CN115159626A - 一种电化学除垢除氯系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学除垢除氯系统及方法，包括电源、电化学反应器、收集罩、引风机、气体后处理装置、沉淀模块及曝气模块；电源与电化学反应器的电源接口相连通，收集罩位于电化学反应器顶部气体出口的正上方，曝气模块与电化学反应器底部的曝气入口相连通，电化学反应器顶部侧面的出水口与沉淀模块相连通，引风机设置于收集罩的顶部出口处，引风机的出口与气体后处理装置相连通，该系统及方法能够去除电化学反应器中的水垢及氯离子。

Description

一种电化学除垢除氯系统及方法
技术领域
本发明属于水处理领域，涉及一种电化学除垢除氯系统及方法。
背景技术
循环冷却水系统存在的主要问题在于换热器及管路系统中的水垢沉积、腐蚀及菌藻滋生。由于工业循环冷却水系统用水量巨大，因此控制循环水系统水垢沉积能保障系统安全稳定运行、显著降低能源消耗和充分利用水资源，具有显著的社会效益和经济效益。
造成水垢沉积的主要原因是循环水由于蒸发浓缩使得水体中钙镁离子沉淀，目前已有较多的方案来完成对水垢的去除。造成腐蚀问题的主要原因就是循环水中存在的氯离子。氯离子在大多数时候被认为是一种水体的有害成分，因为氯离子一方面极易引发设备腐蚀，另一方面其存在也会影响缓蚀阻垢剂的使用和作用效果。现有的处理方式只能是通过排水来控制循环水中的氯离子浓度，这样既造成水资源的浪费，又给环境带来较大的风险。因此，对循环冷却水中氯离子进行有效去除是十分必要的。
现有的解决方案当中，只有化学药剂法能够通过多种药剂复配的方式同时完成防止结垢和控制腐蚀的功能。其它诸多方法，如清洗法、电化学法、超声波法、高压静电阻垢技术、磁化及电磁处理法等，都无法满足同时控制结垢和腐蚀的要求。
电化学法作为一种典型的主动式水垢去除技术，目前已经在工业中得到一定程度的应用和推广。实践效果表明该技术能够较为彻底的去除循环冷却水系统中的成垢离子，较好的控制循环水的结垢趋势。与此同时，氯离子在电化学反应器中会于阳极表面发生电化学反应，转变为氯气。由于氯气能够较快与水发生反应生成活性氯，使得氯离子又一次回到循环水中。尽管生成的活性氯产物能够对循环冷却水中的菌藻起到较好的杀灭作用，但是此种消耗是有限的。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种电化学除垢除氯系统及方法，该系统及方法能够去除电化学反应器中的水垢及氯离子。
为达到上述目的，本发明所述的电化学除垢除氯系统包括电源、电化学反应器、收集罩、引风机、气体后处理装置、沉淀模块及曝气模块；
电源与电化学反应器的电源接口相连通，收集罩位于电化学反应器顶部气体出口的正上方，曝气模块与电化学反应器底部的曝气入口相连通，电化学反应器顶部侧面的出水口与沉淀模块相连通，引风机设置于收集罩的顶部出口处，引风机的出口与气体后处理装置相连通。
电化学反应器的底部设置有若干曝气管道，其中，曝气模块的出口与各曝气管道相连通，各曝气管道上均设置有若干曝气出口。
所述各曝气管道位于电化学反应器中电极板的下方。
沉淀模块的出水口连通有循环冷却水系统相连通。
收集罩的尺寸大于电化学反应器顶部气体出口的尺寸。
所述沉淀模块包括圆管状容器，其中，所述圆管状容器内填充有填料，圆管状容器的顶部设置有出水口，圆管状容器的底部设置有入水口。
本发明所述电化学除垢除氯系统的工作方法包括以下步骤：
当电化学反应器运行时，启动曝气模块，使得电化学反应器中的电极区域处于曝气范围内，阳极区域所产生的氯气随曝气气泡一起上升，与此同时，由于曝气，使得阴极表面生成的水垢微粒随水流出进入到沉淀模块中进行过滤沉淀；
在引风机的作用下，在电化学反应器的上部区域形成负压区，使得液面之上的氯气分压明显低于液相中，使得水中的部分氯气来不及与水进行反应而从水中析出，进而使得水中的氯离子含量降低，与此同时，电化学反应器上部区域的曝气与氯气的混合气体经收集罩收集后，再经引风机进入到气体后处理装置中进行无害化处理。
曝气为空气、氧气、二氧化碳、氮气或惰性气体。
气体后处理模块中填充有氢氧化钠溶液。
气体后处理模块中填充有氯化亚铁溶液。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的电化学除垢除氯系统及方法在具体操作时，启动曝气模块，使得电化学反应器中的电极区域处于曝气范围内，阳极区域所产生的氯气随曝气气泡一起上升，与此同时，由于曝气，使得阴极表面生成的水垢微粒随水流出进入到沉淀模块中进行过滤沉淀；同时在引风机的作用下，在电化学反应器的上部区域形成负压区，使得液面之上的氯气分压明显低于液相中，使得水中的部分氯气来不及与水进行反应而从水中析出，进而使得水中的氯离子含量降低，以去除电化学反应器中的水垢及氯离子，其中，阳极区域生成的氯气以气体形式脱离循环水，避免返溶现象，有效提高除氯效果。另外，除上述未沉积的水垢微粒外，电化学处理过程的出水中还含有大量成垢离子及氢氧根离子，在通过过滤模块处理，有助于提高成垢离子的去除效率，从而在减少水垢沉积及控制腐蚀的前提下，提高循环水的浓缩倍数，减少外排污水量，起到节水减排的效果，为企业带来节能效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为电源、2为电化学反应器、3为收集罩、4为引风机、5 为气体后处理装置、6为沉淀模块、7为曝气模块。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1，本发明所述的电化学除垢除氯系统包括电源1、电化学反应器2、收集罩3、引风机4、气体后处理装置5、沉淀模块6及曝气模块7；
电源1与电化学反应器2的电源接口相连通，收集罩3位于电化学反应器2顶部气体出口的正上方，曝气模块7与电化学反应器2底部的曝气入口相连通，电化学反应器2顶部侧面的出水口与沉淀模块6相连通，收集罩3的顶部出口处设置有引风机4，其中，引风机4的出口与气体后处理装置5相连通。
电化学反应器2的底部设置有若干曝气管道，其中，曝气模块7的出口与各曝气管道相连通，各曝气管道上均设置有若干曝气出口，所述各曝气管道位于电化学反应器2中电极板的下方，沉淀模块6的出水口与循环冷却水系统相连通，收集罩3的尺寸大于电化学反应器2顶部气体出口的尺寸。
本发明所述电化学除垢除氯系统的工作方法包括以下步骤：
当电化学反应器2开始正常运行时，启动曝气模块7，使得电化学反应器2中电极区域处于曝气范围内，阳极区域所产生的氯气随曝气气泡一起上升，以减少氯气在水中的重新溶解，与此同时，由于曝气，使得阴极表面出现的水垢颗粒不过分长大、不过度沉积于阴极表面，其中，生成的水垢微粒随水流出进入到沉淀模块6中进行过滤沉淀，沉淀模块6输出的水进入到循环冷却水系统中。
需要说明的是，在电化学反应器2正常运行时，在引风机4的作用下，在电化学反应器2的上部区域形成负压区，使得液面之上的氯气分压明显低于液相中，使得水中的部分氯气来不及与水进行反应而从水中析出，进而使得水中的氯离子含量降低，与此同时，电化学反应器2上部区域的曝气与氯气的混合气体经收集罩3收集后，再经引风机4进入到气体后处理装置5中进行无害化处理。
曝气管道的材质为聚四氟乙烯、PVC、PPR、铸铁、不锈钢、玻璃、有机玻璃或石英，曝气管道的横截面形状可以为圆柱状或方柱状，曝气管道的个数为1～999个，各曝气管道上曝气出口的数量为1～9999个，所曝出的气体为空气、氧气、二氧化碳、氮气或惰性气体等能够与储液直接或间接接触产生气泡的气体。
考虑到气体中含有水蒸气及一定量的氯气，收集罩3的表面设置有防腐蚀层，或者收集罩3采用防腐蚀材料制作而成，引风机4选择防腐蚀及防爆型的风机。
所述沉淀模块6包括圆管状容器，其中，所述圆管状容器内填充有填料，所述填料可以为人工沸石、石英砂或分子筛，且圆管状容器的顶部设置有出水口，圆管状容器的底部设置有入水口。需要说明的是，所述沉淀模块6的尺寸可以根据实际情况进行确定，其核心是保证待处理水在其中的水力停留时间能够与前端的电化学除垢设备保持一致。
气体后处理模块5中填充有能够与氯气快速反应的液体，以保证对氯气的高效、完全吸收。如果需做到无害化处理，则可以填充氢氧化钠溶液；如果需做到资源化处理，则可以填充氯化亚铁溶液，通过与氯气的反应形成三氯化铁(聚合氯化铁)，以此可以作为水处理絮凝剂。
实施例一
在电化学反应器2的上部，加装引风机4、收集罩3及气体后处理模块5，当电化学反应器开始正常运行时，其去除水垢功能正常保留，除氯功能由于负压的存在而显现出来。
当循环水中氯离子浓度在120mg/L时，电化学反应器2中阳极的电流密度为5.0mA/cm2时，水力停留时间为1min，单次通水除氯效率为5％，即循环水通过处理系统后，氯离子浓度降低至114mg/L。
实施例二
在电化学反应器2的内部，加装曝气装置7。当电化学反应器2开始正常运行时，其去除水垢功能正常保留，除氯功能由于内部曝气的存在而显现出来。
当循环水中氯离子浓度在120mg/L时，电化学反应器2中阳极的电流密度为5.0mA/cm2时，水力停留时间为5min，单次通水除氯效率为8％，即循环水通过处理系统后，氯离子浓度降低至110.4mg/L。
实施例三
在电化学反应器2的上部，加装收集罩3、引风机4及气体后处理模块，同时加装曝气装置7，构成完整的本发明。
当循环水中氯离子浓度在300mg/L时，电化学反应器2中阳极的电流密度为5.0mA/cm2时，水力停留时间为5min，单次通水除氯效率为 11％，即循环水通过处理系统后，氯离子浓度降低至267mg/L。

Claims (10)

1.一种电化学除垢除氯系统，其特征在于，包括电源(1)、电化学反应器(2)、收集罩(3)、引风机(4)、气体后处理装置(5)、沉淀模块(6)及曝气模块(7)；
电源(1)与电化学反应器(2)的电源接口相连通，收集罩(3)位于电化学反应器(2)顶部气体出口的正上方，曝气模块(7)与电化学反应器(2)底部的曝气入口相连通，电化学反应器(2)顶部侧面的出水口与沉淀模块(6)相连通，引风机(4)设置于收集罩(3)的顶部出口处，引风机(4)的出口与气体后处理装置(5)相连通。
2.根据权利要求1所述的电化学除垢除氯系统，其特征在于，电化学反应器(2)的底部设置有若干曝气管道，其中，曝气模块(7)的出口与各曝气管道相连通，各曝气管道上均设置有若干曝气出口。
3.根据权利要求2所述的电化学除垢除氯系统，其特征在于，所述各曝气管道位于电化学反应器(2)中电极板的下方。
4.根据权利要求1所述的电化学除垢除氯系统，其特征在于，沉淀模块(6)的出水口连通有循环冷却水系统相连通。
5.根据权利要求1所述的电化学除垢除氯系统，其特征在于，收集罩(3)的尺寸大于电化学反应器(2)顶部气体出口的尺寸。
6.根据权利要求1所述的电化学除垢除氯系统的工作方法，其特征在于，所述沉淀模块(6)包括圆管状容器，其中，所述圆管状容器内填充有填料，圆管状容器的顶部设置有出水口，圆管状容器的底部设置有入水口。
7.一种权利要求1所述电化学除垢除氯系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
当电化学反应器(2)运行时，启动曝气模块(7)，使得电化学反应器(2)中的电极区域处于曝气范围内，阳极区域所产生的氯气随曝气气泡一起上升，与此同时，由于曝气，使得阴极表面生成的水垢微粒随水流出进入到沉淀模块(6)中进行过滤沉淀；
在引风机(4)的作用下，在电化学反应器(2)的上部区域形成负压区，使得液面之上的氯气分压明显低于液相中，使得水中的部分氯气来不及与水进行反应而从水中析出，进而使得水中的氯离子含量降低，与此同时，电化学反应器(2)上部区域的曝气与氯气的混合气体经收集罩(3)收集后，再经引风机(4)进入到气体后处理装置(5)中进行无害化处理。
8.根据权利要求7所述的电化学除垢除氯系统的工作方法，其特征在于，曝气为空气、氧气、二氧化碳、氮气或惰性气体。
9.根据权利要求7所述的电化学除垢除氯系统的工作方法，其特征在于，气体后处理模块(5)中填充有氢氧化钠溶液。
10.根据权利要求7所述的电化学除垢除氯系统的工作方法，其特征在于，气体后处理模块(5)中填充有氯化亚铁溶液。
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