CN107604377A - 一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，包括软水器，软水器连接有盐水配制箱，盐水配制箱连接高位盐水箱，高位盐水箱与带导流堰的离子膜电解槽阳极室连接，离子膜电解槽阴极室与高位碱液箱连接；阳极室产生淡盐水和氯气，阴极室产生氢气及氢氧化钠；阳极室与气液分离器连接，气液分离器与带格栅板的淡盐水循环罐连接，淡盐水循环罐与盐水配制箱连接；高位碱液箱、气液分离器及淡盐水循环罐与氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***连接，通过氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***生成次氯酸钠溶液。本发明生产的次氯酸钠消毒液投加入水体后，水的pH值、溶解性总固体等指标改变小，生成消毒副产物少，同时运行成本低，维护管理方便。
Description
技术领域
本发明属于中小型供水工程技术领域，具体涉及一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置。
背景技术
在我国城市供水工程中，液氯消毒是应用最成熟的消毒技术，但其安全要求高，使用前需要到公安部门备案，中小型供水工程不具备使用条件，适用的消毒方式主要包括次氯酸钠、二氧化氯、紫外线和臭氧消毒。其中，臭氧和紫外线消毒无持续消毒效果，只能在管网较短的小型工程中应用；二氧化氯消毒所需发生原料采购不易，且运行成本高；次氯酸钠消毒相对其他消毒方法来讲具有原材料购置方便、安全性高、持续消毒效果好等优点。但商品次氯酸钠消毒液用于供水消毒存在成本高、pH值高，投加时易堵塞和腐蚀投加泵、对水体中pH值、溶解性总固体等指标影响大等问题。为此，现场发生生产次氯酸钠溶液的装置(即次氯酸钠发生器)被研发和应用。
次氯酸钠发生器包括无隔膜次氯酸钠发生器和隔膜法次氯酸钠发生器两种。传统无隔膜次氯酸钠发生器存在有效氯浓度不高、盐耗和电耗较高导致运行成本高等问题。近年来有研究者将氯碱工业中的离子膜电解技术引入到了饮用水消毒领域，提高了有效氯浓度，降低了交流电耗、盐耗及运行成本。
现有技术虽然将离子膜电解产氯气技术引入到了饮用水消毒技术领域，但工艺成熟度严重不足，离子膜的保护、气液分离和氯气吸收等一系列问题尚未解决，长期使用时设备的电流效率等性能下降较多，生产消毒液中残余盐和生成副产物氯酸盐的浓度较高，设备的盐耗和电耗水平有待于优化。众所周知，中小型供水工程的消毒设备无法复制氯碱工业中一整套复杂的盐水二次精制与淡盐水脱氯等工艺，由于盐水中存在的钙镁离子、膜的振动等造成的离子膜污染、起泡从而引起电流效率下降、电耗升高的问题是需要解决的。另外，电解槽阳极室出液中的氯气如何有效脱除，避免循环盐水中残留氯气进入盐水配制箱；未电解盐水如何实现再利用，减少盐的浪费，同时减少进入最终成品次氯酸钠溶液的含盐量；氯气如何被碱液有效吸收成为次氯酸钠，同时避免局部过氯化造成生成次氯酸钠再度分解等问题也需要解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可生产高品质供水次氯酸钠消毒液装置，次氯酸钠消毒液投加入水体后，水的pH值、溶解性总固体等指标改变小，生成消毒副产物少，同时运行成本低，维护管理方便。
本发明提供了一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，包括用于软化进水的软水器，软水器连接有盐水配制箱，盐水配制箱连接高位盐水箱，盐水配制箱通过内置的吸盐器将饱和食盐水送入所述高位盐水箱，高位盐水箱与带导流堰的自然循环离子膜电解槽连接，用于通过高位盐水箱与离子膜电解槽之间的高差将饱和食盐水压入离子膜电解槽的阳极室内，离子膜电解槽与高位碱液箱连接，高位碱液箱内的氢氧化钠溶液依靠重力自流入离子膜电解槽的阴极室内；
阳极室产生淡盐水和氯气，阴极室产生氢气及氢氧化钠；阴极室内氢氧化钠溶液通过氢气的上升效应与高位碱液箱内的氢氧化钠溶液实现循环；阳极室与气液分离器连接，通过水跌及气体上升将淡盐水和氯气分离，气液分离器与带格栅板的淡盐水循环罐连接，淡盐水循环罐与盐水配制箱连接，通过盐水配制箱回收淡盐水循环罐中的淡盐水，淡盐水经淡盐水循环罐格栅板上的网状结构挤压含氯淡盐水，脱除淡盐水中残留的氯气；
高位碱液箱、气液分离器及淡盐水循环罐与氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***连接，通过氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***负压吸收气液分离器分离的氯气及淡盐水循环罐脱除的氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液。
进一步地，氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***包括次氯酸钠反应装置、碱液循环泵、水射器；
次氯酸钠反应装置与高位碱液箱连接，高位碱液箱的位置高于次氯酸钠反应装置的位置，可使高位碱液箱中的氢氧化钠溶液自动溢流到次氯酸钠反应装置内；
次氯酸钠反应装置连接有氢氧化钠溶液循环管路，氢氧化钠溶液循环管路通过碱液循环泵使次氯酸钠反应装置中的氢氧化钠溶液不断循环；
氢氧化钠溶液循环管路通过水射器使管路内出现真空状态，依靠负压吸收氯气与氢氧化钠溶液反应形成次氯酸钠溶液。
进一步地，氢氧化钠溶液循环管路设有换热器，换热器与高位碱液箱连接，用于将反应过程中产生的热量传递给高位碱液箱。
进一步地，次氯酸钠反应装置连接有用于容纳次氯酸钠溶液的成品次氯酸钠溶液箱。
进一步地，高位碱液箱连接有用于补入软化水的补给泵。
进一步地，高位碱液箱还连接有用于排出高位碱液箱内氢气的风机。
进一步地，吸盐器通过Y型过滤器及补盐水泵与高位盐水箱连接。
进一步地，阳极室的阳极及阴极室的阴极均采用网状结构，阳极上涂有钛或钌的氧化物涂层，阳极上涂有镍的氧化物涂层。
进一步地，离子膜电解槽的离子膜采用单层全氟磺酸钠离子交换膜。
与现有技术相比本发明的有益效果是：
(1)电解槽阳极和阴极入口和出口处的导流堰能够确保电解液在电解室内均匀分布，从而保证电解槽整体的电解电流效率维持在较高水平。
(2)阳极电解液(饱和食盐水)和阴极电解液(碱液)采用依靠重力的自然循环方式，自流入电解室，分别进入阳极室与阴极室，能避免采用计量泵泵入电解液的强制循环电解液循环方式引起的离子膜振动，有效避免膜损伤，延长离子膜的使用寿命。
(3)电解槽阳极流出的淡盐水中的氯气充分脱除后，能够实现未电解食盐的二次利用，降低电解装置的盐耗，同时避免盐进入成品次氯酸钠溶液，故能减少对水体的溶解性总固体值(TDS)的增加值。
(4)采用负压吸收氯气，电解槽阳极室内氯气不易泄漏，***安全性高，且氯气与碱液可充分混合，反应效率高。能够解决现有技术中在次氯酸钠溶液罐中通入氯气管，采用正压吸收氯气，导致氯气无法均匀分布在碱液中，反应效率低且在氯气管出口附近因氯气浓度高极易出现局部过氯化导致生成的次氯酸钠再次分解的问题。
(5)采用单层全氟磺酸钠离子交换膜，比现有技术中全氟羧酸膜和全氟羧酸/磺酸复合膜化学稳定性好，耐腐蚀能力强；同时，由于是单层膜，避免了采用复合膜时的层间剥离或产生水泡问题。
(6)无需持续性供应碱液，用以吸收电解槽产生的氯气，经济成本低。
(7)有效利用氯气与氢氧化钠(碱液)反应产生的热量对碱液进行加热，可在保证电流效率的同时减少***复杂性及***能耗，无需在次氯酸钠发生装置电解槽处设置加热装置，使阴极碱液温度保持在一定水平。
附图说明
图1是本发明一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置的结构示意图；
图2是本发明一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置带导流堰的离子膜电解槽的结构示意图。
图中标号：
1-软水器；2-盐水配制箱；3-Y型过滤器；4-带格栅板的淡盐水循环罐；5-气液分离器；6-带导流堰的自然循环离子膜电解槽；61-导流堰；7-高位盐水箱；8-高位碱液箱；9-碱液加热套；10-氢气风机；11-次氯酸钠反应装置；12-换热器；13-水射器；14-成品次氯酸钠溶液箱；15-补水泵；16-补盐水泵；17-碱液循环泵。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
参图1及图2所示，本实施例提供了一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，包括用于软化进水的软水器1，软水器1连接有盐水配制箱2，盐水配制箱2连接高位盐水箱7，盐水配制箱2通过内置的吸盐器将饱和食盐水送入高位盐水箱7，高位盐水箱7与带导流堰的自然循环离子膜电解槽6连接，用于通过高位盐水箱7与离子膜电解槽之间的高差将饱和食盐水压入离子膜电解槽的阳极室内，离子膜电解槽与高位碱液箱8连接，高位碱液箱8内的氢氧化钠溶液依靠重力自流入离子膜电解槽的阴极室内；
阳极室产生淡盐水和氯气，阴极室产生氢气及氢氧化钠；阴极室内氢氧化钠溶液通过氢气的上升效应与高位碱液箱内的氢氧化钠溶液实现循环；阳极室与气液分离器5连接，通过水跌及气体上升将淡盐水和氯气分离，气液分离器5与带格栅板的淡盐水循环罐4连接，淡盐水循环罐与盐水配制箱2连接，通过盐水配制箱2回收淡盐水循环罐中的淡盐水，淡盐水经淡盐水循环罐格栅板上的网状结构挤压含氯淡盐水，脱除淡盐水中残留的氯气；
高位碱液箱8、气液分离器5及带格栅板的淡盐水循环罐4与氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***连接，通过氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***负压吸收气液分离器分离的氯气及淡盐水循环罐脱除的氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液。
在本实施例中，氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***包括次氯酸钠反应装置11、碱液循环泵17、水射器13；
次氯酸钠反应装置11与高位碱液箱8连接，高位碱液箱8的位置高于次氯酸钠反应装置11的位置，可使高位碱液箱8中的氢氧化钠溶液自动溢流到次氯酸钠反应装11置内；
次氯酸钠反应装置11连接有氢氧化钠溶液循环管路，氢氧化钠溶液循环管路通过碱液循环泵17使次氯酸钠反应装置11中的氢氧化钠溶液不断循环；
氢氧化钠溶液循环管路通过水射器13使管路内出现真空状态，依靠负压吸收氯气与氢氧化钠溶液反应形成次氯酸钠溶液。
在本实施例中，氢氧化钠溶液循环管路设有换热器12，换热器12与高位碱液箱8连接，用于将反应过程中产生的热量传递给高位碱液箱8。
在本实施例中，次氯酸钠反应装置11连接有用于容纳次氯酸钠溶液的成品次氯酸钠溶液箱14。
在本实施例中，高位碱液箱8连接有用于补入软化水的补给泵15。
在本实施例中，高位碱液箱8还连接有用于排出高位碱液箱内氢气的氢气风机10。
在本实施例中，吸盐器通过Y型过滤器3及补盐水泵16与高位盐水箱7连接。
在本实施例中，阳极室的阳极及阴极室的阴极均采用网状结构，阳极上涂有钛或钌的氧化物涂层，阳极上涂有镍的氧化物涂层。
在本实施例中，离子膜电解槽的离子膜采用单层全氟磺酸钠离子交换膜。
本实施例提供的用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，具有如下技术效果：
1)通过软水器产水配制饱和盐水，减少了钙镁离子在离子膜上的沉积。
2)通过采用带导流堰的离子膜电解槽使电解液能够在电解室内均匀分布，避免局部电解液浓度过大，保障电流效率及设备性能稳定。
3)通过采用自然循环的电解液循环方式，避免了泵强制循环情况下的离子膜振动，延长了离子膜的使用寿命。
4)通过采用全氟磺酸离子交换膜，避免了采用全氟磺酸羧酸复合膜情况下易出现的离子膜起泡问题，延长了离子膜的使用寿命。
4)通过负压吸收氯气方式，能保证生产工艺安全，防止氯气泄漏。
5)通过气液分离器和内部带格栅板的淡盐水循环罐，实现了阳极室中氯气和未电解淡盐水的有效分离。
6)通过高位碱液箱的设置和气体提升效应实现了阴极液的循环。
7)通过水射器、碱液循环泵、次氯酸钠反应装置组成的次氯酸钠循环反应***，实现了氯气的有效吸收，能够避免出现局部过氯化引起的次氯酸钠分解。
下面对本发明作进一步详细说明。
该装置以带导流堰的自然循环离子膜电解槽6为核心，还包括进水配水***、阳极氯气分离及盐水循环***、阴极碱液循环***、氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***，循环水***。
离子膜阳极和阴极的电解液循环情况具体如下：
自来水进水通过软水器1后，钙镁离子浓度达到几个mg/L的水平，流入盐水配制箱2，同时在盐水配制箱2中加入固体无碘食用盐(氯化钠纯度应能达到98.5％以上)，在盐水配制箱2中保证有一定未溶解盐，从而保证盐水配制箱2内盐水的饱和状态，通过放置于盐水配制箱2内的吸盐器将饱和食盐水吸入高位盐水箱7，利用高位盐水箱7与带导流堰的自然循环离子膜电解槽6之间的高差，将饱和食盐水压入带导流堰的自然循环离子膜电解槽6内。
离子膜将电解槽分为阳极室和阴极室，设置在电解液入口处的导流堰61使电解液分别在阳极室和阴极室均匀分布，阳极电解液为饱和食盐水，阴极电解液为碱液(即氢氧化钠溶液)，阳极和阴极均采用网状结构，阳极网上涂有钛、钌等氧化物涂层；阳极网上涂有镍的氧化物涂层。通电后，在阴极室，水(H2O)在阴极表面放电生成氢气(H2)，阳极室食盐溶解后形成的钠离子(Na+)则穿过离子膜由阳极室进入阴极室，与阴极室水电解后产生的氢氧根离子(OH-)结合生成氢氧化钠(NaOH)；在阳极室，食盐溶解后形成的氯离子(Cl-)则在阳极表面放电生成氯气(Cl2)。
电解后的淡盐水和氯气从阳极室导出，流经气液分离器5，借助水跌和气体上升，实现氯气与淡盐水的分离，再流经带格栅板的淡盐水循环罐4，格栅板上的网状结构可进一步挤压含氯淡盐水，使残留氯气充分从淡盐水中脱除，带格栅板的淡盐水循环罐4中与气液分离器5中脱除的氯气一同进入氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***，而淡盐水则流入盐水配制箱2实现未电解食盐的循环利用。
高位碱液箱8内的碱液依靠重力自流入带导流堰的自然循环离子膜电解槽6阴极室内，在阴极表面电解产生的氢气(H2)上升效应可促使阴极液实现循环，氢气(H2)最终通过氢气风机10吹出到室外，排出***。阴极碱液循环***启动时，需在其中加入30％的碱液，无需后续添加，只需要在高位碱液箱8内液位下降至一定程度时，由补水泵15在其中补入软化后的水即可。在高位碱液箱8与次氯酸钠反应装置11之间设置有一根连通管，连通管在高位碱液箱8中的开口位置高于其在次氯酸钠反应装置11中的位置，高位碱液箱8中的碱液可自动溢流到次氯酸钠反应装置11中，溢流至次氯酸钠反应装置11中的碱液用于吸收带格栅板的淡盐水循环罐4中与气液分离器5中脱除的氯气。
氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***的工作过程是：
次氯酸钠反应装置11中碱液循环泵17提供动力使次氯酸钠反应装置11中的碱液不断循环，碱液通过水射器13时，水射器13使管道内出现真空状态，依靠负压吸收氯气，氯气和碱液充分混合并反应生成次氯酸钠，循环反应一定时间后，将形成的次氯酸钠溶液导入至成品次氯酸钠溶液箱14中，形成的次氯酸钠溶液可用于供水工程的消毒。次氯酸钠循环反应***产生的热量通过换热器12传递给高位碱液箱8，可给高位碱液箱8中的碱液加热，提高带导流堰的自然循环离子膜电解槽6槽温。
该次氯酸钠消毒液生产装置，所产次氯酸钠溶液浓度有效氯浓度较无隔膜次氯酸钠发生器可提高3倍以上。与商品次氯酸钠溶液相比，投加入水中后，pH值、溶解性总固体、钠离子、氯离子浓度改变很小，生成消毒副产物三卤甲烷的浓度可降低50％以上。此外，该装置可有效延长离子膜使用寿命，提高电解槽阳极室氯气脱除效率、阳极室氯气与阴极室碱液反应效率，进一步降低运行成本。
经实测，本实施例提供的次氯酸钠消毒液生产装置，以2mg/L的有效氯投加量投加入水体(原水TDS含量约为267mg/L)，水体TDS含量基本无变化，而同样投加量的无隔膜和商品次氯酸钠溶液投加则使水体TDS含量分别增加10％和25％，通过该装置生产的次氯酸钠消毒液投加入水体后，消毒副产物三卤甲烷含量与投加商品次氯酸钠溶液的值相比减少60％。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
Claims (9)
1.一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，包括用于软化进水的软水器，所述软水器连接有盐水配制箱，所述盐水配制箱连接高位盐水箱，所述盐水配制箱通过内置的吸盐器将饱和食盐水送入所述高位盐水箱，所述高位盐水箱与带导流堰的自然循环离子膜电解槽的阳极室连接，用于通过所述高位盐水箱与离子膜电解槽之间的高差将饱和食盐水压入所述离子膜电解槽的阳极室内，所述离子膜电解槽的阴极室与高位碱液箱连接，所述高位碱液箱内的氢氧化钠溶液依靠重力自流入所述离子膜电解槽的阴极室内；
所述阳极室产生淡盐水和氯气，所述阴极室产生氢气及氢氧化钠；所述阴极室内氢氧化钠溶液通过氢气的上升效应与高位碱液箱内的氢氧化钠溶液实现循环；所述阳极室与气液分离器连接，通过水跌及气体上升将淡盐水和氯气分离，所述气液分离器与带格栅板的淡盐水循环罐连接，所述淡盐水循环罐与盐水配制箱连接，通过盐水配制箱回收淡盐水循环罐中的淡盐水，所述淡盐水经淡盐水循环罐格栅板上的网状结构挤压含氯淡盐水，脱除淡盐水中残留的氯气；
所述高位碱液箱、气液分离器及淡盐水循环罐与氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***连接，通过所述氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***负压吸收所述气液分离器分离的氯气及淡盐水循环罐脱除的氯气与氢氧化钠溶液反应生成次氯酸钠溶液。
2.根据权利要求1所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述氯气负压吸收及次氯酸钠循环反应***包括次氯酸钠反应装置、碱液循环泵、水射器；
所述次氯酸钠反应装置与所述高位碱液箱连接，所述高位碱液箱的位置高于所述次氯酸钠反应装置的位置，可使所述高位碱液箱中的氢氧化钠溶液自动溢流到所述次氯酸钠反应装置内；
所述次氯酸钠反应装置连接有氢氧化钠溶液循环管路，所述氢氧化钠溶液循环管路通过所述碱液循环泵使次氯酸钠反应装置中的氢氧化钠溶液不断循环；
所述氢氧化钠溶液循环管路通过所述水射器使管路内出现真空状态，依靠负压吸收氯气与氢氧化钠溶液反应形成次氯酸钠溶液。
3.根据权利要求2所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述氢氧化钠溶液循环管路设有换热器，所述换热器与所述高位碱液箱连接，用于将反应过程中产生的热量传递给所述高位碱液箱。
4.根据权利要求3所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述次氯酸钠反应装置连接有用于容纳次氯酸钠溶液的成品次氯酸钠溶液箱。
5.根据权利要求4所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述高位碱液箱连接有用于补入软化水的补给泵。
6.根据权利要求5所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述高位碱液箱还连接有用于排出高位碱液箱内氢气的风机。
7.根据权利要求6所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述吸盐器通过Y型过滤器及补盐水泵与高位盐水箱连接。
8.根据权利要求7所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述阳极室的阳极及阴极室的阴极均采用网状结构，阳极上涂有钛或钌的氧化物涂层，阳极上涂有镍的氧化物涂层。
9.根据权利要求8所述的一种用于生产供水次氯酸钠消毒液的装置，其特征在于，所述离子膜电解槽的离子膜采用单层全氟磺酸钠离子交换膜。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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