CN215208908U - 一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，该装置包括设置在市政自来水系统与二次供水系统之间的生活水箱，所述的生活水箱上还另引出一条与其连接并构成循环的水质提升管路，在水质提升管路上还依次设有电化学电解处理机构和过滤机构。与现有技术相比，本实用新型可以实现对城市自来水在二次供水中的深度处理，同时，减少或避免二次污染，操作简便等。

Description

一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，涉及一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置。

背景技术

目前国内对二次供水的明确设计要求是：生活饮用水水(池)箱应设置消毒装置。二次供水是建筑物对水压、水量的要求超过城市公共供水管网能力，通过建设储存、加压等设施，经管道供给用户或自用的供水方式。

大量的家用净水器、桶装水、瓶装水市场表明水质提升无疑是每一个人的需求。在集团用户方面，例如酒店等用户，大多有水质提升要求，在提供给客房用水前需要深度净化。在提升二次供水水质方面，国内外的方法有相式之处，主要以清洁为主，还未涉及水质提升范畴。另一方面，调查发现污染物如抗生素抗性基因ARG广泛存在于土壤和地下水中，传统的澄清、过滤、氯气消毒等传统的自来水处理方法，无法去除一些难降解污染物，对溶解于水的污染物去除率很低，例如面污染源造成的农药、抗生素抗性基因、染料等。去除ARG为91％左右的新的家用净水器，在运行3个月以上时，对ARG的去除几乎无效。所以家用净水器不是提升水质的终极依靠。此外，家用净水器一般是采用膜过滤的超滤或反渗透原理，水质、水量与换膜周期相关，对后期服务的要求高，对环境会产生废弃膜处理的压力。瓶装水在运输方面消耗大量能源，不可能作为主要生活用水来源。

总的来说，传统的水处理工艺已无法满足安全、质优的供水水质要求，即使是水中存在的微量有机污染物对人体健康也构成了严重的威胁，因此对城市自来水在二次供水中进行深度处理势在必行，提升二次供水水质既是人们个体也是团体以及政府务实的客观和长期要求。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了提供一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置与工艺，以实现对城市自来水在二次供水中的深度处理，同时，减少或避免二次污染，操作简便等。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型的技术方案之一提供了一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，包括设置在市政自来水系统与二次供水系统之间的生活水箱，所述的生活水箱上还另引出一条与其连接并构成循环的水质提升管路，在水质提升管路上还依次设有电化学电解处理机构和过滤机构。

进一步的，所述电化学电解处理机构与生活水箱之间还设有提升水泵。

更进一步的，在提升水泵与生活水箱之间还设有水质传感器，在提升水泵与电化学电解处理机构之间还设有第一电动阀，所述的提升水泵、水质传感器和第一电动阀均连接控制系统，并由控制系统基于水质传感器所反馈的生活水箱出水的水质信息，反馈调节第一电动阀的开启度与提升水泵的运行。

更优选的，所述的提升水泵设有两台，且两台提升水泵在水质提升管路中并联。

更优选的，所述水质传感器包括余氯传感器、H₂O₂传感器、浊度传感器和/或PH传感器。

进一步的，所述电化学电解处理机构包括分别连接所述生活水箱与过滤器的电解槽，以及置于电解槽中的电解极板。

进一步的，所述过滤机构为石英砂过滤器。

进一步的，在市政自来水系统与生活水箱之间还设有水质软化管路。

更进一步的，所述水质软化管路包括并排设置并带有独立的第二电动阀的两条支路，其中一条支路上还设有软化水设备，所述市政自来水系统与水质软化管路之间还设有水质硬度传感器，当水质硬度传感器检测市政自来水系统送入的市政自来水的硬度超标时，即打开带有软化水设备的支路上的第二电动阀，并关闭另一条支路，使得市政自来水经软化水设备处理后，再送入生活水箱。

进一步的，所述市政自来水系统后方还连接设有进水水表，所述二次供水系统后方还连接设有出水水表。

本实用新型的技术方案之二提供了一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的方法，其采用如上所述的装置实施，包括以下步骤：

(1)从市政自来水系统输送的市政自来水软化达标后进入生活水箱；

(2)生活水箱中的自来水排出至水质提升管路，先经电化学电解处理机构电解去除难降解有机物，再经过滤机构过滤除去杂质，接着返回生活水箱中，实现水质提升；

(3)生活水箱中提升水质后的自来水再经二次供水系统进入用户。

与现有技术相比，本实用新型充分考虑二次供水的特点，无需专业人员操控，系统自动操作性，与楼宇自动化连接，可接入物联网，在提升水质的同时操作方式与智能建筑融合。化学氧化技术的特点在于：电子转移只在电极及废水组份间进行，不需另外添加氧化还原剂，避免了由另外添加药剂而引起的二次污染；反应器设备占地面积小、借助适当传感器技术，可实现全自动控制，人工操作简便。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图中标记说明：

1-市政自来水系统，2-软化水设备，3-生活水箱，4-提升水泵，5-电化学电解处理机构，6-过滤机构，7-水质硬度传感器，8-余氯传感器，9-H₂O₂传感器，10-浊度传感器，11-PH传感器，12-控制系统，13-二次供水系统，14-进水水表，15-出水水表，16-第一电动阀，17-第二电动阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

以下各实施方式或实施例中，如无特别说明的功能部件或结构，则表明其均为本领域为实现对应功能而采用的常规部件或结构。

下面先对本实用新型的基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置进行分析说明。

为实现对城市自来水在二次供水中的深度处理，同时，减少或避免二次污染，操作简便等，本实用新型提供了一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其结构参见图1所示，包括设置在市政自来水系统1与二次供水系统13之间的生活水箱3，所述的生活水箱3上还另引出一条与其连接并构成循环的水质提升管路，在水质提升管路上还依次设有电化学电解处理机构5和过滤机构6。

在一些实施方式中，所述电化学电解处理机构5与生活水箱3之间还设有提升水泵4。

更具体的实施方式中，请再参见图1所示，在提升水泵4与生活水箱3之间还设有水质传感器，在提升水泵4与电化学电解处理机构5之间还设有第一电动阀16，所述的提升水泵4、水质传感器和第一电动阀16均连接控制系统12，并由控制系统12基于水质传感器所反馈的生活水箱3出水的水质信息，反馈调节第一电动阀16的开启度与提升水泵4的运行。更优选的，所述的提升水泵4设有两台，且两台提升水泵4在水质提升管路中并联。可选的，所述水质传感器包括余氯传感器8、H₂O₂传感器9、浊度传感器10和/或PH传感器11。具体的，控制系统12可以采用本领域常用的控制系统12，如PLC系统等，同时，余氯传感器8为本领域常用的用于检测水中所余留的有效氯含量的传感器，H₂O₂传感器9为本领域常用的检测水中所溶解的过氧化氢的传感器(如北京普雷德仪器设备有限公司的AMT-H₂O₂等)，浊度传感器10和PH传感器11也是采用的本领域的常规市售传感器。

在一些实施方式中，所述电化学电解处理机构5包括分别连接所述生活水箱3与过滤器的电解槽，以及置于电解槽中的电解极板。具体的，电解极板可以采用本领域常规的用于电解处理水中难降解有机物的电极材料，如掺硼金刚石BDD/TiO₂等，根据需要，所采用电极具有较大比表面积，有大量孔洞的电极或树枝状电极，比表面积400～1000m²/g，正常孔径尺寸小于50nm。电解处理过程中的电流密度也可调，可选范围为17mA/cm²～50mA/cm²，根据水源污染物含量可调节到最适合数值。

电化学电解处理机构5中电化学处理原理如下：

电化学作用在水体中产生的活性氧主要包括H₂O₂、·OH等具有极强氧化性的活性物质，可氧化这些离子周边的还原物质。

当水中含有Cl^-时，除发生微电解反应外，阳极与阴极还会发生如下反应：

阳极反应：2Cl^--＝Cl2+2e^-；Cl₂+H₂O＝HClO+HCl；HClO＝H⁺+ClO^-；

阴极反应：Mⁿ⁺+ne^-＝M(Mⁿ⁺为金属离子或氢离子，M为金属或氢气)。

电化学氧化过程产生的氯气、次氯酸根等可以有效地持续杀菌消毒，抑制细菌滋长。

当水中有污染物存在时，发生的反应为废水中的溶解性污染物通过阳极氧化或阴极还原后，生成不可溶的沉淀物或从有毒的化合物转变成无毒的物质。例如含氰废水在阳极表面的氧化以及重金属离子的还原。CN-分两步进行阳极氧化。

CN^-+2OH^--2e^-→CNO^-+H₂O

2CNO^-+6OH^-+6e^-→N₂↑+2HCO₃ ^-+2H₂O

CNO^-+2H₂O→NH₃+HCO₃ ^-

循环处理的水质在去除少量难降解有机物的同时滤除水中的泥沙、污垢、铁锈、氧化铁、锰和硫化物等杂质，提升了二次供水水质。

在一些实施方式中，所述过滤机构6为石英砂过滤器。

在一些实施方式中，请再参见图1所示，在市政自来水系统1与生活水箱3之间还设有水质软化管路。更具体的实施方式中，所述水质软化管路包括并排设置并带有独立的第二电动阀17的两条支路，其中一条支路上还设有软化水设备2，所述市政自来水系统1与水质软化管路之间还设有水质硬度传感器7，当水质硬度传感器7检测市政自来水系统1送入的市政自来水的硬度超标时，即打开带有软化水设备2的支路上的第二电动阀17，并关闭另一条支路，使得市政自来水经软化水设备2处理后，再送入生活水箱3。此处水质软化管路的运行过程具体为：市政自来水经过进水水表14进入用户供水系统中时，经水质硬度传感器7检测其进水中的硬度离子含量，并反馈给对应的控制器(如PLC控制器等)判断是否需要软化，一般设置为当硬度小于120mg/L(或其他控制指标)时，市政自来水直接进入生活水箱3，即直接通过布带软化水设备2的支路进入生活水箱3；当硬度大于120mg/L(或其他控制指标)时，则控制带软化水设备2的支路打开，另一支路关闭，使得市政自来水经过软化水设备2进行水质软化处理后，再进入生活水箱3。此处的水质硬度传感器7为本领域常规的用于检测水体硬度的传感器。

在一些实施方式中，请再参见图1所示，所述市政自来水系统1后方还连接设有进水水表14，所述二次供水系统13后方还连接设有出水水表15。

下面接着对本实用新型的基于电化学电解技术提升二次供水水质的方法进行分析说明。

本实用新型的基于电化学电解技术提升二次供水水质的方法，其采用如上所述的装置实施，具体工艺流程图参见图1所示，包括以下步骤：

(1)从市政自来水系统1输送的市政自来水软化达标后进入生活水箱3；

(2)生活水箱3中的自来水排出至水质提升管路，先经电化学电解处理机构5电解去除难降解有机物，再经过滤机构6过滤除去杂质，接着返回生活水箱3中，实现水质提升；

(3)生活水箱3中提升水质后的自来水再经二次供水系统13进入用户。

以上各实施方式可以任一单独实施，也可以任意两两组合或更多的组合实施。

下面结合具体实施例来对上述实施方式进行更详细的说明。

实施例1：

为实现对城市自来水在二次供水中的深度处理，同时，减少或避免二次污染，操作简便等，本实施例提供了一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其结构参见图1所示，包括设置在市政自来水系统1与二次供水系统13之间的储水箱，储水箱上还另引出一条与其连接并构成循环的水质提升管路，在水质提升管路上还依次设有电化学电解处理机构5和过滤机构6。电化学电解处理机构5与储水箱之间还设有提升水泵4。

请再参见图1所示，在提升水泵4与储水箱之间还设有水质传感器，在提升水泵4与电化学电解处理机构5之间还设有第一电动阀16，提升水泵4、水质传感器和第一电动阀16均连接控制系统12，并由控制系统12基于水质传感器所反馈的储水箱出水的水质信息，反馈调节第一电动阀16的开启度与提升水泵4的运行。更优选的，提升水泵4设有两台，且两台提升水泵4在水质提升管路中并联。可选的，水质传感器包括余氯传感器8、H₂O₂传感器9、浊度传感器10和/或PH传感器11。具体的，控制系统12可以采用本领域常用的控制系统12，如PLC系统等，同时，余氯传感器8为本领域常用的用于检测水中所余留的有效氯含量的传感器，H₂O₂传感器9为本领域常用的检测水中所溶解的过氧化氢的传感器(如北京普雷德仪器设备有限公司的AMT-H₂O₂等)，浊度传感器10和PH传感器11也是采用的本领域的常规市售传感器。

电化学电解处理机构5包括分别连接储水箱与过滤器的电解槽，以及置于电解槽中的电解极板。具体的，电解极板可以采用本领域常规的用于电解处理水中难降解有机物的电极材料，如掺硼金刚石BDD/TiO₂等，根据需要，所采用电极具有较大比表面积，有大量孔洞的电极或树枝状电极，比表面积400～1000m²/g，正常孔径尺寸小于50nm。电解处理过程中的电流密度也可调，可选范围为17mA/cm²～50mA/cm²，根据水源污染物含量可调节到最适合数值。过滤机构6为石英砂过滤器。

电化学电解处理机构5中电化学处理原理如下：

电化学作用在水体中产生的活性氧主要包括H₂O₂、·OH等具有极强氧化性的活性物质，可氧化这些离子周边的还原物质。

当水中含有Cl^-时，除发生微电解反应外，阳极与阴极还会发生如下反应：

阳极反应：2Cl^--＝Cl2+2e^-；Cl₂+H₂O＝HClO+HCl；HClO＝H⁺+ClO^-；

阴极反应：Mⁿ⁺+ne^-＝M(Mⁿ⁺为金属离子或氢离子，M为金属或氢气)。

电化学氧化过程产生的氯气、次氯酸根等可以有效地持续杀菌消毒，抑制细菌滋长。

当水中有污染物存在时，发生的反应为废水中的溶解性污染物通过阳极氧化或阴极还原后，生成不可溶的沉淀物或从有毒的化合物转变成无毒的物质。例如含氰废水在阳极表面的氧化以及重金属离子的还原。CN-分两步进行阳极氧化。

CN^-+2OH^--2e^-→CNO^-+H₂O

2CNO^-+6OH^-+6e^-→N₂↑+2HCO₃ ^-+2H₂O

CNO^-+2H₂O→NH₃+HCO₃ ^-

循环处理的水质在去除少量难降解有机物的同时滤除水中的泥沙、污垢、铁锈、氧化铁、锰和硫化物等杂质，提升了二次供水水质。

请再参见图1所示，在市政自来水系统1与储水箱之间还设有水质软化管路，水质软化管路包括并排设置并带有独立的第二电动阀17的两条支路，其中一条支路上还设有软化水设备2，市政自来水系统1与水质软化管路之间还设有水质硬度传感器7，当水质硬度传感器7检测市政自来水系统1送入的市政自来水的硬度超标时，即打开带有软化水设备2的支路上的第二电动阀17，并关闭另一条支路，使得市政自来水经软化水设备2处理后，再送入储水箱。此处水质软化管路的运行过程具体为：市政自来水经过进水水表14进入用户供水系统中时，经水质硬度传感器7检测其进水中的硬度离子含量，并反馈给对应的控制器(如PLC控制器等)判断是否需要软化，一般设置为当硬度小于120mg/L(或其他控制指标)时，市政自来水直接进入储水箱，即直接通过布带软化水设备2的支路进入储水箱；当硬度大于120mg/L(或其他控制指标)时，则控制带软化水设备2的支路打开，另一支路关闭，使得市政自来水经过软化水设备2进行水质软化处理后，再进入储水箱。此处的水质硬度传感器7为本领域常规的用于检测水体硬度的传感器。

请再参见图1所示，市政自来水系统1后方还连接设有进水水表14，二次供水系统13后方还连接设有出水水表15。

具体的，本实用新型的整体工作流程如下：

(1)从市政自来水系统1输送的市政自来水软化达标后进入储水箱；

(2)储水箱中的自来水排出至水质提升管路，先经电化学电解处理机构5电解去除难降解有机物，再经过滤机构6过滤除去杂质，接着返回储水箱中，实现水质提升；

(3)储水箱中提升水质后的自来水再经二次供水系统13进入用户。

实际工作时，一般设置生活水箱3中的储水量为日用水量20％-40％，再在生活水箱3上安装循环连接的水质提升管路，例如，对于日用水量50立方米的用户区域，设置生活水箱3的有效容积为20立方米，同时，水质提升管路中的电化学电解处理机构5中配置电流密度17mA/cm²～50mA/cm²可调的多孔BDD电极为阴极。当市政自来水经过进水水表14计量进入用户时，其后续进水管线上安装有检测其水体硬度的水质硬度传感器7，当硬度小于120mg/L(或其他控制指标)时，市政自来水直接进入生活水箱3；当硬度大于120mg/L(或其他控制指标)时，市政自来水经软化水设备2进行软化处理后再进入生活水箱3。生活水箱3中的水经水质提升管路进行水质提升处理时，水质传感器(可选的为余氯传感器8、H₂O₂传感器9、浊度传感器10、PH传感器11等)也一起工作，其中，控制系统12基于余氯传感器8与浊度传感器10反馈的余氯和浊度信号来控制提升水泵4的开启以及电化学电解处理机构5的启动工作状态，而PH传感器11反馈的PH值则作为常规检测指标，基于H₂O₂传感器9反馈的水中溶解过氧化氢信号等来控制启动一台提升水泵4或两台提升水泵4，也可以是启动一台提升水泵4时，调节第一电动阀16的开启度，以改变通过电化学电解处理机构5中的电解槽的流速，同时必要时控制系统12同步控制调整电解电流密度，从而调节对有机污染物的去除率。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，包括设置在市政自来水系统与二次供水系统之间的生活水箱，所述的生活水箱上还另引出一条与其连接并构成循环的水质提升管路，在水质提升管路上还依次设有电化学电解处理机构和过滤机构。

2.根据权利要求1所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述电化学电解处理机构与生活水箱之间还设有提升水泵。

3.根据权利要求2所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，在提升水泵与生活水箱之间还设有水质传感器，在提升水泵与电化学电解处理机构之间还设有第一电动阀，所述的提升水泵、水质传感器和第一电动阀均连接控制系统，并由控制系统基于水质传感器所反馈的生活水箱出水的水质信息，反馈调节第一电动阀的开启度与提升水泵的运行。

4.根据权利要求3所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述的提升水泵设有两台，且两台提升水泵在水质提升管路中并联。

5.根据权利要求3所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述水质传感器包括余氯传感器、H₂O₂传感器、浊度传感器和/或PH传感器。

6.根据权利要求1所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述电化学电解处理机构包括分别连接所述生活水箱与过滤器的电解槽，以及置于电解槽中的电解极板。

7.根据权利要求1所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述过滤机构为石英砂过滤器。

8.根据权利要求1所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，在市政自来水系统与生活水箱之间还设有水质软化管路。

9.根据权利要求8所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述水质软化管路包括并排设置并带有独立的第二电动阀的两条支路，其中一条支路上还设有软化水设备，所述市政自来水系统与水质软化管路之间还设有水质硬度传感器，当水质硬度传感器检测市政自来水系统送入的市政自来水的硬度超标时，即打开带有软化水设备的支路上的第二电动阀，并关闭另一条支路，使得市政自来水经软化水设备处理后，再送入生活水箱。

10.根据权利要求1所述的一种基于电化学电解技术提升二次供水水质的装置，其特征在于，所述市政自来水系统后方还连接设有进水水表，所述二次供水系统后方还连接设有出水水表。

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