CN108083455A - 一种推流式电化学软化水方法与装置 - Google Patents

一种推流式电化学软化水方法与装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种推流式电化学软化水方法与装置。在电化学反应器内依次垂直安装相间排列的阴阳电极，阴阳电极上下交错形成多个电极室，所有阴极或阳极底部留有过水通道，使与之相邻电极室在底部连通，所有阳极或阴极顶部留有过水通道，使与之相邻电极室在顶部连通，底部过水通道与顶部过水通道相间排列。该方法为两个步骤交替操作；水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用直流电促进水电解，分别生成CaCO3和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；阴极脱垢阶段：向电化学反应器通入空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢，被脱除的沉淀从排泥口排出。本发明适用于电力，石油，暖通等行业工业循环水的软化。

Description

一种推流式电化学软化水方法与装置
技术领域
本发明涉及电化学软化水方法与装置，尤其是涉及一种推流式电化学软化水方法与装置。
背景技术
电力、石油化工、钢铁制造行业蒸发冷却过程当中产生的循环冷的处理均涉及到软化。目前国内外软化的传统方法有化学药剂投加法，反渗透法和离子交换法等。这些方法各具特点。与传统的方法相比，电化学软化法具备环境友好、反应条件温和、处理效率高、适用范围广等优点，因此在高硬度废水处理中具有良好的工业化应用前景。
近年来，电化学软化水技术已在工业循环水领域进行了应用研究，取得了较大进展，使人们对这一技术的期待更加迫切。但是电化学降解技术还存在许多亟待解决的关键性问题，其中之一就是电化学降解装置的设计。完全混合式反应器结构简单，目前在国内外应用最广，然而，完全混合反应器不仅存在严重的反混、短流和轴向分散现象，而且存在较多死水区，这严重降低了反应器的容积效率，进而影响软化效果。因此，设计更为高效的电化学软化水反应器势在必行。
发明内容
为了克服背景技术中传统电化学反应器所存在的问题，本发明的目的在于提供一种推流式电化学软化水方法与装置，以实现对工业循环水的高效软化。
本发明采用的技术方案是：
一、一种推流式电化学软化水方法：
电化学反应器内依次垂直安装多块相间排列的阴、阳电极，采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)硬水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极表面产生的OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；
2)阴极脱垢阶段：向电化学反应器通入空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢处理；在脱垢结束后，将被脱除的沉淀从排泥口排出电化学反应器。
所述硬水软化阶段，平均电压4.8 V-12.2 V，处理水流速度为40 L/h-80 L/h，处理时间为6h -12 h。
所述阴极脱垢阶段，脱垢阶段气流速度25 L/min -45 L/min；脱垢阶段时间2min-5 min。
二、一种推流式电化学软化水装置：
本发明包括左侧上部开有进水口、右侧上部开有出水口和底部开有排泥口的电化学反应器外壳；阳极与阴极相间排列并垂直固定于电化学反应器内；阴阳电极上下交错形成多个电极室，所有阴极或者阳极底部留有过水通道，使与之相邻电极室在底部连通，所有阳极或者阴极顶部留有过水通道，使与之相邻电极室在顶部连通，底部过水通道与顶部过水通道相间排列；各阳极互相连接，各阴极也互相连接；阳极与直流电源正极相连，阴极与直流电源负极相连；进水口经进水阀与进水泵相连；出水口与出水阀相连；底部排泥口与排泥阀相连，底部排泥口经进气阀与气泵相连。
所述阴阳电极通过U形槽固定于电化学反应器内，并利用密封条或者密封胶将电极板与U形槽密封。
所述阳极和阴极之间的电极间距为2～20 mm。
所述阳极和阴极的上端均具有凸出打孔部分，凸出打孔与接线通过螺钉固定连接，最终与直流电源相连。
所述阴极材料为耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
所述阳极材料为DSA电极，形状为板状。
本发明具有的有益效果是：
1)显著降低反混、短流和轴向分散程度，死水区容积率大幅下降。
2)反应器容积效率显著增加，软化效率大幅提高。
3)电极间显著缩短，能耗大幅下降。
本发明适用于电力，石油，暖通等行业工业循环水的软化。
附图说明
图1是本发明结构原理图。
图2是图1电化学反应器的A-A剖视图。
图3是图1电化学反应器的B-B剖视图。
图中：1、进水泵，2、进水阀，3、进水口，4、阴极，5、阳极，6、出水口，7、出水阀，8、电化学反应器外壳，9、电化学反应器，10、排泥口，11、排泥阀，12、进气阀，13、气泵。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明
如图1、图2、图3所示，本发明包括左侧上部开有进水口3、右侧上部开有出水口6和底部开有排泥口10的电化学反应器外壳8；阳极5与阴极4相间排列并垂直固定于电化学反应器9内；阴阳电极上下交错形成多个电极室，所有阴极4或者阳极5底部留有过水通道(图1中阴极4底部留有过水通道)，使与之相邻电极室在底部连通，所有阳极5或者阴极4顶部留有过水通道(图1中阳极5顶部留有过水通道)，使与之相邻电极室在顶部连通，底部过水通道与顶部过水通道相间排列；各阳极5互相连接，各阴极4也互相连接；阳极5与直流电源正极相连，阴极4与直流电源负极相连；进水口3经进水阀2与进水泵1相连；出水口6与出水阀7相连；底部排泥口10与排泥阀11相连，底部排泥口10经进气阀12与气泵13相连。
如图2所示，所述阴阳电极通过U形槽固定于电化学反应器9内，并利用密封条或者密封胶将电极板与U形槽密封。
所述阳极5和阴极4之间的电极间距为2～20 mm。
如图2所示，所述阳极5和阴极4的上端均具有凸出打孔部分，凸出打孔与接线通过螺钉固定连接，最终与直流电源相连。
所述阴极4材料为耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
所述阳极5材料为DSA电极，形状为板状。
本发明处理及再生过程为采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)进行硬水软化处理时：关闭进气阀12和排泥阀11，打开进水阀2和出水阀7；打开进水泵1将硬水通过进水阀2从进水口3输入电化学反应器9，硬水以折流态依次通过一系列电极室。各电极室之间由电极上下交错排列方式隔开，其中一部分电极板底部留有过水通道，使与之相邻电极室在底部连通，另外一部分电极板顶部留有过水通道，使与之相邻电极室在顶部连通，底部过水通道与顶部过水通道相间排列；同时打开直流电源，对电化学反应器9施加直流电，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极4表面产生的OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；处理过程中，两个电极产生的气体依靠自身浮力从电化学反应器9顶部排出。
2)进行阴极脱垢时：关闭直流电源、进水阀2和出水阀7，打开进气阀12；打开气泵13将空气通过进气阀12从各个排泥口10鼓入电化学反应器9，自下而上通过电化学反应器9，利用气泡破裂产生的巨大剪切力，对阴极4进行脱垢处理，脱除的沉淀从阴极表面转移至水相；脱垢过程中，气泡依靠自身浮力从电化学反应器9顶部排出；脱垢结束后，关闭进气阀12；打开排泥阀11，将脱除的沉淀从排泥阀11排出。
下面为本发明的实施例。
实施例1
硬度约为350 mg/L，阻垢剂浓度约为2 mg/L的工业循环水采用图1所示的推流式的电化学软化水装置进行处理。阴阳电极的尺寸均为10×10×2 cm，电极之间的间距为10 mm，反应器容积为1400 mL。操作条件如下：软化阶段电流密度40 A/m2；软化阶段平均电压4.8V；软化阶段处理水流速度40 L/h；软化阶段处理历时12 h；脱垢阶段气流速度45 L/min；脱垢阶段时间5 min。运行结果如下：软化阶段出水总硬度离子平均去除率为19.3 %，沉积速率为30.6 g/h/m2，能耗5.7 kWh/kg的 CaCO3。
实施例2
硬度约为350 mg/L，阻垢剂浓度约为2 mg/L的工业循环水采用图1所示的推流式的电化学软化水装置进行处理。阴阳电极的尺寸均为10×10×2 cm，电极之间的间距为 20 mm，反应器容积为1400 mL。操作条件如下：软化阶段电流密度10 A/m2；软化阶段平均电压6.5V，软化阶段处理水流速度80 L/h；软化阶段处理历时9 h；脱垢阶段气流速度25 L/min；脱垢阶段时间10 min。运行结果如下：软化阶段出水总硬度离子平均去除率为13.5 %，沉积速率为14.4 g/h/m2，能耗11.2 kWh/kg的 CaCO3。
实施例3
硬度约为350 mg/L，阻垢剂浓度约为2 mg/L的工业循环水采用图1所示的推流式的电化学软化水装置进行处理。阴阳电极的尺寸均为10×10×2 cm，电极之间的间距为2 mm，反应器容积为1400 mL。操作条件如下：软化阶段电流密度300 A/m2；软化阶段平均电压12.2V；软化阶段处理水流速度60 L/h；软化阶段处理历时6 h；脱垢阶段气流速度60 L/min；脱垢阶段时间2 min。运行结果如下：软化阶段出水总硬度离子平均去除率为16.1 %，沉积速率为105.74 g/h/m2，能耗56.2 kWh/kg的 CaCO3。

Claims (9)

1.一种推流式电化学软化水方法，其特征在于：电化学反应器内依次垂直安装多块相间排列的阴、阳电极，采用硬水软化与阴极脱垢两个步骤交替操作；
1)硬水软化阶段：硬水通过电化学反应器，利用电流密度为10-300A/m2 的直流电促进水电解，阴极表面产生的OH- ，与水中HCO3 - ，Ca2+ 和Mg2+ 反应分别生成CaCO3 和Mg(OH)2并沉积于阴极表面，水中的硬度离子得到去除；
2)阴极脱垢阶段：向电化学反应器通入空气，利用气泡破裂产生的剪切力，对阴极进行脱垢处理；在脱垢结束后，将被脱除的沉淀从排泥口排出电化学反应器。
2.根据权利要求1所述一种推流式电化学软化水方法，其特征在于：所述硬水软化阶段，平均电压4.8 V-12.2 V，处理水流速度为40 L/h-80 L/h，处理时间为6h -12 h。
3.根据权利要求1所述一种推流式电化学软化水方法，其特征在于：所述阴极脱垢阶段，脱垢阶段气流速度25 L/min -45 L/min；脱垢阶段时间2 min-5 min。
4.用于权利要求1所述方法的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：包括左侧上部开有进水口（3）、右侧上部开有出水口（6）和底部开有排泥口（10）的电化学反应器外壳（8）；阳极（5）与阴极（4）相间排列并垂直固定于电化学反应器（9）内；阴阳电极上下交错形成多个电极室，所有阴极（4）或者阳极（5）底部留有过水通道，使与之相邻电极室在底部连通，所有阳极（5）或者阴极（4）顶部留有过水通道，使与之相邻电极室在顶部连通，底部过水通道与顶部过水通道相间排列；各阳极（5）互相连接，各阴极（4）也互相连接；阳极（5）与直流电源正极相连，阴极（4）与直流电源负极相连；进水口（3）经进水阀（2）与进水泵（1）相连；出水口（6）与出水阀（7）相连；底部排泥口（10）与排泥阀（11）相连，底部排泥口（10）经进气阀（12）与气泵（13）相连。
5.根据权利要求4所述的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：所述阴阳电极通过U形槽固定于电化学反应器（9）内，并利用密封条或者密封胶将电极板与U形槽密封。
6.根据权利要求4所述的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：所述阳极（5）和阴极（4）之间的电极间距为2～20 mm。
7.根据权利要求4所述的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：所述阳极（5）和阴极（4）的上端均具有凸出打孔部分，凸出打孔与接线通过螺钉固定连接，最终与直流电源相连。
8.根据权利要求4所述的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：所述阴极（4）材料为耐腐蚀金属或合金，形状为板状。
9.根据权利要求4所述的一种推流式电化学软化水装置，其特征在于：所述阳极（5）材料为DSA电极，形状为板状。
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