CN110156180A - 低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，包括循环水箱，所述循环水箱内设有吸垢电极，所述循环水箱内的水面没过吸垢电极，所述吸垢电极通过吸垢导线与控制器连接，控制器与输入电源线连接。本发明采用吸垢电极直接投入到水池中的一种改进应用方法，不但投入成本小，而且完全实现了全自动清理吸附在电极的水垢，在运作过程中实现了免维护。由于不再需要频繁的提取电极，可以将电极投放到水池中最佳的处理位置，可以实现更好的处理效果。

Description

低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统

技术领域

本发明涉及一种循环水物理方法处理技术，特别是一种低成本、免维护循环水电化学处理技术装置系统。

背景技术

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，称为循环水。据统计，工业用水平均约占城市用水总量的80%，而其中工业冷却水所占比重最大。

循环水运行过程中主要产生水垢、污垢、腐蚀、微生物粘泥的问题。 这些问题不加以解决与控制，它们会威胁和破坏工厂长周期地安全生产，甚至造成经济损失，因此必须对循环水进行达标处理。目前普遍采用的是化学加药的方法来处理循环水，并有相应的国家标准。

化学加药方法的机理和优点：可不停机在线进行，技术成熟。通过向水体加入一定量的化合物如有机聚合物、表面活性剂或无机磷酸盐等，具有增容、静电斥力、晶体畸变、分散作用，使成垢离子处于络合物或分散状态，阻止结晶成长或抑制晶体析出，起到了防垢作用。可以改变垢层的形态，使坚硬和致密的硬垢变成了软垢，在水流剪切力的作用下使垢层脱落，起到了除垢作用。

化学加药方法的缺点：化学药剂针对性强，有时效性，易失效，效果不稳定。处理效果因多种因素影响不稳定。只对特定的状况或特定离子所产生的水垢有效，工艺相对复杂，原水水质对阻垢效果有影响、持续消耗药剂及排污、运行成本高、垢层仍缓慢增长、有时会对循环系统产生新的污染，只适用于水质较好地区设备使用，仍然需要化学清洗，运行时需要化验和值班。

另外，循环水冷却水的工作温度，非常适合水中的微生物生长，而许多阻垢剂常常又是微生物的营养源，所以，通常在加阻垢剂的同时，还需加入大量的杀菌剂、灭藻剂、平衡剂等等,给水体增加了新的污染，不能自动清除水体的污垢使水体的浓缩持续增加。另外化学药剂本身对设备、凉水塔、管道的腐蚀也是很严重的，在防垢和防腐之间顾此失彼。环境污染严重,在实际应用受到严格的限制。

目前一种电化学水处理技术在慢慢兴起，它具有吸附水体中的水垢、溶解换热管里的水垢、还具有杀菌灭藻、除锈除色、气浮和絮凝等功能，在运行过程中没有二次污染问题。该技术的使用方法有两种，一种是直接投入式，即将一个或多个循环水处理电极（以下简称吸垢电极）直接投放到循环水池里面；另一种是旁路式，即将循环水处理电极安装在一个或多个水箱里面，通过管路将被处理的循环水引到水箱里，然后再通过管道将处理后的水引到水池里。

直接投入式的优点是成本投入产出比高，由于没有箱体、管路、水泵、控制和计量等设备，相比较旁路式其设备的生产成本、安装运输、安装、运行费用等综合性成本降低50%左右。其缺点是处理电极吸垢后需要定期清理，不论是人工提取吸垢电极还是用吊车提取吸垢电极，都需要人工清理掉吸垢电极上吸附的水垢。不但维护量大、浪费人力物力，而且限制了吸垢在循环水池内的投放位置，因为要不断的提取吸垢电极，为了方便提取操作一般把电极投放在循环水池的边缘位置。

旁路式的优点是可以实现全自动清除吸垢电极的水垢，但设备结构复杂，在加工生产、包装运输、现场安装、运行费用等方面和直接投入式相比较，其综合成本高出50%以上。另外，经过较长时间运行后，故障点会逐渐增多，日常维护费用增大，还需要专门的人员进行维护，该旁路式在实际中已经出现由于维护量大被用户废弃的案例。

发明内容

本发明的目的是提出一种投入成本小，而且完全实现了全自动清理吸附在电极的水垢，在运作过程中实现了免维护的循环水电化学污垢处理技术装置系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，包括循环水箱，所述循环水箱内设有吸垢电极，所述循环水箱内的水面没过吸垢电极，所述吸垢电极通过吸垢导线与控制器连接，控制器与输入电源线连接。

优选地，所述出水口和吸垢电极之间设有拦截网，所述拦截网的顶部高出水面，用于拦截上浮在水面的杂质，所述拦截网的底部与循环水箱的池底接触，用于拦截水池底部沉积污垢。

优选地，所述吸垢电极一侧的拦截网布置为直线或三角形或弧形。

优选地，所述拦截网包括第一拦截网和第二拦截网，第一拦截网包括上下设置的主纬绳和次纬绳；第二拦截网包括上下两条次纬绳；主纬绳上设置有若干个经绳，经绳依次穿过第一拦截网上的主纬绳和次纬绳和第二拦截网上的两条次纬绳后，经绳.的底部连接有配重块。

优选地，所述第一拦截网和第二拦截网之间设有空隙，所述空隙设置在水面下90-110mm，用于流出干净的循环水。

优选地，所述吸垢电极下设有若干斜板，用于加快污垢的沉降速度。

优选地，所述拦截网与吸垢电极之间设有清污器。

优选地，所述吸垢电极中设置了两个正极和一个负极，所述两个正极之间有大电流高频交变信号，并和负极有直流偏执信号，用于促进电极内部循环水的扰动，以提高处理效率，且加快水电离产生OH^－的速度，在吸垢电极阳极附近发生氧化反应失去电子析出氧。

优选地，所述控制器中设置了自动除垢程序，所述自动除垢程序可以根据循环水的结垢情况设置除垢的时间。

本发明还提供了一种低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，操作步骤如下：

S1:通过输入电源线给每个控制器供电，每个控制器再通过每个吸垢导线把控制器输出的变频和直流偏执电源送到每个吸垢电极上；

S2:在低压高密度电信号的作用下，吸垢电极的正负极板间水溶液中的正、负离子向极性相反的极板迁移，发生电子得失；

S3：当到达控制器中预设除垢时间时，所述控制器输出反向的电流信号，使吸垢电极原来的正极变为负极，原来的负极变成正极；在吸垢电极上会产生微气泡，达到除垢效果；当电极除垢结束后，所述控制器输出恢复原来正常吸垢的电流信号。

本发明与现有技术相比，有益效果如下：

1)投入产出比高，和旁路式处理技术相比较，在达到同样的处理效果基础上，投入成本减少50%左右。

2)运行中免维护，在运行过程中自动除垢，无需人工参与，没有电极被拿出水池除垢产生的二次污染问题，也没有箱体或管路漏水问题。

3)运行稳定，由于吸垢电极不需要经常的提取和机械除垢，没有不损坏的机会，使用寿命长，运行稳定。

4)处理效果好，吸垢电极沿着循环水池出口布置，吸垢电极对水体进行了吸垢、防垢、除锈、除色、除臭、杀菌、灭藻、气浮、凝聚、絮凝、离子牵制等一系列的作用，经过吸垢电极处理过的水进入循环系统，降低换热设备由于结垢和腐蚀而引起的堵塞、垢下腐蚀、氧化腐蚀所发生的材料更换及维修费用，延长了设备的使用寿命，保证了换热器的健康运行。

5)代替化学加药，从而使循环水系统不需要设计化学加药系统，也不需要购买化学药品，节省了基建、设备购置和药剂的消耗，降低运行及维护等费用。

6)持续净化水体，持续净化循环水水体，减少更换循环水次数，减少排污次数，节省了排污费和减少购买新水的费用。

7)没有二次污染，是纯粹物理法工艺技术，不用任何化学药品，即不会有化学废物产生等二次污染和增加水体新固废等问题，不会有罚款的机会。

8)运行费用降低，节约电能：不增加新的循环水泵等用的设备，同时有效减少循环水的流动阻力，降低原系统中循环泵的电耗。

本发明采用吸垢电极直接投入到水池中的一种改进应用方法，不但投入成本小，而且完全实现了全自动清理吸附在电极的水垢，在运作过程中实现了免维护。由于不再需要频繁的提取电极，可以将电极投放到水池中最佳的处理位置，可以实现更好的处理效果。

附图说明

图1为本发明提出的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统的主视结构图；

图2为本发明提出的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统中的拦截网的布置方式一；

图3为本发明提出的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统中的拦截网的布置方式二；

图4为本发明提出的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统中拦截网的结构示意图。

图中标号：

1、吸垢电极；2、吸垢导线；3、控制器；4、输入电源线；5、斜板；6、拦截网；7、清污器；8、循环水箱；9、连接柱；6.1、第一拦截网；6.2、第二拦截网；6.3、主纬绳；6.4、空隙；6.5、次纬绳；6.6、配重块；6.7经绳。

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。

如图1所示，为本阀门提供的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，包括循环水箱8，循环水箱8内设有若干个吸垢电极1，循环水箱8内的循环水界面没过吸垢电极1，吸垢电极1通过吸垢导线2与控制器3连接，控制器3与输入电源线4连接。

如图2和图3所示，吸垢电极1的投放位置布置在循环水池出口的周边，对于小池可以并排布置，对于大水池以出水口为中心沿着弧形布置，目的是使进入到循环水池出口的水都是经过吸垢电极1处理过的水。吸垢电极1由涂有钌铱涂层的钛金属板或钛金属网制成，根据循环水的水质特点在钌铱涂层上再涂加一些具有催化功能的微量元素涂层，对吸垢电极1的基本要求首先是在长时间通电的条件下，正极不溶解，并且具有催化氧化功能。吸垢电极1分为正极和负极，为了提高电催化氧化的功能。

在循环水池的出水口和吸垢电极1之间设置拦截网6，固定拦截网6通过四道纬绳固定安装在循环水池的出水口和吸垢电极1之间，拦截网6用于防止水体中的污垢颗粒进入到循环水出口里面；拦截网6的结构形式如图4所示，由耐腐蚀和强度大的过滤网制成，其过滤精度由现场的具体情况确定，以满足循环水系统运行的最低过滤精度为准；拦截网6的顶部高出水面100mm左右，用于拦截上浮在水面的杂质，拦截网6的底部与循环水箱8的池底接触，用于拦截水池底部沉积污垢；拦截网6的过滤精度以现场具体水质情况为依据，由于水体在吸垢电极1的作用下已经发生了凝聚、气浮、絮凝沉降等改变，过滤精度在50微米到200微米就可以满足实际需求；拦截网6根据现场的具体特点，可以布置为直线或三角形或弧形。

拦截网6包括第一拦截网6.1和第二拦截网6.2，第一拦截网6.1包括上下设置的主纬绳6.3和次纬绳6.5；第二拦截网6.2包括上下两条次纬绳6.5；

主纬绳6.3是承受全部力量的关键部件，主纬绳6.3为耐腐蚀和强度大的材料制成，用于拦截网6的全部部件的重量和循环水流动过程产生的力量都由它来承担；

在主纬绳6.1上设置有若干个经绳6.3，经绳6.7依次穿过第一拦截网6.1上的主纬绳6.3和次纬绳6.5和第二拦截网6.2上的两条次纬绳6.5后，经绳6.3的底部均连接有配重块6.6；

第一拦截网6.1和第二拦截网6.2之间设有空隙6.4，这个空隙构成的总面积以接近循环水池出口孔径为准，空隙6.4空隙的位置在水面下边100mm左右位置，这个位置的水体比较干净，即大量干净的循环水通过这个空隙流出。

拦截网6在现场安装过程非常简单，首先将主纬绳6.3一端固定在高出水面的循环水池壁面上，或固定在水泥柱等物体上面；主纬绳6.3的另一端利用较细和较软的绳连接到循环水池的对面，对于小水池细软绳可以直接扔到水池对面，对于大而复杂的水池，可以用遥控模型船将细软绳带到水池对面并固定。当主纬绳6.3安装固定后，再通过经绳6.7将第一拦截网6.1和第二拦截网6.2上的三道次纬绳6.2固定，就完成了拦截网6的现场安装。在安装过程中工作人员基本不用下水，安装非常方便。

在电极除垢过程中，被除下来的污垢脱离负极后会在水体中飘浮，为了加快污垢的沉降速度，同时防止在较大扰动下池底的杂质泛起，通过在拦截网6和吸垢电极1之间布满若干个斜板5；斜板5的结构形式可以采用废水领域使用的斜板，斜板5通过上下的弹性杆设置在吸垢电极1下，斜板5在上下的弹性杆的支撑下，形成斜板结构，上下的弹性杆一端可以上下移动，另一端可以左右移动，移动的距离满足斜板和水平面的夹角30度～150度，且该斜板5之间距离可以随意调节，斜板和水平面的夹角也可以调节，人工清理斜板上的沉积物也非常方便。由于该斜板5不腐蚀和及易清理干净，可以长期反复使用，完全避免的传统斜板的堵塞和定期更换的弊端。

进一步，本发明中的斜板5是一种特殊的斜板结构形式，采用具有一定强度和耐腐蚀性薄膜或滤网为斜板材料，采用具有一定强度和耐腐蚀弹性杆（或绳）及简单的非金属支架作为支撑机构，达到传统斜板同样的快速沉降功能；这种斜板的特点是造价低、运输体积不到普通斜板的1/20、现场安装方便、斜板的沉降面可以定时互换，完全可以避免污垢等杂质在斜板上沉降的问题。

进一步，斜板5的底部与池底之间的距离不低于200mm左右，目的是为了集中清理污垢时方便池底吸垢装置在斜板下面移动；斜板5顶部和吸垢电极1底部之间的距离为100mm左右。

在拦截网6的靠近吸垢电极1的一侧设置有清污器7，清污器7通过四道纬绳安装固定在拦截网6的一侧，清污器7可以在四道纬绳上来回移动。固定清污器7的四道纬绳和固定拦截网6的四道纬绳之间设置了清污器连接柱9，用来保证清污器7在工作过程中和拦截网6保持一定的距离，清污器7清除拦截网6上的堵塞物的方式，采用滚动毛刷和负压吸附，清污器7在拦截网上定期来回移动，清除拦截网6上杂质，保持拦截网的过滤效率。

在循环水水体浊度比较低的循环水池里，可以不设置清污器7。可以将第二拦截网6.2和第一拦截网6.1上的主纬绳6.3和次纬绳6.5之间加工成快装式结构，等上设备停运检修时，可以在水池内之间进行人工清理，也可以将第二拦截网6.2取出水池，在水池外面进行人工清理。

进一步，在吸垢电极1上设置有浮漂和定位装置，用来保存它在水中的上下位置和水平位置。

本发明的工作原理如下：

首先本发明设备安装上述要求在循环水池中布置安装完毕，通过输入电源线4给每个控制器3供电，再通过吸垢导线2把控制器3输出的变频和直流偏执电源送到每个吸垢电极1上。

在低压高密度电信号的作用下，吸垢电极1的正负极板间水溶液中的正、负离子向极性相反的极板迁移，发生电子得失。

进一步，吸垢电极1中设置了两个正极和一个负极，两个正极之间有大电流高频交变信号，并和负极有直流偏执信号，用于促进电极内部循环水的扰动，以提高处理效率，且加快水电离产生OH^－的速度，在吸垢电极阳极附近发生氧化反应失去电子析出氧。同时，在该反应发生过程中，伴随一些副产物的产生。目前已检测到的有羟基自由基 -OH、次氯酸根CIO^－、过氧化氢H₂O₂、臭氧O₃等。这些物质具有很强的氧化性和渗透性，可以去除水中的有机物、抑制菌藻生长，并且可以起到防锈蚀、分解有害有机物的作用。一般情况下CaCO₃的晶型为排列整齐、结构致密、质地坚硬的针状方解石，外加电场作用下产生的上述副产物会影响CaCO₃的晶型，使之变为结构疏松的粒状纹石，不易附着从而易被水流带走，具有除垢的效果。

进一步，在负极上沉积的污垢会逐渐增多的一定厚度时，会影响电极的工作效率，如果长时间不清理掉污垢，也会发生正负极之间短路的问题；在本发明的控制器3中设置了自动除垢程序，根据循环水的结垢情况可以设置除垢的时间，当到达预设除垢时间时，控制器3输出反向的电流信号，使吸垢电极1原来的正极变为负极，原来的负极变成正极；在吸垢电极1上会产生微气泡，达到除垢效果；当电极除垢结束后，控制器3输出恢复原来正常吸垢的电流信号。在电极除垢设置方面一般除垢时间不大于吸垢时间的1/3，遇到特殊水质时，除垢时间要适当延长。

水电离产生的H⁺和OH^－，分别在电流的作用下向阴极和阳极迁移，H⁺在阴极被还原成H₂，由于阴极OH^－的增多，从而在阴极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。循环水中的成垢离子Ca²⁺为活泼金属离子，Ca²⁺不会被电化学还原，也不参与电极反应，Ca²⁺会在电场的作用下被吸引到阴极附近，与阴极附近大量的CO₃2－生成碳酸钙沉淀析出，沉淀会沉积于吸垢电极1的阴极表面，碳酸钙在负极表面沉积过程中，水体中的少量杂质也会附着在负极表面，和碳酸钙水垢一起形成复杂的污垢。循环水经过电解法处理后，水中的部分Ca²⁺会形成沉淀析出，循环水的硬度在一定程度上有所降低，从而减小了循环冷却水系统中换热设备发生结垢的概率，达到防除阻垢的目的。

另外，水是极性分子，在多种高密度电信号的作用下，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。如水分子的负极会吸附在冷却水中的阳离子Ca²⁺的周围，结合形成水合离子[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，实现防除阻垢目的。

本发明采用吸垢电极直接投入到水池中的一种改进应用方法，不但投入成本小，而且完全实现了全自动清理吸附在电极的水垢，在运作过程中实现了免维护。由于不再需要频繁的提取电极，可以将电极投放到水池中最佳的处理位置，可以实现更好的处理效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“ 顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，包括循环水箱（8），其特征在于，所述循环水箱（8）内设有吸垢电极（1），所述循环水箱（8）内的水面没过吸垢电极（1），所述吸垢电极（1）通过吸垢导线（2）与控制器（3）连接，控制器（4）与输入电源线（4）连接。

2.根据权利要求1所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述出水口和吸垢电极（1）之间设有拦截网（6），所述拦截网（6）的顶部高出水面，用于拦截上浮在水面的杂质，所述拦截网（6）的底部与循环水箱（8）的池底接触，用于拦截水池底部沉积污垢。

3.根据权利要求2所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述吸垢电极（1）一侧的拦截网（6）布置为直线或三角形或弧形。

4.根据权利要求2所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述拦截网（6）包括第一拦截网（6.1）和第二拦截网（6.2），第一拦截网（6.1）包括上下设置的主纬绳（6.3）和次纬绳（6.5）；第二拦截网（6.2）包括上下两条次纬绳（6.5）；主纬绳（6.1）上设置有若干个经绳（6.3），经绳（6.7）依次穿过第一拦截网（6.1）上的主纬绳（6.3）和次纬绳（6.5）和第二拦截网（6.2）上的两条次纬绳（6.5）后，经绳6.3的底部连接有配重块（6.6）。

5.根据权利要求4所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述第一拦截网（6.1）和第二拦截网（6.2）之间设有空隙（6.4），所述空隙（6.4）设置在水面下90-110mm，用于流出干净的循环水。

6.根据权利要求1所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述吸垢电极（1）下设有若干斜板（5），用于加快污垢的沉降速度。

7.根据权利要求2所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述拦截网（6）与吸垢电极（1）之间设有清污器（7）。

8.根据权利要求1所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述吸垢电极（1）中设置了两个正极和一个负极，所述两个正极之间有大电流高频交变信号，并和负极有直流偏执信号，用于促进电极内部循环水的扰动，以提高处理效率，且加快水电离产生OH^－的速度，在吸垢电极阳极附近发生氧化反应失去电子析出氧。

9.根据权利要求1所述的低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，所述控制器（3）中设置了自动除垢程序，所述自动除垢程序可以根据循环水的结垢情况设置除垢的时间。

10.一种低成本免维护循环水电化学污垢处理技术装置系统，其特征在于，操作步骤如下：

S1:通过输入电源线（4）给每个控制器（3）供电，每个控制器（3）再通过每个吸垢导线（2）把控制器（3）输出的变频和直流偏执电源送到每个吸垢电极（1）上；

S2:在低压高密度电信号的作用下，吸垢电极（1）的正负极板间水溶液中的正、负离子向极性相反的极板迁移，发生电子得失；

S3：当到达控制器(3)中预设除垢时间时，所述控制器（3）输出反向的电流信号，使吸垢电极（1）原来的正极变为负极，原来的负极变成正极；在吸垢电极（1）上会产生微气泡，达到除垢效果；当电极除垢结束后，所述控制器（3）输出恢复原来正常吸垢的电流信号。