CN116495841B - 一种净水装置及其净水工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理的技术领域，公开了一种净水装置及其净水工艺。净水装置包括设备壳体和控制柜，所述设备壳体设有絮凝电化学室、全量化水消毒室和气浮室，所述絮凝电化学室设置絮凝电化学装置，所述全量化水消毒室设置电氧化装置，所述气浮室设置刮板机。净水装置的净水工艺，采用电化学结合气浮工艺，将电絮凝、电氧化工艺与气浮工艺相结合，实现水的净化处理；采用电化学产生的纳米气泡与传统的溶气产生的微气泡想结合工艺，降低溶气气浮的回流水量，从而降低溶气泵的功率，降低能耗，提高气浮的去除效果。气浮工艺引入的空气泡可以将水体中的铁锰离子进行氧化，最终跟随水体的杂质浮到水体表面，实现降低铁锰离子的净水效果。

Description

一种净水装置及其净水工艺

技术领域

本发明涉及水处理的技术领域，具体地，涉及一种净水装置及其净水工艺。

背景技术

现有市场应用在小型给水处理上的净水装置主要需要投加絮凝剂和消毒剂，如专利一种饮用水处理方法，属水的净化技术领域，该方法包括a、絮凝沉淀：通过所述投料机，在所述絮凝室内的水中加入絮凝剂，并通过搅拌器搅拌18分钟；b、物理过滤：将步骤a处理得的水流入过滤室中，并通过麦饭石和椰壳活性炭过滤层；c、反渗透过滤：将步骤b处理得的水利用所述高压泵流入反渗透过滤室中，反渗透过滤膜过滤；d、消毒处理：将步骤c处理得的水流入消毒水箱中，通过紫外光波杀毒即得。

此外，通过设置絮凝沉降池、二级沉降过滤池对污水中的固体杂质进行沉淀和过滤，再通过设置消毒装置对污水中的微生物进行消毒，预处理工艺采用沉淀法进行处理，只能处理常规水质，难以应对水质的大幅变化，如果遇到低温低浊水质，或者水体铁锰略有超标，现有的净水装置均需要额外增加工艺进行处理；然而小型给水处理装置，往往技术专业度较低，增加的工艺越多，使得工序复杂，增加投资成本，同时大大增加对运维负担，增大现场工艺运行的难度，难以达到预期效果。

发明内容

本发明为克服上述现有技术存在的净水装置主要需要投加絮凝剂和消毒剂，小型给水处理的预处理工艺无法适应水质大幅变化的技术问题，提供一种净水装置及其净水工艺，该工艺无需添加絮凝剂，可减小消毒时所使用的氯化物，能适应水质的大幅变化，降低水体的COD且可去除部分臭味。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种净水装置，包括设备壳体和控制柜，所述设备壳体内设有依次通过高位挡板和低位挡板组件连通的絮凝电化学室、全量化水消毒室和气浮室。所述絮凝电化学室与全量化水消毒室连通，所述全量化水消毒室通过连通室与气浮室连通，所述絮凝电化学室和气浮室分别位于全量化水消毒室两侧；

所述絮凝电化学室设置絮凝电化学装置，所述全量化水消毒室设置电氧化装置，所述气浮室设置挡水板和高位刮板机；在所述高位挡板和低位挡板组件和挡水板之间设有气泡释放器；

所述絮凝电化学装置包括电絮凝整流电源、第一阴极和第一阳极，所述第一阴极和第一阳极均为铝/铁复合电极片；

所述电氧化装置包括电化学整流电源、第二阴极和第二阳极，所述第二阴极为纯钛电极，所述第二阳极为表面设置贵金属涂层的钛电极。

第一阴极和第一阳极采用铝/铁复合电极片，第一阳极可在工作中自行产生铝离子絮凝剂，絮凝剂吸附微粒，促进微粒集聚以便净化水质，此外，需定期进行第一阴极和第一阳极电极对换，均衡消耗电极；第二阳极采用表面设置贵金属涂层的钛电极，以避免消耗第二阳极，此外，电氧化过程中产生的次氯酸钠具有腐蚀性，第二阳极的钛耐腐蚀，钛的表面设置贵金属涂层，可降低析氯电位，将氯析出，以降低能耗，保证运行的经济性和可行性，选用第二阳极；

进一步地，所述壳体两侧下端分别设置进水端和出水端，所述进水端和出水端均设置接地电缆，所述进水端和出水端分别连接原水进水管道和出水管道，所述絮凝电化学室和全量化水消毒室的壳体为不导电壳体，且絮凝电化学室和全量化水消毒室的壳体外侧设置金属加固外壳。

所述絮凝电化学室与全量化水消毒室相邻处设置第一高位挡板，所述全量化水消毒室与气浮室相邻处设置第二高位挡板。壳体的设置确保电氧化过程中产生的电流不会影响仪表及其他工艺段的运行，设置第一高位挡板、第二高位挡板以避免短流。

进一步地，所述原水进水管道上设有进水流量计和进水浊度仪和催化剂投放口，所述催化剂投放口连接催化剂投放装置。催化剂中含有氯化物，投加催化剂可提高水的导电性，并提高电氧化效果，催化剂投加量受原水水量与原水水质影响；电场环境可对微生物有所降解，可减少消毒时加入的氯化物的量。

进一步地，所述高位刮板机包括第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构包括主动轮和从动轮，第二传动机构包括第一齿轮和第二齿轮，所述从动轮和第一齿轮同轴转动。主动轮连接电机。

进一步地，所述主动轮和传动轮通过皮带传动，所述第一齿轮和第二齿轮通过链条传动，所述链条上横向设置用于刮除杂质的刮板。

进一步地，所述壳体位于出水端一侧上方设置排渣区，所述排渣区一侧与气浮室上方的排渣口连通，所述排渣区下端连接排渣管。

高位刮板机为自动循环式运行，将水体中浮到表面的浮渣刮到排渣区，定期进行清理。

进一步地，所述出水管道通过回流道与气浮室连接，所述回流道设置溶气泵、气浮增压泵和纳米气泡机，所述纳米气泡机连接气泡释放器，所述气泡释放器位于气浮室内底部。通过溶气泵回流一部分水体 ，经过加压后在快速释放产生微气泡，然后通过气泡释放器释放出大量的气泡，微气泡上浮，包裹水中杂质并上浮，以便刮板将杂质刮除。

进一步地，所述净水装置连接控制柜，所述出水管道上还设有出水浊度仪、出水余氯仪和出水流量计。

一种净水装置的净水工艺，包括以下步骤：

步骤a，原水通过原水进水管道进入到絮凝电化学室，确定催化剂投加量，通过进水流量计和进水浊度仪分别检测进水的流量和浊度，控制柜18得出所需催化剂投加量，使得水质在电化学过程中单级电极之前的槽压范围值为4.5-5.5V；

步骤b，投加催化剂，催化剂投加装置将催化剂按量投加入原水进水管道；所述催化剂含氯离子；

步骤c，絮凝，电絮凝装置通过电化学作用消耗电极产生铁/铝絮凝剂，无需外加絮凝剂；

步骤d，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，将水体的部分COD氧化 ，分解为二氧化碳和水，水中的铁锰离子被氧化成三价铁和二氧化锰。实现降低水体的COD含量，实现降低铁锰离子的净水效果。

步骤e，消毒，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，出水余氯仪反馈控制游离氯范围值为0.5-1.5mg/L；

步骤f，气浮，水中杂质在微气泡作用下上浮到水体表面，所述微气泡来源于电絮凝和电氧化产生的氢气、以及气泡释放器的气泡；

步骤g，过滤，刮板将水体表面杂物刮到排渣区。

进一步地，所述步骤f包括，通过溶气泵回流出水管道的部分水体至气浮室，经加压后释放产生微气泡。

工艺过程中无需加入絮凝剂，通过电絮凝作用产生氯离子絮凝剂，电絮凝后端设置电氧化装置，电氧化装置通过电解水，将水中的氯离子转化为次氯酸根离子，实现在线式消毒，且直接在线式消毒可降低消毒剂用量。

电絮凝和电氧化过程产生微气泡，微气泡将水体中的杂质包裹浮到液体表面，微气泡释放器增加气体量，提高气浮效果，将水体中的杂质浮到表面以便刮除，下层清水进入后端工艺；微气泡主要为氢气，氢气分子量小，气泡尺寸小，因此氢气泡的逸散速度明显比空气泡快，且效果更好，有利于大幅提高气浮工艺的效果，更快的将低浊水体中的杂质迅速携带到水体表面，实现净化。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的净水装置及其净水工艺，通过絮凝电化学装置，第一阳极可在工作中自行产生絮凝剂，无需投加絮凝剂；电氧化装置通过电解水，将水中的氯离子转化为次氯酸根离子，实现在线式消毒，减少消毒剂的使用量，第二阳极表面设置涂层，降低析氯电位，保证运行的经济性和可行性；电絮凝和电氧化产生气泡，通过气浮将水体中的杂质带到水面以便刮板刮除。

在原水进水管道设置进水流量计，进水浊度仪，实时监控进水指标，电絮凝的整流器输出电流根据在线监控的参数进行实时自动调节，确保絮凝剂产生的量与进行电絮凝的水体适配，实现在最低的消耗下产生最好的絮凝效果。

采用电化学结合气浮工艺，将电絮凝、电氧化工艺与气浮工艺相结合，省去了传统的絮凝池、加矾设备和加氯设备，解决在低温低浊条件下，水体中杂质不容易沉淀，导致出水浊度高的问题，以及解决COD、铁锰离子超标的问题；采用电化学产生的纳米气泡与传统的溶气产生的微气泡想结合工艺，降低溶气气浮的回流水量，从而降低溶气泵的功率，降低能耗，提高气浮的去除效果。

附图说明

图1为本发明的净水装置结构示意图；

图2为高位刮板机位于气浮室的俯视结构示意图；

图3为高位刮板机的结构示意图；

图4为高位刮板机的侧视结构示意图。

其中，1、絮凝电化学室；2、全量化水消毒室；3、气浮室；4、高位刮板机；5、电絮凝整流电源；51、第一阴极；52、第一阳极；6、电化学整流电源；61、第二阴极；62、第二阳极；7、原水进水管道；8、出水管道；9、进水流量计；10、进水浊度仪；11、催化剂投放装置；12、皮带；13、第一齿轮；14、第二齿轮；15、刮板；16、排渣区；17、气浮增压泵；171、纳米气泡机；172、气泡释放器；18、控制柜；19、出水浊度仪；20、出水余氯仪；21、出水流量计。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

如图1-4所示，本实施例公开一种净水装置，包括设备壳体和控制柜18，设备壳体内设有依次通过高位挡板和低位挡板组件连通的絮凝电化学室1、全量化水消毒室2和气浮室3。具体的，絮凝电化学室1与全量化水消毒室2连通，全量化水消毒室2通过连通室与气浮室3连通，絮凝电化学室1和气浮室3分别位于全量化水消毒室2两侧；絮凝电化学室1设置絮凝电化学装置，全量化水消毒室2设置电氧化装置，气浮室3设置挡水板和高位刮板机4；在所述高位挡板和低位挡板组件和挡水板之间设有气泡释放器172；

絮凝电化学装置包括电絮凝整流电源5、第一阴极51和第一阳极52，第一阴极51和第一阳极52均为铝/铁复合电极片；电氧化装置包括电化学整流电源6、第二阴极61和第二阳极62，第二阴极61为纯钛电极，第二阳极62为表面设置贵金属涂层的钛电极。

壳体两侧下端分别设置进水端和出水端，进水端和出水端均设置接地电缆，进水端和出水端分别连接原水进水管道7和出水管道8，絮凝电化学室1和全量化水消毒室2的壳体为不导电壳体，且絮凝电化学室1和全量化水消毒室2的壳体外侧设置金属加固外壳，絮凝电化学室1与全量化水消毒室2相邻处设置第一高位挡板，全量化水消毒室2与气浮室3相邻处设置第二高位挡板。

原水进水管道7上设有进水流量计9和进水浊度仪10和催化剂投放口，催化剂投放口连接催化剂投放装置11。

高位刮板机4包括第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构包括主动轮和从动轮，第二传动机构包括第一齿轮13和第二齿轮14，从动轮和第一齿轮13同轴转动。主动轮和传动轮通过皮带12传动，第一齿轮13和第二齿轮14通过链条传动，链条上横向设置用于刮除杂质的刮板15。壳体位于出水端一侧上方设置排渣区16，排渣区16一侧与气浮室3上方的排渣口连通，排渣区16下端连接排渣管。

出水管道8通过回流道与气浮室3连接，回流道设置溶气泵、气浮增压泵17和纳米气泡机171，纳米气泡机171连接气泡释放器172，气泡释放器172位于气浮室3内底部。净水装置连接控制柜18，出水管道8上还设有出水浊度仪19、出水余氯仪20和出水流量计21。

本实施例中，第一阴极51和第一阳极52每3个月进行一次更换。

实施例2

如图1-4所示，在具体实施过程中，本实施例在实施例1基础上，公开一种净水装置，其中，絮凝电化学装置连接整流器，整流器为远程可控形式，可以通过PLC输入的信号自动调节电流输出，在出现异常时可以输出报警信号，整流器输出电流根据在线监控的参数进行实时自动调节，确保絮凝剂产生的量与进行电絮凝的水体适配，实现在最低的消耗下产生最好的絮凝效果。

第二阳极62为纳米网孔钛板，且第二阳极62表面设置钌铱金属涂层；第二阴极61采用纯钛制作，第二阴极61表面为网孔电极，通过电化学的作用第二阳极62产生氯气，第二阴极61产生氢气。

纳米气泡机171在高压下降水体中的溶气量增加，在气浮进水端设置压力释放器，快速将高压溶气的水体释放出来，行程大量的微气泡，溶气释放器采用304不锈钢制作而成，耐压等级为1.6MPa，使用寿命可达20年，内部采用机械通道，无需后续的维护保养。净水装置设置一套PLC自动化控制柜18，通过编制PLC控制程序，实现无人值守自动化控制。

实施例3

在具体实施过程中，本实施例在实施例2基础上，一种净水装置的净水工艺，包括以下步骤：

步骤a，原水通过原水进水管道进入到絮凝电化学室，确定催化剂投加量，通过进水流量计和进水浊度仪分别检测进水的流量和浊度，控制柜18得出所需催化剂投加量，使得水质在电化学过程中单级电极之前的槽压范围值为4.5-5.5V；

步骤b，投加催化剂，催化剂投加装置将催化剂按量投加入原水进水管道7；催化剂含氯离子；

步骤c，絮凝，电絮凝装置通过电化学作用消耗电极产生铁/铝絮凝剂，无需外加絮凝剂；

步骤d，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，将水体的部分COD氧化 ，分解为二氧化碳和水，水中的铁锰离子被氧化成三价铁和二氧化锰。

步骤e，消毒，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，出水余氯仪20反馈控制游离氯范围值为0.5-1.5mg/L；

步骤f，气浮，水中杂质在微气泡作用下上浮到水体表面，微气泡来源于电絮凝和电氧化产生的氢气、以及纳米气泡机171的气泡；

步骤g，过滤，刮板15将水体表面杂物挂到排渣区16。

一种净水装置的净水工艺，步骤f包括，通过溶气泵回流出水管道8的部分水体至气浮室3，经加压后释放产生微气泡。

工作原理

原水通过原水进水管道进入絮凝电化学室1，位于进水管道上的进水流量计和原水浊度计分别检测进水的流量和浊度，通过测得的原水流量数值得出催化剂的投加量，每吨水的催化剂投加量根据水质差异有所不同。要求催化剂投加量满足条件为：水质在电化学过程中单级电极之前的槽压范围值为4.5-5.5V。

当原水进入絮凝电化学室1内，电絮凝装置自动启动，生成铝离子絮凝剂和大量气泡，电絮凝装置的输出电流由原水进水量与原水浊度共同决定。

经过絮凝电化学室1的水体进入全量化消毒室，通过电氧化装置电解，水体产生游离氯，通过出水端的出水余氯仪20表反馈控制游离氯在0.5-1.5mg/L范围值，余氯的控制数值根据实际应用中的输水管道距离决定，确保管网末端余氯不低于0.05mg/L，不高于1.5mg/L。全量化消毒室中，水体的部分COD氧化，分解为二氧化碳和水，铁锰离子在氧化剂的作用下氧化成三价铁和二氧化锰，而后通过气浮去除。

经电氧化的水体进入气浮室3，气浮室3进水端设置高位挡板，气浮室3进水端底部设有气泡释放器172，进入气浮室3的水体通过进水挡板从高位进入到气浮室3，此时水体中携带大量微气泡，其中一部分气泡来源于电絮凝以及电氧化过程中产生的氢气，一部分来源于纳米气泡机171，通过溶气泵回流一部分水体 ，经过加压后快速释放产生微气泡，继而通过气泡释放器172释放出大量气泡。

微气泡与水体混合后，水中杂质在微气泡作用下上浮至水体表面，刮板15将浮于水面的杂物刮到排渣区16，经排渣管排放到外部，以便定期进行清理。处理后的洁净水体通过底部的出水管道8流到清水池或者其他工艺段，出水管道8上设置出水余氯仪20、出水浊度仪19、出水流量计21，出水余氯仪20用于检测余氯数值反馈控制电氧化设备，出水浊度计为实时监控水质洁净指标，如果处理后的浊度不能稳定达到0.5NTU以下，需要增加过滤工艺段，过滤工艺根据水质的差别配套砂滤工艺或者外置超滤膜工艺，出水流量计21用于计量产水的流量，做数据统计使用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用净水装置进行的净水工艺，其特征在于，所述净水工艺为给水处理工艺，

所述净水装置包括设备壳体和控制柜（18），所述设备壳体内设有依次通过高位挡板和低位挡板组件连通的絮凝电化学室（1）、全量化水消毒室（2）和气浮室（3）；

所述絮凝电化学室（1）设置絮凝电化学装置，所述全量化水消毒室（2）设置电氧化装置，所述气浮室（3）设置挡水板和高位刮板机（4）；在所述高位挡板和低位挡板组件和挡水板之间设有气泡释放器（172）；

所述絮凝电化学装置包括电絮凝整流电源（5）、第一阴极（51）和第一阳极（52），所述第一阴极（51）和第一阳极（52）均为铝/铁复合电极片；

所述电氧化装置包括电化学整流电源（6）、第二阴极（61）和第二阳极（62），所述第二阴极（61）为纯钛电极，所述第二阳极（62）为表面设置贵金属涂层的钛电极；

原水进水管道（7）上设有进水流量计（9）和进水浊度仪（10）和催化剂投放口，所述催化剂投放口连接催化剂投放装置（11）；

出水管道（8）通过回流道与气浮室（3）连接，所述回流道设置溶气泵、气浮增压泵（17）和纳米气泡机（171），所述纳米气泡机（171）连接气泡释放器（172），所述气泡释放器（172）位于气浮室（3）内底部；

所述出水管道（8）上还设有出水浊度仪（19）、出水余氯仪（20）和出水流量计（21）；

所述净水工艺包括以下步骤：

步骤a，原水通过原水进水管道进入到絮凝电化学室，确定催化剂投加量，通过进水流量计和进水浊度仪分别检测进水的流量和浊度，控制柜（18）得出所需催化剂投加量，使得电絮凝化学过程中单级电极之间的电压范围值为4.5-5.5V；

步骤b，投加催化剂，催化剂投加装置将催化剂按量投加入原水进水管道（7）；所述催化剂含氯离子；

步骤c，絮凝，絮凝电化学装置通过电化学作用消耗电极产生铁/铝絮凝剂，无需外加絮凝剂；

步骤d，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，将水体的部分COD氧化 ，分解为二氧化碳和水，水中的铁锰离子被氧化成三价铁和二氧化锰；

步骤e，消毒，电氧化装置通过电解，水体产生游离氯，出水余氯仪（20）反馈控制游离氯范围值为0.5-1.5mg/L；

步骤f，气浮，水中杂质在微气泡作用下上浮到水体表面，所述微气泡来源于电絮凝和电氧化产生的氢气、以及气泡释放器（172）的气泡；

步骤g，过滤，刮板（15）将水体表面杂物刮到排渣区（16）；所述步骤f包括，通过溶气泵回流出水管道（8）的部分水体至气浮室（3），经加压后释放产生微气泡。

2.根据权利要求1所述利用净水装置进行的净水工艺，其特征在于，所述设备壳体两侧下端分别设置进水端和出水端，所述进水端和出水端均设置接地电缆，所述进水端和出水端分别连接原水进水管道（7）和出水管道（8），所述絮凝电化学室（1）和全量化水消毒室（2）的壳体为不导电壳体，且絮凝电化学室（1）和全量化水消毒室（2）的壳体外侧设置金属加固外壳。

3.根据权利要求1所述利用净水装置进行的净水工艺，其特征在于，所述高位刮板机（4）包括第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构包括主动轮和从动轮，第二传动机构包括第一齿轮（13）和第二齿轮（14），所述从动轮和第一齿轮（13）同轴转动；所述主动轮和从动轮通过皮带（12）传动，所述第一齿轮（13）和第二齿轮（14）通过链条传动，所述链条上横向设置用于刮除杂质的刮板（15）。

4.根据权利要求1所述利用净水装置进行的净水工艺，其特征在于，所述设备壳体位于出水端一侧上方设置排渣区（16），所述排渣区（16）一侧与气浮室（3）上方的排渣口连通，所述排渣区（16）下端连接排渣管。