本低廉，同时工艺组合灵活、占地面积小，安装和操作简单，便于生产使用，有效控制工艺造价、极大地降低工程运行费用，符合高效节能的行业治理要求；
2、采取全自动控制，提高污水站自动化管理水平，减少人工劳动强度；
3、出水水质稳定，产水硅小于2mg/L，对循环水及反渗透浓水中硅的去除率可达到90％以上，同时可以去除水的部分硬度。
综上，本发明具有良好的市场前景，非常适于在水处理和其它除硅行业中推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中除硅用的电化学反应装置的电化学反应器结构示意图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为图1的B-B和C-C剖面图；
图4为发明实施例1中除硅用的电化学反应系统的结构示意图；
图中：1、外壳；2、阳极接线柱；3、阴极接线柱；4、绝缘护管；5、阴极；6、阳极；7、支撑条；8、过水通道；9、进水管；10、出水管；11、水泵；12、清洗进水阀；13、进水阀；14、清洗出水阀；15、出水阀；16、快速过滤器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
除硅用的电化学反应装置，包括至少一个电化学反应器，如图1所示，所述的电化学反应器包括壳体1、阴极板5和阳极柱6，其中：
壳体1为塑料的圆柱腔体结构，壳体1底部连接有进水管9，壳体1顶部连接有出水管10，壳体1侧壁开孔引出阴极电极接线柱3和阳极电极接线柱2。
如图2和图3所示，阴极板为不锈钢板板制成，紧贴壳体1内壁围成筒状，阴极板5上引出阴极接线柱3穿过壳体1延伸至壳体1外侧；
阳极柱6为金属铝制备的圆柱体结构，设置于壳体1内部腔体中，且沿壳体1内部腔体中心轴线设置，阳极柱6两端设置有以阳极柱6为中心发散状分布的支撑块7，其截图如图3所示，以保持阳极与阴极不会触碰，阴极板与阳极柱之间的最佳间距为10mm～15mm，支撑块7之间的间隙为过水通道8，阳极柱6侧面引出阳极接线柱2，阳极接线柱2外部设置有绝缘保护套4，阳极接线柱2穿过阴极板5和壳体1延伸至壳体1外侧。
如图4所示，使用上述除硅用的电化学反应装置的除硅用的电化学反应系统，包括上述除硅用的电化学反应装置、快速过滤器12和PLC控制系统，本实施例中使用除硅用的电化学反应装置仅包括一个电化学反应器，但电化学反应器个数不限于一个，采用多个电化学反应器的，电化学反应器之间应用形式为多级并联。
本实施例中根据处理水体要求，反应器壳体1的高度为2.5m，内径为57mm；反应器内，阳极柱6为金属铝制备的圆柱体结构，阴极板5选用0.1mm厚304不锈钢板板制成，阴极板与阳极柱之间的间距为10mm；电化学反应器的出水管10通过出水阀15连接快速过滤器12，快速过滤器12的过滤介质是纤维束或纤维球；电化学反应器的出水管10连接絮凝剂添加管，絮凝剂通过絮凝剂添加管加入到经电化学反应器电解后的出水中，本实施例中絮凝剂使用PAM；待处理水通过泵11和进水阀13从电化学反应器的进水管9进入电化学反应器中，进水管9连接PH值调节剂添加管，PH值调节剂通过PH值调节剂添加管添加到进入电化学反应器的待处理水中,调节待处理水的PH值在8～9之间，本实施例中PH值调节剂使用氢氧化钠溶液；
除硅用的电化学反应装置设有自动清洗系统，电化学反应器的进水管9和出水管10分别通过清洗进水阀12和清洗出水阀14连接酸性清洗液，酸性清洗液循环使用，定期清除阴极表面的垢层及阳极表面的氧化层，酸性清洗液为质量浓度为2％的盐酸、硝酸或硫酸溶液，也可以选用碳酸钙清洗液；酸性清洗液定期补充或更换；
PLC控制系统控制电化学反应器的进水阀13和出水阀15、电化学反应器自动清洗系统的清洗进水阀12和清洗出水阀14、以及电化学反应系统的泵，实现系统的自动控制。
使用上述除硅用电化学反应系统进行水处理除硅的运行流程如下：
S1、除硅用电化学反应装置正常运行的工作电压，根据待处理水的水质情况为10V～15V，此时确保电化学反应器的进水阀13和出水阀15开启，清洗进水阀12和清洗除水阀14关闭；
S2、待处理水经泵11和进水阀13、电化学反应器底部的进水管9进入到电化学反应器中；
S3、氢氧化钠通过泵11和连接电化学反应器的进水管9的PH调节剂加入管加入到待处理水中，调节待进入到电化学反应器中的待处理水的pH在8-9之间；
S4、经电化学反应器电解后的出水经出水管10排出；
S5、絮凝剂PAM通过加泵11和连接出水管10的絮凝剂添加管，添加到电解后的出水中，使PAM和新生态的铝离子快速形成较大絮凝体颗粒；
S6、出水接入快速过滤器10上端进水口；
S7、快速过滤器下端产水口排出的水为除硅后澄清的水；
S8、当工作电压较正常运行的工作电压升高2V时，说明设备内部结垢较严重了，需要清洗，PLC自动控制系统控制自动清洗系统开始工作，反应装置进入自动清洗模式，进水阀13和出水阀15关闭，清洗进水阀12和清洗出水阀14开启；酸性清洗液通过泵10和进水管9进入电化学反应器中开始循环清洗，清洗时间5分钟。
S9当清洗结束后，进水阀13和出水阀15开启，清洗进水阀12和清洗出水阀14关闭，电化学反应器进入正常工作状态。
本发明除硅用电化学反应装置以金属铝作为溶解性阳极，在电解时产生的Al3+离子生成电活性絮凝剂,这些新生态的电活性絮凝剂会迅速的和水中的溶解性硅酸根、胶体硅反应，通过压缩胶体双电层使其脱稳,以及吸附架桥网捕作用使形成的絮体颗粒快速与水分离开。
在以铝作为溶解性阳极的反应过程中，发生了如下反应：
阳极反应：
Al→Al3++3e- (1)
副反应
4OH--4e-→2H2O+O2↑ (2)
HCO3 -+OH-→H2O+CO3 2- (3)
CO3 2-+Ca2+→CaCO3↓ (4)
2OH-+Mg2+→Mg(OH)2↓ (5)
阴极反应
反应(1)和(6)产生的Al3+和OH-反应生成的聚铝化合物通常以Aln(OH)3n表示，继而与溶液中的可溶性硅反应生成(AlO)n(SiO)n/2(OH)2n，反应(2)和(3)生产的CO3 2-与水中的Ca2+离子反应生成CaCO3沉淀。反应(6)生成的OH-可以与水中的Mg2+生成Mg(OH)2沉淀，这样可以同时去除水中部分Ca、Mg硬度。由此可见水中碱度和镁离子含量越高，硬度的去除率越高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.除硅用的电化学反应装置，其特征在于，包括至少一个电化学反应器，所述的电化学反应器包括壳体、阴极板和阳极柱，其中：
壳体为圆柱腔体结构，壳体底部连接有进水管，壳体顶部连接有出水管，壳体侧壁开孔引出阴极电极接线柱和阳极电极接线柱；
阴极板为不锈钢板制成，紧贴壳体内壁围成筒状，阴极板上引出阴极接线柱穿过壳体延伸至壳体外侧；
阳极柱为金属铝制备的圆柱体结构，设置于壳体内部腔体中，且沿壳体内部腔体中心轴线设置，阳极柱两端设置有以阳极柱为中心发散状分布的支撑块，以保持阳极与阴极不会触碰，支撑块之间的间隙为过水通道，阳极柱侧面引出阳极接线柱，阳极接线柱外部设置有绝缘保护套，阳极接线柱穿过阴极板和壳体延伸至壳体外侧。
2.根据权利要求1所述的除硅用的电化学反应装置，其特征在于，所述阴极板与阳极柱之间的间距为10mm～15mm。
3.根据权利要求1所述的除硅用的电化学反应装置，其特征在于，所述的除硅用的电化学反应装置设有自动清洗系统，电化学反应器的进水管和出水管分别通过清洗进水阀和清洗出水阀连接酸性清洗液，清洗进水阀和清洗出水阀连接PLC控制系统，通过PLC控制系统控制电化学反应装置的自动清洗，酸性清洗液循环使用，定期清除阴极表面的垢层及阳极表面的氧化层，酸性清洗液定期补充或更换。
4.根据权利要求3所述的除硅用的电化学反应装置，其特征在于，所述的酸性清洗液为质量浓度为2％的盐酸、硝酸或硫酸溶液，或者碳酸钙清洗液。
5.根据权利要求1所述的除硅用的电化学反应装置，其特征在于，所述的多个电化学反应器之间应用形式为多级并联。
6.根据权利要求1所述的除硅用的电化学反应装置，其特征在于，所述的所诉壳体材质选用塑料。
7.一种除硅用的电化学反应系统，其特征在于，包括上述除硅用的电化学反应装置、快速过滤器和PLC控制系统，除硅用的电化学反应装置的出水管通过出水阀连接快速过滤器，除硅用的电化学反应装置的出水管连接絮凝剂添加管，絮凝剂通过絮凝剂添加管加入到经除硅用的电化学反应装置电解后的出水中；待处理水通过水泵和进水阀从除硅用的电化学反应装置的进水管进入除硅用的电化学反应装置，除硅用的电化学反应装置的进水管连接PH值调节剂添加管，PH值调节剂通过PH值调节剂添加管添加到进入除硅用的电化学反应装置的待处理水中；
PLC控制系统控制除硅用的电化学反应装置的进水阀和出水阀、除硅用的电化学反应装置设有自动清洗系统的清洗进水阀和清洗出水阀、以及电化学反应系统的泵，实现系统的自动控制。
8.根据权利要求7所述的一种除硅用的电化学反应系统，其特征在于，所述的快速过滤器的过滤介质是纤维束或纤维球。
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