CN109231600A - 一种工业循环水污垢净化装置及其除垢方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业循环水污垢净化装置，包括：壳体、第一电极、第二电极、控制电源、第一导电器、第二导电器、进水支管、排水支管、总进水管、总排水管、碱性排水管、酸性排水管、晶种研磨器、晶种聚结器、过滤器，所述控制电源两极分别与第一电极、第二电极相连；本发明进一步提供了一种工业循环水污垢净化装置的污垢处理方法，通过控制与电源相连的第一电极、第二电极脱垢吸垢过程，晶种研磨器与晶种聚结器大量聚集污垢，过滤器过滤达到净化循环水的目的。本发明除垢防垢效率高，成本低，污染小。

Description

一种工业循环水污垢净化装置及其除垢方法

技术领域

本发明属于除垢防垢技术领域，具体涉及一种工业循环水污垢净化装置及其除垢方法。

背景技术

循环水广泛应用于钢铁、能源（电力）、化工、轻工、食品、中央商务楼、商场、宾馆、文化设施的中央空调等各大工业领域。在工业生产中，为了避免由于设备升温导致生产过程无法顺利进行，必须进行冷却。水的化学稳定性好、沸点高、热容量大，同时水的来源广且易于输配、价格低廉，为此，水常作为冷却介质用于工业生产中，称之为冷却水。然而，水资源紧张，为提高水资源的利用率，并且达到冷却目的，大多数企业采用循环冷却水系统。该系统中，冷却水可以重复利用，水经过换热器后温度升高，由冷却设备将水温降低，再由泵将其送回换热器，从而循环使用于同一生产过程，大大提高了冷却水的利用率。

工业循环冷却水系统在运行中，由于冷却水接触空气蒸发，盐类及有机物质浓缩，换热设备就会出现积垢、腐蚀及微生物滋生等问题。长期使用必然会影响生产设备的正常运行及安全生产，造成巨大的经济损失。一般的天然水中都溶解有重碳酸盐，这种盐是冷却水发生水垢附着的主要成分。循环冷却水系统中重碳酸盐由于浓缩而浓度增加，浓度达到饱和时则会在换热设备上沉积无机盐水垢。进入夏季时，由于循环水系统温度升高，会滋生大量藻类和细菌，在换热面上就产生大量的生物粘泥污垢，这种污垢粘性较大，严重影响热量传导。

换热器表面污垢的累积会造成换热设备传热效率的严重降低，影响工厂产量，甚至会造成管道堵塞问题。对于碳钢制成的换热器，长期使用循环冷却水，会发生腐蚀穿孔，造成安全生产事故。

目前化学除垢在一定程度上颇有成效。但容易引入二次污染，增加循环水处理成本。

物理方法除垢其原理是通过电场、磁场、声场等技术，对循环水施加一定的能量，通过促进垢在水体中结晶或者使垢在形成的最初阶段就被瓦解来抑制垢的形成。能够在线处理不产生化学废液。具有轻微的防腐、溶垢和杀菌灭藻效果。该物理方法除垢防垢技术的不足表现在：处理效果和水质有关，对于硬水效果不明显、有失效问题、有时产生垢下腐蚀，应用环境温度有严格限制。不能用在相变环境下。只能用于低硬度的清水系统，对于硬度高的水系统不使用。只是提高了水对Ga²⁺，Mg²⁺的溶解能力，减少了钙盐、镁盐的结垢机率，并没有减少离子态杂质含量，当水中的主要结垢成分是硅酸盐垢和硫酸盐垢时不宜使用，不能将污垢自动排出。

电化学吸垢技术只是减缓了循环水系统的结垢情况和减少排污量，并没有达到非常理想的应用效果，尤其是还没有在大容量的循环水系统中得到成功应用。原因如下：首先，电化学吸垢技术在结构设计方面存在问题，目前实际应用的该种技术产品的正极和负极直接连通，并且距离较近，这样就使正极、负极产生的氧化反应和还原反应的物质迅速融合，极大的削弱了对循环水的处理效果；有的技术方案中在正极和负极之间设计了隔膜，以提高处理效果和处理量，但隔膜的污染和堵塞又形成了新的问题。其次，循环水系统水体的处理和防垢除垢的问题，是一个及其复杂的系统难以处理。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种工业循环水污垢净化装置及其除垢方法，用于克服现有技术中除垢效率低，成本高，降低生产效率，容易引入二次污染，适用范围窄等缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种工业循环水污垢净化装置，主要包括：壳体、第一电极、第二电极、控制电源、第一导电器、第二导电器、进水支管、排水支管、总进水管、总排水管、碱性排水管、酸性排水管、晶种研磨器、晶种聚结器、过滤器，所述第一电极与第二电极分别独立的设置在两壳体内，所述第一电极一端与控制电源的一极相连，所述第二电极一端与控制电源的另一极相连，所述第一电极、第二电极的另一端均设有第二导电器，所述两第二导电器通过第一导电器相连，所述壳体一端依次连接进水支管、总进水管，所述壳体的另一端依次连接排水支管、总排水管，所述设有第一电极的壳体上的总排水管通过四通阀与碱性排水管或酸性排水管相连，所述设有第二电极的壳体上的总排水管通过四通阀与酸性排水管或和碱性排水管相连，所述碱性排水管上依次设有晶种研磨器、晶种聚结器、过滤器。

优选地，所述过滤器为螺旋式过滤器。

优选地，所述第一导电器上设有第一导电器保护管。

优选地，所述壳体还设有排气阀。

优选地，所述第一电极与第二电极是由钛网涂制一层钌铱涂层制成。

优选地，所述第一电极与第二电极钛合金网的厚度为3mm。

优选地，所述第一导电器与第二导电器上均设有翅片结构。

一种利用工业循环水污垢净化装置的除垢方法，包括如下步骤：

步骤一，循环水由总进水管经进水支管分别流入两壳体内；

步骤二，第一电极连接控制电源的负极，第二电极连接控制电源的正极，启动制动电源，第一电极和水体发生还原反应并在其附近形成了一个碱性区，污垢沉淀析出并沉积在第一电极表面，第二电极和水体发生氧化反应，使第二电极附近形成了一个酸性区域；

步骤三，从设有第一电极的壳体内排出碱性水，从设有第二电极的壳体内排出酸性水，接通四通阀，启动晶种研磨器和晶种聚结器，碱性水在晶种研磨器和晶种聚结器、过滤器的作用下通过碱性排水管排到远离换热器入水口的位置或直接引到总进水管上，酸性水通过酸性水排水管直接引到换热器总进水管上；

步骤四，第一电极连接控制电源的正极，第二电极连接控制电源的负极，启动制动电源，第一电极和水体发生氧化反应并在其附近形成了一个酸性区，使步骤二过程中在第一电极上吸附的水垢脱落，第二电极和水体发生还原反应，使第二电极附近形成了一个碱性区，接通四通阀，设有第一电极的壳体中酸性水中的一小部分水垢通过晶种研磨器的处理，形成结垢诱导晶种，酸性水继续进入碱性水排水管，经晶种聚结器处理聚集形成大量污垢，最后通过过滤器处理排到远离换热器入水口的位置或直接引到总进水管上；第二电极在控制电源作用下和水体发生还原反应并在第二电极附近形成了一个碱性区吸附水垢；

步骤五，重复步骤二的操作过程。

所述步骤二、步骤四及步骤五中产生H₂或O₂或Cl₂或CO₂一种或多种气体。

本发明具有的积极进步的有益效果：

1.不会在水体增加新的固废，无二次污染产生；

2.正极和负极分别单独设置在两个容器里面，即避免了正负极在工作时酸碱性水互相干扰，提高了吸垢速度，实现了在线全自动清除电极上污垢；

3.在两个独立的水垢处理器壳体内部设置了导电器，确保了不影响正负极直接正电的电子和离子之间的交换从而形成导电回路；

4.将正负极容器产生的碱性水和酸性水分别引出，将酸性水直接引到换热器的循环水的入口管，进一步减少换热器结垢的可能性，将碱性水管道上增加晶种研磨器，再增加晶种聚结器，以加速晶种快速吸附成垢物，过滤器将大颗粒的成垢物质自动排出系统外面，将含细小的微晶的碱性水引入到远离换热器入口位置，进行二次除垢；

5.增加了晶种诱导预结垢技术，基于同种物质的亲合力大于异种物质的亲合力这一原理，将上一过程电极吸附的水垢进行加工成为下一过程诱导结垢的晶种，不但降低了产生晶种的成本，和水垢还属于同种物质，极大的增大了清除循环水系统中成垢物质去除的力度，提高了去污除垢的效率；

6.适合处理大容量的循环水系统，成本低，降低能耗，效率高，免维护，延长了设备的使用寿命。

附图说明

图1为本发明工业循环水污垢净化装置结构示意图。

具体实施方式

工业循环水污垢净化装置为一个处理循环水的单元模块。具体数量根据实际应用情况进行限定。

如图1所示，本发明中设置了4个工业循环水污垢净化装置的单元模块，该工业循环水污垢净化设备主要包括：壳体1、第一电极2、第二电极3、控制电源4、第一导电器6、第二导电器7、进水支管5、排水支管8、总进水管10、总排水管11、碱性排水管12、酸性排水管13、晶种研磨器15、晶种聚结器16、过滤器17，所述第一电极2与第二电极3分别独立的设置在两壳体1内，所述第一电极2一端与控制电源4的一极相连，所述第二电极3一端与控制电源4的另一极相连，所述第一电极2、第二电极3的另一端均设有第二导电器7，所述两第二导电器7通过第一导电器6相连，所述壳体1一端依次连接进水支管5、总进水管10，所述壳体1的另一端依次连接排水支管8、总排水管11，所述设有第一电极2的壳体1上的总排水管11通过四通阀14与碱性排水管12或酸性排水管13相连，所述设有第二电极3的壳体1上的总排水管11通过四通阀14与酸性排水管13或和碱性排水管12相连，所述碱性排水管12上设有晶种研磨器15、晶种聚结器16、过滤器17，所述壳体1还设有排气阀9。酸性排水管13或碱性排水管12是指四通阀14后面的管道，在碱性排水管12中始终流通碱性水，在酸性排水管13中始终流通酸洗水，但是四通阀14前面的管道流经的酸碱性水是改变的，并非固定的。其中，酸性水直接排放到换热器的入口循环水管道里面，碱性水排放到其它地方或本发明装置的入口），四通阀14为换向阀始终不关闭，目的是把四通阀14前面的酸性水始终转换到酸性排水管13，把四通阀14前面的碱性水始终转换到碱性排水管12，从而保证本发明装置如图1所示，上面出口水管道始终是酸性水，下面的出口水管道始终是碱性水。

在实际应用中根据对循环水的处理量和规模可以适当的增减模块，这种设计方便现场应用。

每个工业循环水污垢净化装置的单元模块的壳体1里面分别设置了第一电极2和第二电极3，第一电极2和第二电极3分别与控制电源4用导线连接并密封防止漏水。

控制电源4可以输出直流电流信号，也可以输出方波电流信号或脉冲信号，更关键的是具有输出信号的电路倒换功能。

第一电极2和第二电极3的加工方法是在钛网上加工了一层钌铱涂层，不仅增加耐腐蚀性，还增加了导电性能。为了处理比较复杂的循环水系统，可以在钌铱涂层上添加必要的催化元素，以增加电极的电催化功能。第一电极2和第二电极3的另一端分别连接第二导电器7，两第二导电器7之间通过第一导电器6相连，第一导电器6跨接在两壳体1之间，第一导电器6上设有第一导电器保护管进行保护。所述第一导电器6和第二导电器7增加导流片设计，目的是为了增大第一电极2和第二电极3的导电性能，在导电器和导流片上也加工了防止电腐蚀和电溶解的钌铱涂层。

其中，晶种处理器由晶种研磨器15、晶种聚结器16、碱性排水管12等部件组成。

本发明工作过程和工作原理

（1）启动工业循环水污垢净化装置，第一电极2吸垢过程

如图1所示，壳体1通过进水支管5、总进水管10流进需要处理的循环水，此时第一电极2连接控制电源4的负极，第二电极3连接控制电源4的正极，第一电极2和水体发生还原反应，反应的结果使第一电极2附近形成了一个碱性区域，增大了水中CO₂的溶解度，从而促进了CO₃ ^2-的形成，循环水中的Ca²⁺为活泼金属离子在电场的作用下与第一电极2附近大量的CO₃ ^2-生成CaCO₃沉淀析出，沉淀沉积在第一电极2的表面。由于第一电极2表面涂有钌铱涂层，可提供较多的析晶点加快水垢的沉积。

第二电极3在控制电源4的正极电位作用下与水体发生氧化反应，反应的结果使第二电极3附近形成了一个酸性区域。由于第一电极2和第二电极3分别设置在两个壳体1内部，正极、负极和水体发生电化学反应产生的酸性水和碱性水不能相互混合，故产生的酸性水与碱性水不会中和，使第一电极2附近的碱性水pH值保持稳定，有利于更多的CO₃ ^2-产生，从而生成碳酸钙沉淀。同样，第二电极3同样保持稳定的弱酸性pH值，把这种弱酸性水直接引到工业循环水换热器的入口，起到防垢和溶垢的功能。

第一电极2和第二电极3在壳体1内部进行电化学反应时，会产生一些H₂、O₂、Cl₂或CO₂气体，在壳体1上设置了排气阀9。在实际应用中应把不同的气体排放到不同的位置进行处理，避免达到气体爆炸极限而发生危险。

（2）第一电极2吸垢过程的排水处理过程

如图1所示，在这个过程中从设有第一电极2的水垢处理器壳体1内排出的为碱性水，从设有第二电极3的水垢处理器壳体1内排出的为酸性水。此时，四通阀14的虚线流道接通，通电启动晶种研磨器15和晶种聚结器16，碱性水在晶种研磨器15和晶种聚结器16的作用下，水垢微粒进一步聚结长大，经过过滤器17过滤后通过碱性排水管12排到远离换热器入水口的位置，或直接引到本发明工业循环水污垢净化装置的入口。酸性水通过酸性排水管13直接引到换热器的循环水入口，来降低流经换热器循环水的pH值，达到减少结垢和溶解污垢的目的。

（3）第一电极2脱垢和第二电极3正常吸垢过程

此时第一电极2连接控制电源4的正极，第二电极3连接控制电源4的负极，在控制电源4的控制下，第一电极2和水体发生氧化反应，在壳体1形成酸性水，并产生氢气微气泡，致使在上一个过程（2）中第一电极2上吸附的水垢脱落。此时四通阀14还是虚线流道接通，酸性水中的一小部分水垢经晶种研磨器15的处理，制成结垢诱导晶种，并注入到碱性排水管12，在碱性排水管12上还安装有晶种聚结器16，用来加速结垢诱导晶种的快速长大，来捕捉更多的成垢微粒，提高水处理效果和处理量。酸性水中的大部分水垢通过过滤器17后，被直接引到本发明工业循环水污垢净化装置的入口。到达设定的时间后，四通阀14的实线流道接通，四通阀14前和后的酸碱水管道换向，此时四通阀14前的酸性水和酸性排水管13连通，被直接引到换热器的循环水入口。

第二电极3在控制电源4的负极控制下和水体发生还原反应使第二电极3附近形成了一个碱性水，开始吸附水垢，吸垢原理和上述相同。此时四通阀14还是虚线流道接通，第二电极3产生的碱性水通过总排水管11和四通阀14与酸性排水管13连通，被直接引到换热器的循环水入口。到达设定的时间后，四通阀14的实线流道接通，四通阀14前和后的酸碱水管道换向，此时四通阀14前的碱性水和碱性排水管12连通，该碱性水经过晶种研磨器15和晶种聚结器16和过滤器17后，被排到远离换热器入水口的位置，或直接引到本发明装置的入口管上。

（4）第一电极2吸垢和第二电极3脱垢

此时，第一电极2连接控制电源4的负极，第二电极3连接控制电源4的正极，在控制电源4的作用下，第一电极2和水体发生还原反应，第二电极3和水体发生氧化反应。第一电极2进行吸垢，并产生碱性水，第二电极3进行脱垢，并产生酸洗水。此时四通阀14实线流道接通，第一电极2产生的碱性水和碱性排水管12接通，第二电极3产生的酸性水通过四通阀14和酸性排水管13接通，直接引到换热器的循环水入口位置。

由于水是极性分子，在电场的作用下，水分子的电偶极矩增大，水分子的排列趋向有序，水分子的正负极会吸引相反极性的离子，与之结合。第一电极2会吸附冷却水中的Ca²⁺形成水合离子[Ca(H₂O)₄]²⁺，降低了水中Ca²⁺的含量，从而减小了成垢离子形成盐垢的机会，实现防除阻垢功能。

（5）过滤过程

本发明中应用的过滤器17，是一种新型螺旋式过滤器，具有单位体积内过滤量大、不易污染和堵塞、反冲洗彻底等特点；还可以将过滤处理水垢变成含水量较少的干燥物体，可以直接放到垃圾箱处理；而且不产生反冲洗排污废水。

（6）晶种诱导预结垢过程

基于同种物质的亲合力大于异种物质的亲合力这一原理，将上一过程电极吸附的水垢的一小部分通过晶种研磨器15进行加工成为下一过程诱导结垢的晶种，通入到碱性排水管12中，晶种聚结器16通过碱性排水管12对含有晶种的碱性水施加聚结能量，不但降低了产生晶种的成本，由于晶种和水垢还属于同种物质，极大的增大了清除循环水系统中成垢物质去除的力度，即增大了对循环水的处理量，使用一段时间后可以使循环水变得清澈。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质保护范围内，对以上所述实施例的变化、变形都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种工业循环水污垢净化装置，其特征在于，包括：壳体（1）、第一电极（2）、第二电极（3）、控制电源（4）、第一导电器（6）、第二导电器（7）、进水支管（5）、排水支管（8）、总进水管（10）、总排水管（11）、碱性排水管（12）、酸性排水管（13）、晶种研磨器（15）、晶种聚结器（16）、过滤器（17），所述第一电极（2）与第二电极（3）分别独立的设置在两壳体（1）内，所述第一电极（2）一端与控制电源（4）的一极相连，所述第二电极（3）一端与控制电源（4）的另一极相连，所述第一电极（2）、第二电极（3）的另一端均设有第二导电器（7），所述两第二导电器（7）通过第一导电器（6）相连，所述壳体（1）一端依次连接进水支管（5）、总进水管（10），所述壳体（1）的另一端依次连接排水支管（8）、总排水管（11），所述设有第一电极（2）的壳体（1）上的总排水管（11）通过四通阀（14）与碱性排水管（12）或酸性排水管（13）相连，所述设有第二电极（3）的壳体（1）上的总排水管（11）通过四通阀（14）与酸性排水管（13）或和碱性排水管（12）相连，所述碱性排水管（12）上依次设有晶种研磨器（15）、晶种聚结器（16）、过滤器（17）。

2.如权利要求1所述的一种工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述过滤器（17）为螺旋式过滤器。

3.如权利要求1所述的一种工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述第一导电器（6）上设有第一导电器保护管（18）。

4.如权利要求1所述的一种工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述壳体（1）还设有排气阀（9）。

5.如权利要求1所述的工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述第一电极（2）与第二电极（3）是由钛网涂制一层钌铱涂层制成。

6.如权利要求1所述的工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述第一电极（2）与第二电极（3）钛合金网的厚度为3mm。

7.如权利要求1所述的工业循环水污垢净化装置，其特征在于，所述第一导电器（6）与第二导电器（7）上均设有翅片结构。

8.一种采用权利要求1～7任一项所述的工业循环水污垢净化装置的除垢方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，水由总进水管经进水支管分别流入两壳体内；

步骤二，第一电极连接控制电源的负极，第二电极连接控制电源的正极，启动制动电源，第一电极和水体发生还原反应并在其附近形成了一个碱性区，污垢沉淀析出并沉积在第一电极表面，第二电极和水体发生氧化反应，使第二电极附近形成了一个酸性区域；

步骤三，从设有第一电极的壳体内排出碱性水，从设有第二电极的壳体内排出酸性水，接通四通阀，启动晶种研磨器和晶种聚结器，碱性水在晶种研磨器和晶种聚结器、过滤器的作用下通过碱性排水管排到远离换热器入水口的位置或直接引到总进水管上，酸性水通过酸性水排水管直接引到换热器总进水管上；

步骤四，第一电极连接控制电源的正极，第二电极连接控制电源的负极，启动制动电源，第一电极和水体发生氧化反应并在其附近形成了一个酸性区，使步骤二过程中在第一电极上吸附的水垢脱落，第二电极和水体发生还原反应，使第二电极附近形成了一个碱性区，接通四通阀，设有第一电极的壳体中酸性水中的一小部分水垢通过晶种研磨器的处理，形成结垢诱导晶种，酸性水继续进入碱性水排水管，经晶种聚结器处理聚集形成大量污垢，最后通过过滤器处理排到远离换热器入水口的位置或直接引到总进水管上；第二电极在控制电源作用下和水体发生还原反应并在第二电极附近形成了一个碱性区吸附水垢；

步骤五，重复步骤二的操作过程。

9.如权利要求8所述的一种工业循环水污垢净化装置的除垢方法，其特征在于，所述步骤二、步骤四及步骤五中产生H₂或O₂或Cl₂或CO₂一种或多种气体。