CN112110577A - 一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，包括反应室、自动清垢装置、臭氧发生装置以及微晶过滤器，所述反应室内设置有多组阴极板和阳极板，用于进行电解反应；所述自动清垢装置与所述反应室连接，用于对所述反应室内的阴极板上沉积的沉淀物进行清理；臭氧发生装置与所述反应室连接，用于向所述反应室输送臭氧；微晶过滤器与所述反应室连接，用于去除经过所述反应室处理后的水中悬浮的沉淀物。本发明还提供一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法。本发明可以提高除垢、除氯效果和自动化水平。
Description
技术领域
本发明属于水处理的技术领域，具体涉及一种电化学与臭氧联合除氯、除垢系统及方法。
背景技术
在我国部分地区的地下水中存在氯离子含量偏高的问题，工业用水中一般也含有较高浓度的钙、镁、氯等离子，在循环使用过程中，不仅会容易结垢，造成设备堵塞，而且，含高浓度氯离子的水对钢材有很明显的腐蚀作用，而采用耐氯离子腐蚀的钢材又比较昂贵，不适合大面积使用，因此，需要对其进行除垢、除氯处理。
目前，电化学法已成为一种常用的水处理技术，可以在一定程度能够达到除垢、除氯的效果，但存在以下不足：
(1)阴极上覆盖的水垢，一般都是采用人工手动清理，费时费力；也有少部分采用自动清理，但是清理机构都是设置在反应室内部，导致反应室内可供电化学反应的体积变小，不仅处理效率低，且不便安装、维护。
(2)阳极反应产生的氯气，无法及时排出，容易与水发生反应，再次转变为氯离子，导致氯离子去除的效率低，只有15％左右。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统及方法，可以提高除垢、除氯效果和自动化水平。
解决本发明技术问题所采用的技术方案如下：
根据本发明的一个方面，提供一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其技术方案为：
一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，包括反应室、自动清垢装置、臭氧发生装置以及微晶过滤器，所述反应室内设置有多组阴极板和阳极板，用于进行电解反应；所述自动清垢装置，与所述反应室连接，用于对所述反应室内的阴极板上沉积的沉淀物进行清理；臭氧发生装置，与所述反应室连接，用于向所述反应室输送臭氧；微晶过滤器，与所述反应室连接，用于去除经过所述反应室处理后的水中悬浮的沉淀物。
优选的，所述自动清垢装置包括检测模块、控制模块以及清垢组件，所述检测模块连接在所述阴极板和所述阳极板构成的电解反应电路上，用于检测所述阴极板和所述阳极板之间的电流强度，并传递检测到的所述电流强度信息；所述控制模块，与所述检测模块电连接，用于接收检测模块检测到的电流强度信息，将不同时间检测到的电流信息与初始电流强度信息进行比较，并根据比较结果发布启动清垢/停止清垢指令；所述清垢组件，与所述控制模块电连接，用于执行所述控制模块发布启动清垢/停止清垢指令。
优选的，所述清垢组件可以为包括轨道、支撑架以及喷头组，所述轨道，设置于所述反应室的顶部；所述支撑架，设置于所述轨道上，并与控制模块电连接，使所述支撑架在所述控制模块的控制下，能够在所述轨道上平移；在所述支撑架上设置有滑轨，所述喷头组与所述滑轨活动连接，所述喷头组还与所述控制模块电连接，使所述喷头组在所述控制模块的控制下，能够在所述滑轨上上下移动。
优选的，所述喷头组包括第一喷头和第二喷头，所述第一喷头和所述第二喷头对称设置，且所述第一喷头和所述第二喷头之间的距离大于所述阴极板的厚度；所述喷头组内的水为高压水，所述高压水的压力为1-10MPa。
优选的，所述清垢组件还可以为包括刮刀组和提升机构，所述刮刀组，设置于所述反应室的顶部，所述刮刀组的数量与所述阴极板的数量相同，每个刮刀组的位置与所述阴极板的位置在竖直方向一一对应；所述刮刀组包括第一刮刀和第二刮刀，所述第一刮刀和所述第二刮刀之间的距离与所述阴极板的厚度相适应；所述提升机构，与所述阴极板连接，还与所述控制模块电连接，使所述提升机构在所述控制模块的控制下，能够将所述阴极板提出和推入所述反应室。
优选的，电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统还包括氯离子检测仪，所述氯离子检测仪设置于所述反应室的出水口上，用于检测经过所述反应室处理后的水的氯离子含量信息，并传递检测到所述氯离子含量信息；所述臭氧发生装置，与所述氯离子检测仪电连接，所述臭氧发生装置能够根据所述氯离子信息控制自身的功率。
优选的，所述微晶过滤器为倒U型回流结构，所述微晶过滤器内设置有颗粒状的过滤介质，所述过滤介质的直径为0.1-5cm。
优选的，所述微晶过滤器的入口设置有第一控制阀和第四控制阀，所述微晶过滤器的出水口设置有第二控制控制阀和第三控制阀；所述第一控制阀与所述反应室的出水口连接，所述第二控制阀用于排出经所述微晶过滤器处理后的水；所述第三控制阀用于通入高压水，对所述过滤器进行反冲洗，所述第四控制阀用于排出所述微晶过滤器的反冲洗水。
优选的，所述阴极板、所述阳极板均采用比表面积大的多孔导电材料，所述阴极板和所述阳极板大小相同、形状相同；所述阴极板、所述阳极板的数量为多块，多块所述阴极板和所述阳极板交错分布在所述反应室内的同一水平面上。
本发明实施例公开的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，通过设置自动清垢装置和微晶过滤器，可以在所述阴极板和所述阳极板之间的电流强度下降到一定程度时(表明阴极板上的污垢沉淀物达到了特定的厚度)及时自动将阴极板上的沉淀物清除，并对反应室处理后的水进行过滤，提高了除垢效率和自动化水平。将自动清垢装置设置在反应室外，可以在反应室内设置更多的阴极板和阳极板组，从而提高处理能力。通过设置臭氧发生装置，利用具有强氧化性的臭氧协同阳极产生氯气并加快氯气排出效率，可以有效提高除氯效果。通过设置氯离子检测仪与臭氧发生装置形成单回路控制，可以对臭氧的供应量进行有效调节，可以减少能耗。通过对微晶过滤器进行反冲洗，使过滤介质再生，以确保微晶过滤器保持良好的过滤性能，从而提高过滤效果。
根据本发明的另一个方面，提供一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，其技术方案为：
一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，采用以上所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，具体包括以下步骤：
(1)电解：将被处理水源通入到反应室内，并通入臭氧，接入电源进行电解反应，使水中的金属阳离子在阴极转化为氢氧化物、碳酸盐类的沉淀物，并沉积在阴极板上；使水中的氯离子在阳极转化为氯气。
(2)清垢：利用自动清垢装置对阴极板与阳极板之间的电流强度进行检测和比较，当电流强度较初始电流强度下降到一定程度时，对沉积在阴极板上的沉淀物进行清理，使沉淀物脱落、沉降，并从反应室底部的排渣口排出。
(3)过滤：将反应室处理后的水通入到微晶过滤器中进行过滤，用以除去悬浮在水中的沉淀物，并可以通过输入高压水到微晶过滤器进行反冲洗，使微晶过滤器的过滤介质再生。
本实施例公开的电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，通过将水中的钙、镁的等离子的转化为沉淀物，并及时清除，从而达到提高除垢效果；通过臭氧协同阳极产生氯气，并及时排出，可以提高氯离子的去除效果。
附图说明
图1为实施例1电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统的结构示意图；
图2为图1中自动清垢装置的清垢组件结构示意图；
图3为图1中自动清垢装置的清垢组件的另一种结构示意图；
图中：1-反应室；11-入水口；12-布水器；13-阴极板；14-阳极板；15-气体分布器；16-排渣口；17-溢流槽；2-自动清垢装置；21-支撑架；22-轨道；23-喷头组；231-第一喷头；232-第二喷头；24-提升机构；25-刮刀组；3-臭氧发生器；31-气体控制阀；4-微晶过滤器；41-第一控制阀；42-第二控制阀；43-第三控制阀；44-第四控制阀；5-氯离子检测仪；6-水泵；7-高压水。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明作进一步清楚、完整的描述。
实施例1
如图1、图2所示，本实施例公开一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，包括电源、反应室1、自动清垢装置2、臭氧发生装置3以及微晶过滤器4，其中：
电源的电压不超过36V；反应室1与被处理水源连接，反应室1内设置有多组由阴极板13和阳极板14相间形成的电极组，阴极板13与电源的负极连接，阳极板14与电源的正极连接，用于进行电解反应；自动清垢装置2与反应室1连接，用于检测阴极板13和阳极板14之间的电流信息，并根据电流信息对阴极板13上产生的沉淀物进行清理；臭氧发生装置3与反应室上设置的气体分布器15连接，用于向反应室1输送臭氧；微晶过滤器4与反应室1的出水口上设置的溢流槽17连接，用于去除反应室1处理后的水中悬浮的沉淀物。
具体的，反应室1设置有布水器12，布水器12与反应室1的入水口11连接，布水器12的底部设置有均匀分布的多个进水孔，以便均匀分散的通入含高氯、高盐的水，减少对反应室内水体的搅动，影响水处理效果。布水器12的材质优选为不锈钢或PVC等耐腐蚀材质，本实施例不作进一步限定。
阴极板13与电源的正极连接，阳极板14与电源的负极连接，阴极板13和阳极板14分别用绝缘材料固定在反应室内，以防止短路。阴极板13和阳极板14的大小相同、形状相同，阴极板13和阳极板14数量均为多块，且阴极板13和阳极板14交错分布在反应室1内的同一水平面上，相邻的阴极板13和阳极板14之间的距离优选为小于等于1m，具体的可以根据实际情况确定，本实施例不作进一步限定。
阴极板13和阳极板14优选以碳钢为骨架，在骨架外设置有比表面积大的多孔导电材料，在阳极板的表面还设置有贵金属涂层，贵金属涂层包括钛、铱、钌、铂、铑、鈀中的一种或多种，本实施例不作进一步限定。
反应室1的底部设置有排渣口16，反应室1底部优选为锥形，以便沉淀物沉降汇集并从排渣口16排出。反应室1的顶部设置溢流槽17(即反应室的出水口)，被处理后的水从溢流槽17排出。
具体的，如图2所示，自动清垢装置2包括检测模块、控制模块和清垢组件，其中：检测模块连接在阴极板13和阳极板14构成的电解反应电路上，用于检测阴极板13和阳极板14之间的电流强度，并传递检测到的电流强度信息；控制模块与检测模块电连接，用于接收检测模块检测到的电流强度信息，并将不同时间检测到的电流信息与初始电流强度信息进行比较，控制模块还与清垢组件电连接，用于根据电流强度信息比较结果对清垢组件发出启动清垢/停止清垢指令；清垢组件根据接收到的控制模块的启动清垢指令对阴极板执行清垢操作，及时将阴极板上的沉淀物清除，直至检测到的电流强度恢复到初始电流强度的适当范围后，控制器发出停止清垢指令，清垢组件停止清垢。本实施例中，检测模块优选为远程电流表，即可以将检测到的电流信息以4-20mA电流形式的信号远程传递至控制模块，控制模块优选为PLC模块。
本实施例中，清垢组件的启动清垢和停止清垢的操作流程优选设置为：当检测模块检测的电流强度与初始电流强度相比，减小了30％-50％时，启动清垢操作；当清垢组件执行一轮清垢操作后，若检测到的电流强度与初始电流强度相比，电流的减小程度仍处于初始电流强度的30％-50％时，则继续执行清垢操作；若检测到的电流强度恢复到初始电流强度、或与初始电流强度相比，电流减小程度小于30％时，停止清垢操作。
具体的，清垢组件包括轨道22、支撑架21及喷头组23，其中：轨道22设置于反应室1的顶部；支撑架21设置于轨道22上，并与控制模块电连接，使支撑架在控制模块的控制下，能够在轨道上平移，即当控制模块发出启动清垢/停止清垢指令时，支撑架21在轨道22上沿水平方向移动；在支撑架21上设置有滑轨，滑轨的方向沿竖直方向，喷头组23与滑轨活动连接，且喷头组23还与控制模块电连接，使喷头组在控制模块的控制下，能够在滑轨上上下移动，即当控制模块发出启动清垢/停止清垢指令时，喷头组23能够在滑轨上沿竖直方向上下移动，使喷头组23能够伸入或伸出反应室1中，且在喷头组23在滑轨上上下移动时，喷头组23的位置和阴极板13的位置在竖直方向上一一对应，以便准确地对阴极板13进行清洗；再通过支撑架21在轨道22上平移，可以使喷头组23能够对多个阴极板13逐个进行清洗。
进一步的，喷头组23包括第一喷头231和第二喷头232，第一喷头231和第二喷头232对称设置，且第一喷头231和第二喷头232之间的距离大于阴极板13的厚度。喷头组23内的水优选为高压水7，高压水7的压力优选为1-10MPa，以提高对阴极板13上沉淀物的清理效果。
当自动清垢装置2的检测模块检测到阴极板13和阳极板14之间电流强度与初始电流强度相比，减小了30％-50％时，控制模块发出启动清垢指令，控制清垢组件执行清垢操作：通过支撑架21在轨道22上的平移、喷头组23在支撑架21的滑轨上的上下移动的相互配合，以实现对阴极板13的清垢处理；且在清垢过程中，使对称的第一喷头231和第二喷头232分别处于阴极板13的两侧，以避免阴极板13受力不均而损坏，沉积在阴极板13上的沉淀物在第一喷头231和第二喷头232喷出的高压水的冲击下，逐渐从阴极板13上脱落，并经过沉降，汇集到反应室1的底部，最后从反应室1底部的排渣口16排出。本实施例中，第一喷头231和第二喷头232喷出的高压水优选为呈扇形。
具体的，臭氧发生装置3提供的臭氧优选为臭氧组分含量为10％-50％。在反应室1上还设置有气体入口，臭氧发生器3的出口与反应室1的气体入口连接，并在反应室1内设置气体分布器15，即反应室1的气体入口与气体分布器15连接，气体分布器15上设置有均匀分布的多个排气孔，排气孔优选为与阳极板14的位置相对，以便臭氧协同阳极将氯离子转化为氯气，生产的氯气一部分直接逸出水面，另一部分与水反应生产次氯酸，次氯酸具有强氧化性，可以起到杀菌灭藻的作用。另外，臭氧会发生氧化还原反应产生氧气，在臭氧及臭氧被氧化还原后的氧气逸出水面的同时可以携带或促进氯气排出水面，可以减少氯气与水反应的量，从而可以提高水中氯离子的去除率。气体分布器15采用塑料材质，如PVC、PP、PE、PU、PVD等。
进一步的，本实施例中的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统还包括氯离子检测仪5，氯离子检测仪15设置于反应室1的出水口上，优选为设置于反应室1的出水口上设置的溢流槽17上，用于检测经过反应室1处理后的水的氯离子含量信息，并传递检测到氯离子含量信息；氯离子检测仪5与臭氧发生装置3电连接，使臭氧发生装置3能够根据接收到的氯离子含量信息控制自身的功率，以改变臭氧的供应量。在臭氧发生装置3的出口设置有气体控制阀31，用于控制臭氧发生装置3向反应室1通入臭氧。
本实施例中，氯离子检测仪5优选为CM-04-18智能氯离子水质测定仪，臭氧发生装置优选为ZT变频制氧—臭氧发生器CF-G-2-50Kg/h(以下简称臭氧发生器)。通过CM-04-18智能氯离子水质测定仪将检测到的水中的氯离子信息转换为4-20mA的电流信号并经安全栅(安全栅用于过滤强电流，保护自动变频器及臭氧发生器)传递至臭氧发生器上的自动变频器，自动变频器根据接收到的4-20mA电流信号，调整臭氧发生器自身的功率，从而调节臭氧的产生量，形成一个有序的臭氧供应自动控制循环，以适应反应室内除氯过程对臭氧的用量需求的变化，在增强除氯效果的前提下，实现节能。
当检测到的氯离子的含量较低时(如低于排放标准时)，通过降低臭氧发生装置自身的功率，来减少臭氧的供应量，到达节约能耗的效果；当检测到的氯离子的含量较高时，通过增大臭氧发生装置自身的功率，以增加臭氧的供应量，增强臭氧对阳极生成氯气的协同作用，提高氯气的排出效果，从而提高对氯离子的去除效果。本实施例中，通过氯离子检测仪5和臭氧发生装置3形成单回路控制，实现对臭氧供应量的有效调节，不仅可以提高除氯效果，还能节约能耗。
具体的，微晶过滤器4进水口与反应室出水口连接，并设置有水泵6，通过水泵6将反应室1的水输送至微晶过滤器4。微晶过滤器4优选采用倒U型结构，倒U型结构内设置有颗粒状的过滤介质，过滤介质优选采用具有高吸附性的颗粒状填料。过滤介质的直径优选为0.1-5cm，过滤介质的材质可以是有机高分子材料，也可以固体无机盐，本实施例不作进一步限定。
进一步的，在微晶过滤器4的入口设置有第一控制阀41和第四控制阀44，在微晶过滤器4的出水口设置有第二控制控制阀42和第三控制阀43，其中：第一控制阀41与反应室1的出水口连接；第二控制阀42用于排出经微晶过滤器4处理后的水；第三控制阀43用于通入高压水7，对微晶过滤器4进行反冲洗(反冲洗的周期一般为5-10天，本实施例对反冲洗的周期不作进一步限定)；第四控制阀44用于排出微晶过滤器4的反冲洗水。
微晶过滤器4的反冲洗过程：关闭第一控制阀41和第二控制阀42，打开第三控制阀43和第四控制阀44，使高压水7由微晶过滤器4的出水口进入，对微晶过滤装置中的过滤介质进行冲洗，使吸附在过滤介质上的沉淀物(即水垢)脱落悬浮在水中，随着水流从微晶过滤器4的入口由第四控制阀44排出。
本实施例公开的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，通过设置自动清垢装置和微晶过滤器，可以在电流下降到一定程度时及时自动将阴极板上的沉淀物清除，并对反应室处理后的水进行过滤，提高了除垢效率和自动化水平。将自动清垢装置设置在反应室外，可以在反应室内设置更多的阴极板和阳极板，从而提高处理能力。通过设置臭氧发生装置，利用具有强氧化性的臭氧协同阳极产生氯气并加快氯气排出效率，可以有效提高除氯效果。通过设置氯离子检测仪与臭氧发生装置形成单回路控制，可以对臭氧的供应量进行有效调节，可以减少能耗。通过对微晶过滤器进行反冲洗，使过滤介质再生，以确保微晶过滤器的保持良好的过滤性能，从而提高过滤效果。
实施例2
本实施例公开一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其与实施例1的区别在于，自动清垢装置2中的具有清垢功能的清垢组件的结构不同，具体如下：
本实施例中，如图3所示，自动清垢装置2中的具有清垢功能的清垢组件设置于反应室1的顶部，清垢组件包括刮刀组25和提升机构24，其中：刮刀组25设置于反应室1的顶部，刮刀组25的数量与阴极板13的数量相同，每个刮刀组25的位置与阴极板13的位置在竖直方向一一对应；刮刀组25包括第一刮刀和第二刮刀，第一刮刀和所述第二刮刀之间的距离与阴极板13的厚度相适应；提升机构24与阴极板13连接，还与控制模块电连接，用于使提升机构24在控制模块的控制下，能够将阴极板13提出和推入反应室1。即在接收到控制模块的启动清垢指令时将阴极板13向上提出反应室1；在接收到停止清垢指令时，将阴极板13向下推入到反应室1中。
本实例中，自动清垢装置2的清垢过程如下：当自动清垢装置2中的检测模块检测到阴极板13和阳极板14之间电流强度与初始电流强度相比，减少到一定程度(优选为减少了30-50％)时，控制模块发出启动清垢指令，清垢组件执行清垢操作，通过提升机构24将阴极板13向上提拉，在此过程中处于阴极板两侧的第一刮刀和第二刮刀将沉积在阴极板上的沉淀物刮落。当清垢组件执行一轮清垢操作后，若检测到的电流强度与初始电流强度相比，电流的减小程度仍处于初始电流强度的30％-50％时，则继续执行清垢操作；若检测到的电流强度恢复到初始电流强度或与初始电流强度相比，电流减小程度小于30％时，则停止清垢操作，并将阴极板13推回到初始位置(即反应室内阴极板的安装位置)。被刮落的沉淀物经过沉降，最后从反应室1底部的排渣口16排出。
实施例3
本实施例提供一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，采用实施例1和实施例2所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，将电化学与臭氧联合处理，以达到高效的除垢、除氯的目的。
本实施例中的电化学与臭氧联合除垢、除氯方法，主要技术原理如下：
(1)当水的硬度较小时，水分子极化除垢：
当水的硬度(即水中的钙、镁的浓度)较小时(以CaCO3计，总硬度小于100mg/L)，阴、阳极间的电压差使水发生极化得到水偶极子。水偶极子的正极端朝向阴极，负极端朝向阳极，多个水偶极子按照正、负次序有序的排列，将水中的正、负离子包围并水化，以正、负极次序进入水偶极子群中。以Ca2+为例，水分子的负极会吸附在Ca2+的周围，结合形成水合离子[Ca(H2O)4]2+，这些水合离子在水中不能自由游动，因此，难以与器壁接触，也就不会生成水垢，同时使水分子趋向器壁，致使老污垢龟裂、变形，并逐渐脱落。
(2)水的硬度较大时，电化学反应除垢、除氯
当水的硬度较大时，水中的盐类的正、负离子较多，已不能完全被水偶极子水化，还有部分盐类的正、负离子处于游离状态，这些离子在静电引力作用下，Ca2+、Mg2+等阳离子向阴极运动，在阴极富集。在阴极和阳极之间维持一定的工作电流，使水中的钙、镁等金属阳离子在阴极反应生成氢氧化物、碳酸盐类的沉淀物，实现除垢；使水中的氯离子在阳极反应生成氯气，实现除氯。
(3)臭氧协同除氯
臭氧具有强氧化性，利用臭氧可以协同阳极反应产生氯气，一部分氯气直接释放排出水面，另一部分氯气与水反应生成次氯酸，再次回到水中。臭氧发生氧化还原反应生成氧气，氧气难溶于水，氧气释放过程可以携带氯气一同排出水面，提高了氯气排出水面的效率，从而减少氯气溶解于水中，达到提高除氯的效果。
据此，本实施例中的除垢、除氯方法，具体包括以下步骤：步骤一：电解
将水源通入到用于电解的反应室1内，并通入臭氧，接入电源进行电解反应，使水中金属阳离子(如钙离子、镁离子)在阴极转化为氢氧化物、碳酸盐类的沉淀物质，如氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钙等，并沉积在阴极板13上；使水中的氯离子在阳极转化为氯气。
具体的，在反应室内安装有阴极板13、阳极板14，将含有高氯、高盐的水源尽可能均匀分散的输入到反应室内，并通入臭氧，连接电源，进行电解反应。在电流的作用下，阴极附近的水电解产生高浓度的OH-离子，OH-与水中HCO3 -反应产生CO3 2-，CO3 2-会与水中的Ca2+、Mg2+等金属离子迅速结合，形成难溶于水的CaCO3、Mg(OH)2等沉淀物，并沉积在阴极板13上，从而降低水中Ca2+、Mg2+等金属离子含量，降低了水质硬度、碱度，避免在反应室1、换热器等结构件的表面结垢。
阴极反应具体如下：
4H2O+4e-＝2H2+4OH-
HCO3 -+OH-＝CO3 2-+H2O
Ca2++CO3 2-＝CaCO3↓
Mg2++2OH-＝Mg(OH)2↓
水中的Cl-、SO4 2-等阴离子向阳极运动，在阳极附近富集，Cl-在阳极转化为氯气，具有强氧化性的臭氧可以协同阳极产生氯气，一部分氯气直接释放排出水面，另一部分氯气与水反应生成次氯酸，利用次氯酸和臭氧的强氧化性，实现杀菌灭藻的效果。臭氧发生氧化还原反应生成氧气，氧气难溶于水，氧气释放过程可以携带氯气一同排出水面，从而减少氯气溶解于水中，达到提高除氯的效果。本实施例中的方法与传统方法相比，氯离子去除率可提高2-3倍。
阳极反应具体如下：
2H2O＝O2+4H++4e-
2Cl-＝Cl2↑+2e-
Cl2+H2O＝HCl+HClO
进一步的，对反应室处理后的水进行氯离子含量检测，并根据氯离子的含量调节臭氧的供应量。当检测到的氯离子的含量较低时(如低于排放标准时)，减少臭氧的供应量；当检测到的氯离子的含量较高时，增加臭氧的供应量，以增强臭氧对阳极生成氯气的协同作用，提高氯气的排出效果，从而增强对氯离子的去除效果。
步骤二：清垢
利用自动清垢装置2对阴极板13与阳极板14之间的电流强度进行检测和比较，当电流强度较初始电流强度下降到一定程度时，对沉积在阴极板13上的沉淀物进行清理，使沉淀物脱落、沉降，并从反应室1底部的排渣口16排出。
具体的，随着时间的延长，阴极反应生产的CaCO3、Mg(OH)2等沉淀物在电泳力的作用下吸附沉积在阴极板13上，形成水垢，随着时间的延长，水垢越来越厚，阴极板13和阳极板14之间的电流强度逐渐减弱，电解效率较低。本实施例优选设置为当电流强度与至初始电流相比减小了30％-50％时，启动自动清垢装置2对阴极板13上的水垢进行清理，以恢复除垢效率。具体包括以下步骤：
(2-1)检测阴、阳极之间的电流强度，并与初始电流强度进行对比，当电流强度减小30-50％时，启动自动清垢装置对阴极板13上的沉淀物进行清理，被清理后的沉淀物经过沉降，聚集在反应室底部。
具体地，清垢组件的启动清垢和停止清垢的操作流程优选设置为：当检测模块检测的电流强度与初始电流强度相比，减小了30％-50％时，启动清垢操作；当清垢组件执行一轮清垢操作后，若检测到的电流强度与初始电流强度相比，电流的减小程度仍处于初始电流强度的30％-50％时，则继续执行清垢操作；若检测到的电流强度恢复到初始电流强度、或与初始电流强度相比，电流减小程度小于30％时，停止清垢操作。
具体地，所述的清垢操作是通过实施例1中的清垢组件，包括轨道22、支撑架21及喷头组23，来进行清垢处理；或者所述的清垢操作是通过实施例2中的清垢组件，包括刮刀组25和提升机构24，来进行清垢处理。
(2-2)当反应室底部的沉淀物达到一定程度时，打开反应室底部的排渣口16，将反应室底部的沉淀物排出。
经过清理后，阴极板13上的水垢脱落，并沉降聚集在反应室的底部，反应室底部的沉淀物(水垢)达到一定厚度时，会在通入水源时被搅动，影响水的处理效果，此时需要打开反应室底部的排渣口16，将沉淀物排出。
步骤三：过滤
将反应室1处理后的水通入到微晶过滤器4中进行过滤，用以除去悬浮在水中的沉淀物，并可以通过输入高压水到微晶过滤器4进行反冲洗，使微晶过滤器的过滤介质再生。
具体的，在电化学处理过程中，阴极产生的沉淀物大约有30％左右会悬浮在水中，如果不及时处理，会在后续工序中沉积，因此需要对反应室处理后的水进行过滤，本实施例中的过滤器采用微晶过滤器4进行过滤。
进一步的，微晶过滤器4在使用一段时间后，由于微晶过滤器中的过滤介质表面吸附大量的沉淀物而导致微晶过滤器4的过滤性能下降，此时，需要对微晶过滤器4进行反冲洗，以恢复微晶过滤器的过滤能力。步骤三中对微晶过滤器4进行反冲洗，具体包括以下步骤：
(3-1)将反应室处理后的水由微晶过滤器4的入口通入，水中悬浮的沉淀物被微晶过滤器4中的过滤介质吸附，过滤后的水由微晶过滤器4的出水口排出，经过微晶过滤器4的过滤，可以使除垢效率提升20％-30％；
(3-2)在微晶过滤器4使用一段时间后(5-10天)，微晶过滤器4的会因为过滤介质外吸附大量的沉淀物而导致过滤性能下降，此时，切断反应室供水(即反应室处理后的水)和过滤器出水(即微晶过滤器处理后的水)，将高压水7由微晶过滤器4的出水口通入，对微晶过滤器4进行反冲洗，使微晶过滤器4内的过滤介质进行再生，以恢复微晶过滤器4中的过滤介质对沉淀物的吸附能力，使微晶过滤器4保持良好的过滤性能，对微晶过滤器4进行反冲洗后的水由微晶过滤器4的入水口排出。
本实施例公开的电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，通过将水中的钙、镁的等离子的转化为沉淀物，并及时清除，从而达到提高除垢效果；通过臭氧协同阳极产生氯气，并及时排出，可以提高氯离子的去除效果。
可以理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，然而本发明并不局限于此。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变形和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，包括反应室(1)、自动清垢装置(2)、臭氧发生装置(3)以及微晶过滤器(4)，
所述反应室(1)内设置有多组阴极板(13)和阳极板(14)，用于进行电解反应；
所述自动清垢装置，与所述反应室连接，用于对所述反应室内的阴极板上沉积的沉淀物进行清理；
臭氧发生装置，与所述反应室连接，用于向所述反应室输送臭氧；
微晶过滤器，与所述反应室连接，用于去除经过所述反应室处理后的水中悬浮的沉淀物。
2.根据权利要求1所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，所述自动清垢装置(2)包括检测模块、控制模块以及清垢组件，
所述检测模块连接在所述阴极板和所述阳极板构成的电解反应电路上，用于检测所述阴极板和所述阳极板之间的电流强度，并传递检测到的所述电流强度信息；
所述控制模块，与所述检测模块电连接，用于接收检测模块检测到的电流强度信息，将不同时间检测到的电流信息与初始电流强度信息进行比较，并根据比较结果发布启动清垢/停止清垢指令；
所述清垢组件，与所述控制模块电连接，用于执行所述控制模块发布启动清垢/停止清垢指令。
3.根据权利要求2所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，所述自动清垢装置(2)的清垢组件包括轨道(22)、支撑架(21)以及喷头组(23)，
所述轨道(22)，设置于所述反应室的顶部；
所述支撑架(21)，设置于所述轨道上，并与控制模块电连接，使所述支撑架在所述控制模块的控制下，能够在所述轨道上平移；
在所述支撑架上设置有滑轨，所述喷头组与所述滑轨活动连接，所述喷头组(23)还与所述控制模块电连接，使所述喷头组(23)在所述控制模块的控制下，能够在所述滑轨上上下移动。
4.根据权利要求3所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，
所述喷头组(23)包括第一喷头(231)和第二喷头(232)，所述第一喷头和所述第二喷头对称设置，且所述第一喷头和所述第二喷头之间的距离大于所述阴极板的厚度；
所述喷头组内的水为高压水，所述高压水的压力为1-10MPa。
5.根据权利要求2所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，所述自动清垢装置(2)的清垢组件包括刮刀组(25)和提升机构(24)，
所述刮刀组(25)，设置于所述反应室的顶部，所述刮刀组的数量与所述阴极板的数量相同，每个刮刀组的位置与所述阴极板的位置在竖直方向一一对应；
所述刮刀组包括第一刮刀和第二刮刀，所述第一刮刀和所述第二刮刀之间的距离与所述阴极板的厚度相适应；
所述提升机构(24)，与所述阴极板连接，还与所述控制模块电连接，使所述提升机构在所述控制模块的控制下，能够将所述阴极板提出和推入所述反应室。
6.根据权利要求1所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，还包括氯离子检测仪(5)，
所述氯离子检测仪(5)，设置于所述反应室的出水口上，用于检测经过所述反应室处理后的水的氯离子含量信息，并传递检测到所述氯离子含量信息；
所述臭氧发生装置，与所述氯离子检测仪(5)电连接，所述臭氧发生装置能够根据所述氯离子检测仪(5)检测的所述氯离子信息控制自身的工作功率。
7.根据权利要求1所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，所述微晶过滤器为倒U型回流结构，所述微晶过滤器内设置有颗粒状的过滤介质，所述过滤介质的直径为0.1-5cm。
8.根据权利要求1所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，
所述微晶过滤器的入水口设置有第一控制阀(41)和第四控制阀(44)，所述微晶过滤器的出水口设置有第二控制控制阀(42)和第三控制阀(43)；
所述第一控制阀与所述反应室的出水口连接，所述第二控制阀用于排出经所述微晶过滤器处理后的水；
所述第三控制阀用于通入高压水，对所述过滤器进行反冲洗，所述第四控制阀用于排出所述微晶过滤器的反冲洗水。
9.根据权利要求1-8所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，其特征在于，
所述阴极板(13)、所述阳极板(14)均采用比表面积大的多孔导电材料，所述阴极板和所述阳极板大小相同、形状相同；
所述阴极板、所述阳极板的数量为多块，多块所述阴极板和所述阳极板交错分布在所述反应室内的同一水平面上。
10.一种电化学与臭氧联合除氯、除垢的方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的电化学与臭氧联合除氯、除垢的系统，具体包括以下步骤：
(1)电解：将被处理水源通入到反应室内，并通入臭氧，接入电源进行电解反应，使水中的金属阳离子在阴极转化为氢氧化物、碳酸盐类的沉淀物，并沉积在阴极板上；使水中的氯离子在阳极转化为氯气。
(2)清垢：利用自动清垢装置对阴极板与阳极板之间的电流强度进行检测和比较，当电流强度较初始电流强度下降到一定程度时，对沉积在阴极板上的沉淀物进行清理，使沉淀物脱落、沉降，并从反应室底部的排渣口排出。
(3)过滤：将反应室处理后的水通入到微晶过滤器中进行过滤，用以除去悬浮在水中的沉淀物，并可以通过输入高压水到微晶过滤器进行反冲洗，使微晶过滤器的过滤介质再生。
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