專利名稱：冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水處理技術(shù)及節(jié)能減排領(lǐng)域，特別是一種冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置。
背景技術(shù)：
冷卻循環(huán)水一般采用化學(xué)法處理，即向循環(huán)水中加入阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑，但阻垢劑、緩蝕劑并不能降低水中Ca、Mg離子濃度，不可避免水垢的形成，一旦水垢在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管壁及器璧析出，不僅極大地降低冷卻設(shè)施換熱效率，還將導(dǎo)致垢下腐蝕的發(fā)生，且循環(huán)水外排時(shí)將對環(huán)境造成污染；殺菌滅藻劑對管道及熱交換設(shè)備存在腐蝕。其他如超聲波法、電子除垢法等，只能改變水垢的結(jié)晶形態(tài)，不能降低水質(zhì)硬度， 阻垢作用有限，且無殺菌滅藻作用。現(xiàn)有的冷卻水電化學(xué)處理技術(shù)如犧牲陽極保護(hù)法、電解法等僅限于除垢、緩蝕、殺菌滅藻中的某一功能，且多使用高壓直流電或交流電處理，能耗大，運(yùn)行成本高。目前冷卻循環(huán)水處理尚無低耗并可同時(shí)可實(shí)現(xiàn)除垢、緩蝕、殺菌滅藻功能的方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種冷卻循環(huán)水電化學(xué)法同時(shí)實(shí)現(xiàn)除垢、緩蝕、殺菌滅藻，并分離排出水垢的方法及裝置。本發(fā)明的構(gòu)成
一種冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，處理裝置電化學(xué)反應(yīng)室8內(nèi)的陰陽極板或極網(wǎng)在加載直流電的狀況下，極板或極網(wǎng)界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，水中的Ca2+、 Mg2+、狗2+、硅酸鹽、磷酸鹽、其他金屬離子物質(zhì)在陰極板上沉積形成疏松的針狀紋石類礦物結(jié)晶；陽極板上產(chǎn)生活性氧、自由氫氧基、03，滅活水中的菌藻，且經(jīng)處理后的水與循環(huán)水混合后仍保持一定的菌藻滅活及抑制作用；同時(shí)，由于管壁及器璧結(jié)垢受到抑制，極大地減小了垢下腐蝕的發(fā)生幾率，溶解于水中的狗2+離子在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生一系列反應(yīng)生成 Fe2O3 · riH20，即鐵銹。！^e2O3 · IiH2O部分在陰極板以水垢形式析出，部分在循環(huán)水系統(tǒng)管壁及器璧最終形成較為致密的狗304薄膜，阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。使用直流電加載于電極，在電流< 20A及電壓< 300V條件下對進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)的水進(jìn)行電化學(xué)處理。陰極板采用鈦基金屬板或鈦基金屬網(wǎng)板，陽極板使用鈦基金屬涂布貴金屬或貴金屬氧化物，可降低析氧電位。在改變裝置外形的情況下，可使用板狀電極、網(wǎng)板狀電極、筒狀電極、環(huán)狀電極或圓形柱狀電極。裝置正常處理一定時(shí)間后，極板表面將沉積大量水垢，可通過短時(shí)間交換陰陽極極性實(shí)現(xiàn)水垢的剝離，剝離下的水垢沉積于裝置底部的渣斗中，通過排渣管排出。裝置可安裝于循環(huán)水旁路進(jìn)行處理，也可以自循環(huán)水池中通過提升設(shè)備抽入裝置內(nèi)進(jìn)行處理?；跈?quán)利要求1所制作的裝置可不設(shè)置反應(yīng)室而直接將陰陽極插入循環(huán)水池內(nèi)進(jìn)行處理。當(dāng)水中有Cl 一存在時(shí)，通過電化學(xué)反應(yīng)可產(chǎn)生C102、Cl2, HC10、αο—等物質(zhì)，對水
中的菌藻具有滅活作用。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本方法使用高頻脈沖直流電加載置于水中的一定間距的一組或多組陰陽極板上，陰極板為鈦基金屬極板(或極網(wǎng))，陽極板為鈦基金屬涂布貴金屬或鈦基金屬涂布貴金屬氧化物涂層極板(或極網(wǎng))。在電流作用下，水中物質(zhì)在陰陽極極板(或極網(wǎng))界面分別發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，水中 Ca2+、Mg2+、硅酸鹽、磷酸鹽、其他金屬離子等在陰極板(或極網(wǎng))界面區(qū)域反應(yīng)生成CaC03、 MgC03、Ca2SiO4, Ca(OH)2, Mg (OH) 2等難溶物質(zhì)，并以水垢形式在極板表面結(jié)晶析出，極大地降低處理出水硬度，從而起到對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)除垢的作用。在高頻脈沖直流電的作用下， CaCO3及MgCO3等水垢主要成分在陰極板表面的結(jié)晶形式由方解石型轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為疏松的紋石型針狀結(jié)晶，便于剝離去除。少量隨水流帶走的細(xì)微紋石型水垢在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中將成為晶核，促使冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管道、交換器璧等易結(jié)垢部位的水垢轉(zhuǎn)化至水中懸浮的紋石晶核上絮狀析出，并隨水流帶走，從而防止水垢在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管道、器璧的生成，并提高設(shè)備換熱效率。以上兩種方式可強(qiáng)化本裝置對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的除垢效果。本發(fā)明也支持普通直流電的應(yīng)用，但電化學(xué)處理效率將低于高頻脈沖直流電，電耗也將升高。由于管壁及器璧結(jié)垢受到抑制，極大地減小了垢下腐蝕的發(fā)生幾率。溶解于水中的狗2+離子在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生一系列反應(yīng)生成F^O3 · ηΗ20,即鐵銹。F^O3 · IiH2O部分在陰極板析出，形成水垢，部分在循環(huán)水系統(tǒng)管壁及器璧最終形成較為致密的狗304薄膜，阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。不僅如此，由于管壁及器璧結(jié)垢減少，將極大提高熱交換器換熱效率，同時(shí)節(jié)約循環(huán)水泵能量消耗。帶負(fù)電的微生物在電場作用下向陽極遷移，造成生物放電而被滅活，該電場具有廣譜殺菌作用。不僅如此，在具有鈦基金屬涂布貴金屬或鈦基金屬涂布貴金屬氧化物涂層陽極的催化作用下，可使析氧電位下降，在電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生初生態(tài)活性氧
、OH自由基及少量H202、O3等，當(dāng)水中存在氯離子時(shí)，反應(yīng)還將生成少量cio2、HC10、αο 一等物質(zhì)， 這些物質(zhì)具有較強(qiáng)的殺菌滅藻作用，使本裝置處理后出水與循環(huán)水混合后仍具有較強(qiáng)的殺菌滅藻及抑制菌藻生存的作用。以上反應(yīng)均在同一反應(yīng)裝置內(nèi)完成，即在同一裝置的作用下實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水的電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻。需處理的水自進(jìn)水管進(jìn)入反應(yīng)室，陰陽兩極接通高頻直流電源，在電流作用下，水中Ca2+、Mg2+、硅酸鹽、磷酸鹽類及冷卻系統(tǒng)腐蝕產(chǎn)生的狗離子及其他金屬離子以沉淀形式在陰極沉積并形成疏松水垢，降低出水的硬度，防止循環(huán)水系統(tǒng)水垢生成，水中部分離子最終將形成狗304膜，減緩腐蝕，對循環(huán)水管路及器璧形成保護(hù)；陽極吸附帶負(fù)電的微生物并利用電場進(jìn)行滅活，涂布貴金屬或貴金屬氧化物的陽極產(chǎn)生活性氧、氫氧自由基及03， 對細(xì)菌及藻具有較強(qiáng)的殺滅作用，由于處理后的水中存在活性氧、氫氧自由基及03，裝置出水與冷卻循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)水混合后仍可保持較強(qiáng)的殺菌滅藻及抑制作用。
本裝置采用高頻脈沖直流電源，水垢在陰極形成時(shí)較為疏松，便于去除。當(dāng)反應(yīng)裝置連續(xù)處理一定時(shí)間后，水垢將在陰極富集并達(dá)到一定厚度，控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定參數(shù)切換反應(yīng)裝置陰陽極極性，水垢逐漸軟化脫落，并下沉至反應(yīng)室底部，通過排渣管定時(shí)排除。水垢排除后切換至正常處理程序繼續(xù)處理。


圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的左視圖，圖3是本發(fā)明系統(tǒng)圖。圖中1.進(jìn)水閥，2.進(jìn)水管，3.進(jìn)水電導(dǎo)儀，4.布水器，5.出水管，6.出水電導(dǎo)儀，7.出水閥，8.電化學(xué)反應(yīng)室，9.陰極接線柱，10.陽極接線柱，11.陰極板，12——陽極板，13.排渣管，14.排渣閥，15.渣斗，16.高頻直流電源，17.控制系統(tǒng)，18.設(shè)備支架。
具體實(shí)施例方式如圖1-3所示，設(shè)備電化學(xué)反應(yīng)室8為玻璃鋼或PE材質(zhì)，反應(yīng)室底部設(shè)有渣斗15， 便于水垢集中沉積，渣斗底部外接排渣管13及排渣閥14，便于水垢排除。進(jìn)水閥1、進(jìn)水管2設(shè)置于設(shè)備電化學(xué)反應(yīng)室8底部，與反應(yīng)室8底部安裝的布水器4相連，布水器4的主要作用是將待處理水均勻分配到電化學(xué)反應(yīng)室斷面，防止貫穿溝流影響處理效果。出水管5及出水閥7設(shè)置于反應(yīng)室上部，與進(jìn)水管2相對。電化學(xué)反應(yīng)室8內(nèi)安置一組或并聯(lián)安置多組極板，其中陽極板12為鈦金屬涂布貴金屬或鈦金屬涂布貴金屬氧化物涂層，可降低析氧電位，使析氧電位< 0. 2V，以促進(jìn)活化氧及O3生成。陰極板11為鈦極板。陰極及陽極可使用極板或極網(wǎng)。進(jìn)水管2及出水管5上分別安置進(jìn)水電導(dǎo)儀3及出水電導(dǎo)儀6探頭，用于檢測進(jìn)出水電導(dǎo)率。電化學(xué)反應(yīng)室8上部設(shè)置有蓋板，與反應(yīng)室箱體之間使用密封圈密封，使電化學(xué)反應(yīng)室8處于密閉狀態(tài)。陰極接線柱9及陽極接線柱10穿過反應(yīng)室蓋板于反應(yīng)室內(nèi)分別與陰極板11及陽極板12相連，接線柱于反應(yīng)室外通過電纜線與高頻直流電源16相連，陰陽極接線柱與反應(yīng)室蓋板通過密封圈密封?？刂葡到y(tǒng)17與高頻直流電源16同置于控制柜中，通過已設(shè)置處理程序的PLC芯片對系統(tǒng)進(jìn)行控制，控制系統(tǒng)接收進(jìn)水電導(dǎo)儀3及出水電導(dǎo)儀6的信號(hào)，通過運(yùn)算自動(dòng)改變設(shè)備運(yùn)行的電化學(xué)參數(shù)。本冷卻循環(huán)水電化學(xué)處理裝置可安裝于冷卻循環(huán)水系統(tǒng)旁路中，也可通過水泵等提升設(shè)備自循環(huán)水池提升至本裝置內(nèi)處理。本冷卻循環(huán)水電化學(xué)處理裝置運(yùn)行時(shí)，水通過進(jìn)水管2進(jìn)入反應(yīng)室，自出水管5排出反應(yīng)室，在反應(yīng)室的陰極板11及陽極板12上發(fā)生一系列電化學(xué)反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的除垢、緩蝕、殺菌滅藻。當(dāng)裝置運(yùn)行一定時(shí)間后，系統(tǒng)自動(dòng)交換陰陽極極性，短時(shí)間內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)水垢的剝離。本方法的反應(yīng)原理如下
(1)除垢原理
電化學(xué)反應(yīng)過程中，在電流的作用下，陰極發(fā)生如下反應(yīng) 2H20 + 2e——"- 20H — + H2 個(gè)隨著反應(yīng)的進(jìn)行，OH 一在陰極板表面濃度逐漸升高，陰極板界面區(qū)域pH值上升，水中溶解的(X)2在極板界面區(qū)域與發(fā)生如下反應(yīng) CO2 + OH 一一“- HCO32 一 HCO32 一十 OH 一一"- CO32 一 + H2O
水中Ca2+、Mg2+、硅酸鹽、磷酸鹽等與上述物質(zhì)在陰極板界面區(qū)域反應(yīng)生成CaC03、MgC03、 Ca2SiO4, Ca(0H)2、Mg(OH)2等物質(zhì)，并以水垢形式在極板表面結(jié)晶析出，極大地降低處理出水硬度，從而起到對冷卻循環(huán)水系統(tǒng)除垢的作用。部分反應(yīng)如下 Ca2+ + CO32 —一“- CaCO3 I Mg2+ + CO32 ——“- MgCO3 I Ca2+ + 20H ——- Ca (OH) 2 I Mg2+ + 20H —一"- Mg (OH) 2 I 2Ca2+ + SiO4 + H2O一"- Ca2 SiO4 · H2O
CaCO3及MgCO3結(jié)晶通常為排列整齊、結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)地堅(jiān)硬的方解石型結(jié)晶，難以去除。 本裝置運(yùn)用高頻脈沖直流電源，促使CaC03&MgC03在陰極板表面的結(jié)晶形式轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為疏松的紋石型針狀結(jié)晶，便于剝離去除。少量隨水流帶走的細(xì)微紋石型水垢在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中將成為晶核，促使冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管道、交換器璧等易結(jié)垢部位的水垢轉(zhuǎn)化至水中懸浮的紋石晶核上絮狀析出，并隨水流帶走，從而防止水垢在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)管道、器璧的生成，并提高設(shè)備換熱效率。以上兩種方式可強(qiáng)化本裝置對冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的除垢效果。
(2)除銹緩蝕原理
由于管壁及器璧結(jié)垢受到抑制，極大地減小了垢下腐蝕的發(fā)生幾率。溶解于水中的狗2+ 離子在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生一系列反應(yīng)生成F^O3 ·ηΗ20，即鐵銹。F^O3 ·πΗ20部分在陰極板析出， 形成水垢，部分在循環(huán)水系統(tǒng)管壁及器璧最終形成較為致密的狗304薄膜，阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。反應(yīng)如下
T^ 2+一T^ 3+
re — e-- · re
Fe3+ + 30H —一"- Fe (OH) 3 I
Fe (OH) 3一"- Fe2O3 · 3 H2O
3Fe203 · nH20 + 2e一"- 2Fe304 + 0 + 3nH20
(3)殺菌滅藻原理
在反應(yīng)室內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)過程中，電極與水之間存在電場作用，帶負(fù)電的微生物在電場作用下向陽極遷移，造成生物放電而被滅活，該電場具有廣譜殺菌作用。不僅如此，在具有鈦基金屬涂布貴金屬或鈦基金屬涂布貴金屬氧化物涂層陽極的催化作用下，可使析氧電位< 0. 2V，在電化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生初生態(tài)活性氧
、OH自由基及少量H202、O3等，當(dāng)水中存在氯離子時(shí)，反應(yīng)還將生成少量C102、HC10、Q0—等物質(zhì)，這些物質(zhì)具有較強(qiáng)的殺菌滅藻作用，使本裝置處理后出水與循環(huán)水混合后仍具有較強(qiáng)的殺菌滅藻及抑制菌藻生存的作用。主要反應(yīng)如下
H2O - 2e —一"- O0 + 2H+
H2O一"- HO + H+ + e 一
40H —— 4e——"- O2 個(gè) + 2 H2O
O2 + 4H0 — 2e —一"- O3 個(gè) + H2O3H20——“-O3 個(gè) + 6H+ + 6e 一 2H20 — 2e —一"- H2O2 + 2H+ 實(shí)例1
某化工廠企業(yè)冷卻水開路循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)水池容積^50m3，采用本裝置2臺(tái)進(jìn)行處理， 處理量1.0 m3/h.臺(tái)，水自循環(huán)水池通過水泵提升進(jìn)入設(shè)備，經(jīng)處理后排入循環(huán)水池內(nèi)，連續(xù)運(yùn)行50d，循環(huán)水池內(nèi)水質(zhì)參數(shù)如表1所示。
表1某化工企業(yè)冷卻循環(huán)水電化學(xué)處理水質(zhì)跟蹤表
權(quán)利要求
1.一種冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于處理裝置電化學(xué)反應(yīng)室(8)內(nèi)的陰陽極板或極網(wǎng)在加載直流電的狀況下，極板或極網(wǎng)界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，水中的Ca2+、Mg2+、狗2+、硅酸鹽、磷酸鹽、其他金屬離子物質(zhì)在陰極板(11)上沉積形成疏松的針狀紋石類礦物結(jié)晶；陽極板(12)上產(chǎn)生活性氧、自由氫氧基、03，滅活水中的菌藻，且經(jīng)處理后的水與循環(huán)水混合后仍保持一定的菌藻滅活及抑制作用；同時(shí)，由于管壁及器璧結(jié)垢受到抑制，極大地減小了垢下腐蝕的發(fā)生幾率，溶解于水中的狗2+離子在反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生一系列反應(yīng)生成!^e2O3 · ηΗ20,即鐵銹，F(xiàn)e2O3 · IiH2O部分在陰極板以水垢形式析出，部分在循環(huán)水系統(tǒng)管壁及器璧最終形成較為致密的I^e3O4薄膜，阻止腐蝕的進(jìn)一步發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于使用直流電加載于電極，在電流< 20A及電壓< 300V條件下對進(jìn)入反應(yīng)裝置內(nèi)的水進(jìn)行電化學(xué)處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于陰極板采用鈦基金屬板或鈦基金屬網(wǎng)板，陽極板使用鈦基金屬涂布貴金屬或貴金屬氧化物，可降低析氧電位。
4 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于在改變裝置外形的情況下，可使用板狀電極、網(wǎng)板狀電極、筒狀電極、環(huán)狀電極或圓形柱狀電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于裝置正常處理一定時(shí)間后，極板表面將沉積大量水垢，可通過短時(shí)間交換陰陽極極性實(shí)現(xiàn)水垢的剝離，剝離下的水垢沉積于裝置底部的渣斗中，通過排渣管排出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于裝置可安裝于循環(huán)水旁路進(jìn)行處理，也可以自循環(huán)水池中通過提升設(shè)備抽入裝置內(nèi)進(jìn)行處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于基于權(quán)利要求1所制作的裝置可不設(shè)置反應(yīng)室而直接將陰陽極插入循環(huán)水池內(nèi)進(jìn)行處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，其特征在于當(dāng)水中有Cl —存在時(shí)，通過電化學(xué)反應(yīng)可產(chǎn)生cio2、ci2、Hao、Cio —物質(zhì)，對水中的菌藻有滅活作用。
全文摘要
本發(fā)明公開一種冷卻循環(huán)水電化學(xué)除垢、緩蝕、殺菌滅藻方法及裝置，屬于水處理及節(jié)能減排領(lǐng)域，裝置電化學(xué)反應(yīng)室(8)內(nèi)設(shè)置有一組或多組陰極板(11)及陽極板(12)，在加載直流電時(shí)，陰陽極板界面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，水中的Ca2+、Mg2+、Fe2+、其他金屬離子、硅酸鹽、磷酸鹽類等物質(zhì)在陰極板(11)上沉積形成疏松的針狀紋石類礦物結(jié)晶；陽極板(12)產(chǎn)生活性氧、自由氫氧基、O3等，滅活水中的菌藻，且經(jīng)處理后的水與循環(huán)水混合后仍保持一定的菌藻滅活及抑制作用。該裝置設(shè)置渣斗(15)，當(dāng)陰陽極極性互換時(shí)，水垢剝離并下沉至渣斗(15)，通過排渣管(13)排除。裝置安裝于循環(huán)水旁路時(shí)，會(huì)在循環(huán)系統(tǒng)管壁及器璧形成一層致密的Fe3O4薄膜，阻礙腐蝕進(jìn)程。
文檔編號(hào)C02F1/46GK102491456SQ201110413920
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者唐道文, 廖曼妮, 王海峰, 王芹 申請人:王海峰