CN111285441A - 一种自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业水处理领域，尤其是一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，用以解决电解除垢不彻底、清垢程序复杂、运行成本高、阳极板易腐蚀的问题。本发明由集显系统、筒体支撑辅助系统、参数控制系统及旋转电解除垢系统模块化组装而成，可通过设置不同参数实时显示预览。筒体支撑系统内嵌一圈不锈钢阴极板；旋转电解系统固定有四片弧形耐腐蚀阳极片，内置一圈不锈钢阴极板网，阳极分别距内外不锈钢阴极3cm和5cm，形成强、弱双电解场，可提高电解效率。电解系统还固定有刮垢连接轴及三种类型的刮垢锯齿板，可通过旋转对阴极板表面结垢进行清除。
Description
技术领域：
本发明涉及工业水处理领域，尤其是涉及一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置。
背景技术：
以工业为基础支撑的现代社会经济飞速发展，工业用水量巨大，水资源短缺问题日益紧张，亟需加强工业水循环利用并扩大可用水资源范围。现有循环冷却水回用系统主要存在换热器及管路系统中的水垢沉积、堵塞及管道腐蚀等问题。现有的解决方案当中，应用最为广泛的是化学药剂法，通过多种药剂混配制备出具有缓蚀阻垢性能的药剂，虽在一定程度上具有预防结垢和控制腐蚀的功能，但是同时也存在着诸多弊端，如加药运行方式繁琐，阻垢药剂成本昂贵，以及处理后排水中含有的磷会对环境造成污染等问题。
近些年来，引用电化学法作为一种主动式的水垢去除技术的研究越来越多。单纯的电化学技术用于除垢存在着天然的优势，通过直流电源在极板两端施加电压，阴阳极板间形成区域电场，使钙、镁离子定向移动至阴极板表面沉淀，从而达到去除水中硬度的目的。另一方面，对于冷却水中氯离子，传统药剂处理过程的方法需通过序批式连续排水的方式降低浓缩倍数，避免氯离子浓度升高。而在电化学系统中，氯离子在阳极表面发生氧化还原反应，使其转变为氯气，并溶于水中形成活性氯，可“变废为宝”，具有降低冷却水中COD含量及除菌藻的功能。
结合目前电化学除垢技术现状，依然存在着运行成本高、除垢效果不彻底、除垢方式繁琐、运行维护成本高及阳极极板消耗快等弊端。众所周知，电化学除垢的主要影响因素在于阳极板材料的耐腐蚀性、电导性、腐蚀电位高低等，阳极材料作为牺牲电极，对电流传质效率、工作寿命、去除效果起着至关重要的作用。因此，如何提高阳极材料电化学性质、降低电化学除垢运行及维护成本将极大的制约着其应用前景。
发明内容：
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种高效除垢的电化学装置，解决了现有成本高、除垢不彻底、清垢繁琐的问题。其特征在于：一种自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，包括顶部集显系统(1)、筒体支撑辅助系统(2)、旋转电解除垢系统(3)及参数控制系统(5)；所述的顶部集显系统(1)固定于除垢反应系统顶部，其上、下侧分别固定顶盘、底座及防渗材料；所述参数控制系统(5)由集成电路板构成，底部辅支撑架(6)连接筒体支撑辅助系统(2)，并通过外部连接管(4)与顶部集显系统(1)相连，达到实时设置、控制电解反应；所述旋转电解除垢系统(3)镶嵌于筒体支撑辅助系统(2)，并由一层绝缘材料相隔，上方与顶部集显系统(1)相连，并装有密封、绝缘材料；
更进一步的，所述顶部集显系统(1)，其特征在于，由顶部遮阳盘(101)、一块7.9英寸的LCD显示屏(102)、旋转电机系统(103)、传动轴(104)、内部传动轴接口(105)以及筒体连接卡扣(106)组成；
所述筒体支撑系统(2)，其特征在于：由进水口(201)、筒体保护壳(202)、不锈钢极板 (203)、固定轴(204)、出水口(205)、筒体支撑架(206)、排渣控制阀(207)及排渣控制口(208)构成；特别地，所述筒体保护壳(202)由铸铁制成并涂刷2层耐高温绝缘漆于内外，筒体外直径为420±3mm，筒体高950±5mm；所述进(201)、出水口(205)分别位于筒体下侧和上侧，为DN50；所述排渣控制口(208)及控制阀(207)在筒体底部椭圆出口处，用于排渣排垢；所述筒体支撑架(206)为三角铁材质，装于筒体底部，与地面形成40°夹角；所述固定轴(204)位于筒体下侧，为420×40×40mm的不锈钢及PP膜组成，用以连接筒体两端以及固定旋转电解除垢系统(3)；所述不锈钢极板(203)内嵌于筒体一圈，上、下部距筒体两端约50mm，空余出附有绝缘材料；
所述旋转电解除垢系统(3)，其特征在于，由顶部防渗连接卡扣(301)、顶部传动连接阀(302)、极板固定阀(303)、刮垢锯齿板A型(304)、刮垢锯齿板B型(305)、刮垢连接轴(306)、中心固定圈轴(307)、耐腐蚀阳极片(308)、固定架(309)、固定式圆筒不锈钢阴极板网(310)、刮垢锯齿板C型(311)、中心旋转轴(312)和底部旋转固定转换螺口(313) 构成。特别地，在该系统中，所述耐腐蚀阳极片(308)与筒体阴极板(203)、固定式圆筒不锈钢阴极板网(310)的距离分别为32±1mm和52±1mm；所述中心固定圈轴(307)连接固定式圆筒不锈钢阴极板(310)，中心旋转轴(213)通过三个固定架(309)将耐腐蚀阳极片 (308)、刮垢连接轴(306)及刮垢锯齿板(304、305、311)相连固定；所述刮垢连接轴(306) 及刮垢锯齿板，其特征在于，刮垢锯齿板A304和B305型，每组分布大小等宽等尺寸的刮垢锯齿板，规格为30×5×20mm(PP材料与胶皮封端)，每组的锯齿板交错相对；刮垢锯齿板C 型(311)由一组构成，每组锯齿板规格为50×3×20mm(PP材料与胶皮封端)交错安装(如附图5)；本发明的刮垢锯齿板(ABC型)的长度刚好触碰到筒体阴极板(203)、固定式圆筒不锈钢阴极板(310)的表面，当中心旋转轴(312)通过顶部传动连接阀(302)、内部传动轴接口(105)连通至旋转电机系统(103)时，阳极片以及三组刮垢锯齿板系统会随之一起转动，达到旋转电解、除垢的目的。
所述耐腐蚀阳极片(308)，其特征在于，由2对共四组构成，每片规格为120×3.5×80 mm；弧度可通过每片极板平放时，其两端与平面夹角计算，特别地，本发明所制备其弧度夹角为9～10°，更进一步地，极板基底为钛极板，表面负载包含不同质量比的的ZnO、PbO2、CuO 以及SnO2在内的多种金属氧化物掺杂材料；
本发明的有益效果是：在本发明中，待处理水自电化学除垢装置的筒体支撑辅助系统的底部进水口进入反应系统，在电解区域，构成阴极-阳极-阴极双重体系，充分发挥阳极板两侧的功能，在相同时间内更大效益的去除水中硬度。阴极分别固定于筒体与中心固定轴侧，表面会随着电解时间的增加而结垢，而本发明的另一特点在于中心旋转轴联动的刮垢连接轴，通过无数的刮垢锯齿板对内外的阴极板表面产生的垢进行实时旋转去除，垢则会落入底部收集槽，定期由排渣口排出，达到自动除垢的目的。
与现有技术相比，1)阳极片内外因不同极板间距构成强、弱双电解区域体系，电解效率明显提升；2)本发明的弧形钛基负载多金属导电层材料，极大的地提高了极板表面耐腐蚀性以及腐蚀电位，阳极极板寿命可增加1.5倍以上，极大地降低维护成本；3)筒体内嵌两套刮垢锯齿板，相比其他压杆、传动除垢装置极大地降低成本，也更加便于维护运行。
附图说明：
下面将结合附图，对本发明作进一步说明。
图1为该装置总体示意图；
1：顶部集显系统；2：筒体支撑辅助系统；3：旋转电解除垢系统；4：外部连接管；5：参数控制系统；6：控制系统支架；
图2为分解示意图，主要包括顶部集显系统(1)和筒体支撑辅助系统(2)示意图；
101：顶部遮阳；102：LCD显示屏；103旋转电机系统；104外部传动轴；105传动轴接口；106筒体连接卡扣.
201：进水口；202：筒体保护壳；203：不锈钢极板；204：固定轴；205：出水口；206：筒体支撑架；207：排渣控制阀；208：排渣控制口
图3为旋转电解除垢系统明细示意图；
301：防渗连接卡扣；302：传动连接阀；303：极板固定阀；304：刮垢锯齿板A型；305：刮垢锯齿板B型；306：刮垢连接轴；307：中心固定圈轴；308：耐腐蚀阳极片；309：固定架；310：固定式圆筒不锈钢阴极板；311：刮垢锯齿板C型；312：中心旋转轴；313：旋转固定转换螺口。
图4为电解除垢装置俯视切面示意图；
图5为刮垢连接轴及刮垢锯齿板示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，进一步详细说明本发明的具体实施方式，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明，一种自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，参考图2和图3，其工作过程为，待处理循环冷却水自(205)进水口进入，连通直流电源，通过参数控制系统(5)设置不同电压、以顶部集显系统的显示屏(102)所显示；
进一步地，当系统运行时，旋转电机系统(103)通过传动轴接口(105)、传动连接阀(302) 连接旋转电解除垢系统(3)，耐腐蚀阳极(308)和刮垢连接轴(306)上的刮垢锯齿板(305、 306、311)会随着一起转动，一方面，强、弱电解反应同时在进行；另一方面，刮垢锯齿板会对内、外两层不锈钢阴极进行表面实时刮垢处理，保证电解效率的稳定。
实施例：
当电化学反应正常运行时，进水氯离子浓度为56mg/L时，硬度为6800mg/L(甲基橙硬度，以CaCO3计)，当水力停留时间5min，极板电流密度为8mA/cm2时，单次反应出水氯离子浓度为32mg/L，硬度低于2000mg/L，去除效率分别达到了43.0％和70.5％。
开创性地，本发明弧形耐腐蚀阳极片稳定耐腐蚀，且各系统方便拆解、替换，除垢方式简单高效。
Claims (6)
1.一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，其特征在于，包括顶部集显系统(1)、筒体支撑辅助系统(2)、旋转电解除垢系统(3)和参数控制系统(5)四个模块，所述顶部集显系统(1)通过外部连接管(4)与参数控制系统(5)相连，旋转电机系统(103)通过传动轴(104)带动旋转电解除垢系统(3)；所述旋转电解除垢系统(3)嵌套于筒体支撑辅助系统(2)，并配有四组弧形耐腐蚀阳极片(308)、圆筒不锈钢阴极板网(310)、刮垢连接轴(306)及刮垢锯齿板A型(304)、刮垢锯齿板B型(305)、刮垢锯齿板C型(311)。
2.根据权利要求1所述的一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，其特征在于，所述顶部集显系统(1)配有7.9英寸LCD显示屏(102)，可通过连接管(4)实时显示预览由参数控制系统(5)设置的反应参数。
3.根据权利要求1所述的一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，其特征在于，旋转电机系统(103)通过传动轴(104)、内部传动轴接口(105)带动旋转电解除垢系统(3)，实现同时对不锈钢极板(203)和固定式圆筒不锈钢阴极板网(310)表面进行清垢处理的功能。
4.根据权利要求1所述的一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，其特征在于，所述弧形耐腐蚀阳极片(308)由四组构成，平放地面时两端与地平线夹角为10°±1°，每片规格为120×3.5×80mm，极板基底为钛极板，表面负载不同质量比的ZnO、PbO2、CuO以及SnO2金属氧化物材料，且耐腐蚀阳极片(308)距不锈钢极板(203)和固定式圆筒不锈钢阴极板网(310)分别为30mm和50mm，电解过程形成强、弱双电解场。
5.根据权利要求1所述的一种可自动旋转高效除氯除垢的模块化电化学装置，其特征在于，所述刮垢连接轴(306)上安装的刮垢锯齿板分为A型(304)、B型(305)和C型(311)，尺寸分别为30×5×20mm、30×5×20mm和50×3×20mm。
6.根据权利要求5所述的刮垢锯齿板，其特征在于，A型与B型相互交错安装于两个连接轴，C型锯齿板交错装于同一个连接轴，特别地，锯齿板为PP材料，且刮垢处(与不锈钢极板触碰处)为一层2mm厚的橡胶材料。
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