CN109502702A - 工业循环水无害化综合治理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了工业循环水无害化综合治理装置，包括成垢离子吸附与自动清除装置以及电解臭氧杀菌灭藻处理装置，所述垢离子吸附与自动清除装置包括电极板模块、刮刀和升降装置，所述电解臭氧杀菌灭藻处理装置包括气液混合器、若干层垂直排列的圆形两级集气瓶以及分别与每一层集气瓶通过管道连接的若干层垂直排列的电极。本发明的推力有益效果：通过电化学的方法，从根本上减少工业装置的结垢、腐蚀、细菌藻类物质产生，杜绝添加化学药剂，保障水质的正常运行，提高生产中设备的换热效率以及使用寿命，节约药剂治理费用，节约用水，减少污水排放及污水治理费用。

Description

工业循环水无害化综合治理装置

技术领域

本发明涉及工业循环水水质处理领域，尤其涉及一种工业循环水无害化综合治理装置。

背景技术

工业循环水在企业生产过程中占据非常重要的地位。我国全年总耗水量中，有33%属于工业用水，工业循环水又占工业用水的80%以上，我国工业污水总量的50%是由工业循环水排污所产生的。目前我国90%以上的企业解决工业循环水结垢、腐蚀、菌藻的问题，均采用多种化学药剂的治理方法。

工业循环水系统中盐离子、细菌、藻类数量多到了危害到生产装置时，采用化学药剂治理的，该方法只能控制成垢离子在一定的浓度下不结垢和菌藻数量不超标，但是随着成垢离子及细菌藻类不断的浓缩，此时药剂也不再能够防止结垢和菌藻滋生（水中电导率达到1500US/cm2以上时，化学药剂投加将不起作用）。这时则必须对循环水浓水进行排放，并添加新鲜水来稀释余下浓水，降低水体中成垢离子等有害物质的平均浓度，工业循环水系统中每小时1万吨循环水冷却装置，年平均每天补水在2000吨，补水中成垢盐离子（钙镁）平均55毫克每升，循环水系统每天增加110公斤成垢物质。平均每天排污700吨。工业循环水管道系统腐蚀的原因，主要是由于水体中的细菌藻类产生的生物黏泥以及结垢和部分腐蚀性离子所致。在向工业循环水中投加阻垢缓蚀杀菌灭藻剂时，也是一个增加水体碳源的过程，给细菌和藻类提供了额外营养，投加杀菌药剂时又增加了水体腐蚀性，化学药剂投放的同时也是污染水质的行为，加速了水体污染与排污，造成水资源的浪费和药剂费用增加。

由于循环水系统随着不断地补水带来的成垢离子以及细菌不断的繁殖，需要采用多种相应技术对水体进行不间断的综合治理，来解决循环水的复杂问题。

以双电层为理论作为水中静电吸附技术时，总的吸附量与电极面积、水体流速成正比。水中溶解盐类都是以离子状态存在，循环水冷却塔通过不间断的蒸发效应来散热，带走大量的水分，水系统中的盐类离子则不断的被浓缩。当达到一定浓度时，盐离子在换热装置中会形成致密的垢体，严重影响工业装置的换热效率，在已公开的技术中，均是利用“水中溶解盐都是以离子状态存在”的特征，以及离子具有导电特点，所以人们利用这些特征发明了，利用电场的作用把水中的离子聚集，来解决结垢给生产企业带来危害的问题。

工业循环水是一个复杂性水体，水体中还有存有大量的菌类和藻类，以及部分腐蚀性物质，研究人员开发了许多环境友好的杀菌灭藻技术，如臭氧氧化技术。

在已公开的现有技术中，如：水处理设备及其全自动除垢杀菌装置，授权号:CN104229954A 。该技术的欠缺:

1.阳极板的u型设计，致使用于吸附的阴极电极(圆柱形)只有1/2至3/4的水下电极面积参与吸附工作，并且是单面吸附，电极吸附面积小。

2.圆筒形的阴极在工作时由电动机带动旋转，与水流方向产生交叉分力，阻碍水中离子向电极板靠拢，降低吸附效果，并且增加额外电能消耗。

3.除垢刮刀的双刮刀形式设置，只对两个阴极内壁侧的垢体进行清除，但内圈阴极外壁侧的结垢无法清除，有短路隐患。

4.阳极面积小，氧化还原物质量小，不足以对水质进行深度杀菌灭藻。

另一种已公开技术EST（工业水处理刊发2010.2-《电吸附除盐技术的发展与应用》），其技术是利用双电层的理论，制作出毫米级的电极间距（1-10毫米）。目的是将离子在电场的作用下聚集在两电极间的水体中。

该技术欠缺：

1、两电极间距为毫米级使电极面积受限，不易控制电极间距，水垢容易堵塞电极间的水的流道，电极间距过窄容易造成短路，水流不均匀，增加水流阻力。

2、为了使毫米级间距的电极上不附着垢体，只能让离子在毫米级的电极空间内水中聚集，同时，为了避免电极上付附着垢体，电极吸附工作时间短，一般为两小时吸附后则需停机，对电极进行脱附处理。脱附的时间是吸附时间的1/2至1/3，导致吸附效率低下，不能适应工业循环水的大水量、不间断的治理要求。该技术目前仅见于污水治理方面有所报道。

3、当电极脱附再生时，将被聚集电极板之间的浓盐水外排，并需要加压水冲洗，高浓盐水的排放，增加了后期的治理负荷，冲洗水带来一定的资源及能源的消耗。

4、该现有技术在吸附过程中还是有一定的垢体残留在电极板上，则需要定期对电极进行酸洗再生，又由此而产生一定的酸性污水。

工业循环水回水温度均在40度以上，加之水体中的营养物质和阳光的照射，非常适宜菌藻类繁殖。菌藻物质在工业循环水系统中极易产生生物粘泥，致使金属管道腐蚀穿孔、堵塞、水体浑浊、水质恶化是工业循环水中主要的腐蚀因素，臭氧用于工业循环水杀菌灭藻技术在美国德国比较成熟，臭氧的生产主要技术有，高压放电、电解法等主要技术。

美国航空航天局在90年代用（USP-4127.786）的专利技术。对循环水系统进行杀菌灭藻处理，其采用高压放电法产生臭氧，治理循环水效果显著。

然而，高压放电法具有以下缺陷：

1、臭氧浓度低，在1~5%；

2、高压放电产生电磁干扰，会干扰仪器仪表正常工作；

3、电极衰竭快、使用寿命短；

4、会生成氮氧化物等有害物质；

5、不适合潮湿环境下生产；

6、能耗高，投资大；

电解法生产臭氧技术适合在循环冷却系统附近的高湿环境下使用。臭氧浓度高，臭氧浓度在18~20%，以纯净水为原料，所产气体中不含任何其他有害物质，电极使用寿命长。现有电解臭氧技术不能够解决臭氧的产量问题，所以未见工业应用的报道。

电解法生产臭氧技术具有以下缺陷：

1、臭氧产量小，无法适应工业上的需求；

2、电极温升影响臭氧浓度及半衰期，和电极使用寿命。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出工业循环水无害化综合治理装置，具有提高垢体吸附效率，快速的吸附成垢离子，不断从循环水系统中提取成垢离子，阻止工业循环水浓盐水的产生的优点。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种工业循环水无害化综合治理装置，包括成垢离子吸附与自动清除装置以及电解臭氧杀菌灭藻处理装置，所述垢离子吸附与自动清除装置包括电极板模块、刮刀和升降装置，所述电极板模块由若干个电极板相互平行排列固定在电极固定卡槽中组合而成，所述刮刀以两面对夹的方式贴附于所述电极板的两侧表面并固定在刮刀架上，所述升降装置包括升降机、升降平衡板和升降连杆，所述刮刀架活动连接在所述升降连杆上并沿所述升降连杆在所述电极板表面往复运动，所述电解臭氧杀菌灭藻处理装置包括气液混合器、若干层垂直排列的圆形两级集气瓶以及分别与每一层集气瓶通过管道连接的若干层垂直排列的电极，所述集气瓶上方均设有集气嘴，所述集气嘴通过管道与所述气液混合器连接，所述集气瓶均连接有冷却装置。

进一步的，所述刮刀与所述电极板等宽。

进一步的，所述成垢离子吸附与自动清除装置的箱体上侧固定有支撑架，所述支撑架的上方固定所述升降机，所述升降机下方设置所述升降平衡板，所述升降平衡板通过螺杆与所述升降机连接，所述升降连杆固定在所述升降平衡板的四角。

进一步的，所述箱体底部设有排垢管。

进一步的，所述电极板模块侧边设有分水板。

进一步的，所述电极板中间设置有电极孔槽。

进一步的，所述冷却装置设有贯通所述集气瓶的冷却水管。

进一步的，所述集气瓶由透明材料加工成型。

本发明的有益效果：通过电化学的方法，从根本上减少工业装置的结垢、腐蚀、细菌藻类物质产生，杜绝添加化学药剂，保障水质的正常运行，提高生产中设备的换热效率以及使用寿命，节约药剂治理费用，节约用水，减少污水排放及污水治理费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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是根据本发明实施例所述的工业循环水无害化综合治理装置的成垢离子吸附与自动清除装置示意图；

图2是根据本发明实施例所述的工业循环水无害化综合治理装置的电解臭氧杀菌灭藻装置示意图；

图中：1、电极板；2、电极孔槽；3、电极固定卡槽；4、刮刀；5、导电板；6、刮刀架；7、分水板；8、升降连杆；9、升降平衡板；10、升降机；11、支撑架；12、进水管；13、岀水管；14、排垢管；15、箱体；16、电极板模块；17、电极；18、集气嘴；19、冷却装置；20、集气瓶；21、冷却水进水口；22、氢气出口；23、冷却水岀水口；24、臭氧岀口；25、气液混合器；26、进水口。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据本发明实施例的一种工业循环水无害化综合治理装置，包括成垢离子吸附与自动清除装置（如图1所示）以及电解臭氧杀菌灭藻处理装置（如图2所示），垢离子吸附与自动清除装置包括电极板模块16、刮刀4和升降装置，电极板模块16由若干个电极板1相互平行排列固定在电极固定卡槽3中组合而成，刮刀4以两面对夹的方式贴附于电极板1的两侧表面并固定在刮刀架6上。

升降装置包括升降机10、升降平衡板9和升降连杆8，成垢离子吸附与自动清除装置的箱体上侧固定有支撑架11，支撑架11的上方固定升降机10，升降机10下方设置升降平衡板9，升降平衡板9通过螺杆与升降机10连接，升降连杆8固定在升降平衡板9的四角。刮刀架6活动连接在升降连杆8上并沿升降连杆8在电极板1表面往复运动，所述电极板模块16侧边还设有分水板7。

成垢离子吸附与自动清除装置包括聚集成垢盐离子，极板清垢再生，垢体物回收三个过程。

1.如图1所示，水从进水管12进入箱体15后，电流由导电板5导入电极板1，电极板1周围形成电场将水体中的盐类成垢离子聚集在电极板1表面，使出水管13中流出的水盐类离子含量降低。

2.采用电极板清垢再生系统把吸附在电极板1表面的垢体清除，该系统采用对极板两面对夹的方式，安装带有角度和电极等宽的刮刀4，在电极板模块16上方设置了可以升降的电动机构，并在电极板1上开设电极孔槽2，在电极孔槽2中设有防止刀具变形的弹性组件，使刮刀4刀口完全贴附于待清垢的电极板1表面。

当需要清垢时，升降机10起动同时带动升降平衡板9，升降平衡板9下端设有升降连杆8，升降连杆8下面连接着刮刀架6，刮刀架6中安置有刃口的刮刀4，刮刀4贴附于电极板1表面，刮刀4在升降机10、升降平衡板9、升降连杆8以及刮刀架6的带动下，沿电极板1表面运动，将附着在电极板1上的垢体刮除。

3.垢体物回收系统包括排垢泵、储垢罐、脱水设备，将含有大量垢体的液体通过设于箱体底部的排垢管14送入储垢罐，液体中的垢体物质会快速沉淀，沉淀的垢体进入脱水设备，进而可以回收再利用。

如图2所示，电解臭氧杀菌灭藻处理装置用于工业循环水体的电解臭氧杀菌灭藻，包括由圆形的透明材料成型的两级三层大型集气瓶20、气液混合器以及分别与每一层集气瓶通过管道连接的三层垂直排列的电极17，集气瓶20上方均设有集气嘴18，集气嘴18通过管道与气液混合器25连接，集气瓶18均连接有冷却装置19，冷却装置19设有贯通所述集气瓶18的冷却水管。

集气瓶20具有收集气体的功能，水平并列设置的两级集气瓶分别收集由电极电解产生的氢气和臭氧，采用三层电极17的排列设计，有效的增加了臭氧的产量。

采用冷却装置19，解决了电极17温升影响臭氧生产效率，电极寿命，已产臭氧温升分解的问题。

电解水由进水口26进入集气瓶20，在集气瓶20的下面设有管道连接电极两端，电极所产气体分别进入两级集气瓶20中被分别收集，收集的气体由集气瓶上设置的多个集气嘴18，自氢气出口22、臭氧出口24将电解所产气体分别输出，其中臭氧气体输出后引入气液混合器25中进行气液混合，混合后的高浓度臭氧混合液进入循环水体系，对水体中的细菌藻类进行快速杀灭。

当冷却水通过冷却水进水口21进入集气瓶20后，冷却装置19的贯通套管中的冷却水则会对电极17用水进行降温，升温后的冷却水自冷却水出水口23流出回用。

以大面积的电极集成排列组合模块形式，提高垢体吸附效率，快速的吸附成垢离子，不断从循环水系统中提取成垢离子，阻止工业循环水浓盐水的产生，配合极板再生系统可以快速使电极再生。

本发明的电解臭氧技术，电极排列合理，电极的冷却系统设计独特，供水、集气运行状况可视，臭氧浓度及产量高，经过高效气液混合后输入循环水池中杀菌灭藻，使工业循环水系统内水质控制在标准范围，从源头进行治理，节约药费，节约水资源，减少排污。

当前工业循环水的排污水进入污水厂进行处理时，由于循环水含有多种化学药剂以及盐类物质，处理后产生的污泥量巨大，则是目前难以处理的固废物。通过吸附技术把水中成垢离子取出，此时的成垢离子是干净的碳酸钙镁物质，可以作为其他工业生产原料，用于涂料、橡胶、塑料、建筑等行业。

根据在中石化企业循环水系统使用本发明技术实测效果，工业循环水在本发明的电极排列形式下，每一个模块由40块电极组成，24小时可吸垢体4.8公斤，每一个吸附装置箱体由四个模块组成，每天可吸附垢体19.2公斤，每12小时对循环水系统保有水量处理一遍，水体中钙镁硬度下降42.7%，氯离子去除率达到69.3%，所吸附水垢体为白色，电极板再生只需2分钟，自动清垢装置运行平稳，极板垢体清除完全。

电解臭氧杀菌灭藻效果显著，菌落数由原来的5x105下降至5x102，细菌藻类快速消失，水体清澈，效果达到预期，不产生氮氧化物。无电磁干扰，电极使用寿命长，适合在高湿环境下生产臭氧，所产臭氧浓度16-18%，是高压放电所产臭氧浓度的四倍以上。

本发明技术不产生任何污水，也不产生任何二次污染及固废物，可不间断长期运行，通过阳极氧化降低水中的氯离子浓度，氯离子氧化物与臭氧共同作用，杀菌灭藻，大幅度降低了水体中的COD和有机物，本发明的工业循环水无害化综合治理装置，有效的针对循环水中的各种有害物质分别进行治理，从源头上去除各种危害，保障生产安全；同时可节约大量水资源和药剂费用，提高换热器的换热效率，延长了换热器使用寿命，减少了因为换热器结垢、管道腐蚀、所产生的非正常停车以及维修费用。

本发明主要是针对工业循环水无害化的综合治理，彻底改变过去的有害化治理方式，从根本上解决工业循环水体水中的结垢、细菌、藻类、腐蚀问题，该套装置采用智能化程序管理，运行成本低，占地面积小，适合大工业循环水体系的应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，包括成垢离子吸附与自动清除装置以及电解臭氧杀菌灭藻处理装置，所述垢离子吸附与自动清除装置包括电极板模块（16）、刮刀（4）和升降装置，所述电极板模块（16）由若干个电极板（1）相互平行排列固定在电极固定卡槽（3）中组合而成，所述刮刀（4）以两面对夹的方式贴附于所述电极板（1）的两侧表面并固定在刮刀架（6）上，所述升降装置包括升降机（10）、升降平衡板（9）和升降连杆（8），所述刮刀架（6）活动连接在所述升降连杆（8）上并沿所述升降连杆（8）在所述电极板（1）表面往复运动，所述电解臭氧杀菌灭藻处理装置包括气液混合器（25）、若干层垂直排列的圆形两级集气瓶（20）以及分别与每一层集气瓶（20）通过管道连接的若干层垂直排列的电极（17），所述集气瓶（20）上方均设有集气嘴（18），所述集气嘴（18）通过管道与所述气液混合器（25）连接，所述集气瓶（20）均连接有冷却装置（19）。

2.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述刮刀（4）与所述电极板（1）等宽。

3.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述成垢离子吸附与自动清除装置的箱体上侧固定有支撑架（11），所述支撑架（11）的上方固定所述升降机（10），所述升降机（10）下方设置所述升降平衡板（9），所述升降平衡板（9）通过螺杆与所述升降机（10）连接，所述升降连杆（8）固定在所述升降平衡板（9）的四角。

4.根据权利要求3所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述箱体底部设有排垢管（14）。

5.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述电极板模块（16）侧边设有分水板（7）。

6.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述电极板（1）中间设置有电极孔槽（2）。

7.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述冷却装置（19）设有贯通所述集气瓶（20）的冷却水管。

8.根据权利要求1所述的工业循环水无害化综合治理装置，其特征在于，所述集气瓶（20）由透明材料加工成型。