CN108147610A - 低、高压组合电化学水处理装置及方法 - Google Patents

低、高压组合电化学水处理装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低、高压组合电化学水处理装置及方法，涉及水处理技术领域，包括低压电化学水处理装置和静电水处理器，低压电化学水处理装置的入口连通总进水管，低压电化学水处理装置连接有自动清洗机构，低压电化学水处理装置与静电水处理器连接；所述低压电化学水处理装置为推流式结构。本发明把静电水处理器同推流式低压电化学水处理装置组合，把从低压电埸流出的离子牢牢地络合住，从而解决低压电埸的不足、在不增加太多能耗就能把防垢率提高到98%以上。处理水量大，处理的硬度浓度范围比现有技术宽，既适合处理中、低硬度水，又适合处理中、高硬度水。清洗维护是半自动化，操作简单、省力、快速、无环境污染。投入成本比现有技术少三分之一。

Description

低、高压组合电化学水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种低、高压组合电化学水处理装置及方法。
背景技术
循环水电化学水处理有两种独立的装置，一种是低压电化学水处理装置，一种是高压静电水处理器。实践表明：低压电埸对流动水还原和取出结垢离子（Ca2+、Mg2+）特别是对高硬度水的几率不足80%，这个不足成了低压电埸水处理能不能取得水处理效果的关键。许多研究者把重点集中到功率、和电流密度上，但是再大的功率也阻止不了水的流出所带走的离子，因此除多耗电外，没有稍好的效果。
原低压电埸水处理器要人工定期清洗，国内产品的清洗周期在二十天左右，程序是停电-费力用工具开门-用专用工具铲、刮垢物-装袋-清洗遍地污水，约需40-50分钟再复原，清理费时费力。
应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种低、高压组合电化学水处理装置及方法，高压或超高压静电水处理器的静电埸，对水中正、负离子具有很强的静电吸力，把静电水处理器同推流式低压电化学水处理装置组合，一前一后，就能把从低压电埸流出的离子牢牢地络合住，从而解决低压电埸的不足，在不增加太多能耗就能把防垢率提高到98%以上。
为实现上述目的，本发明提供了一种低、高压组合电化学水处理装置, 其特征是：包括低压电化学水处理装置和静电水处理器，低压电化学水处理装置的入口连通总进水管，低压电化学水处理装置连接有自动清洗机构，低压电化学水处理装置的出水口通过中间连接管道与静电水处理器的入口连接；
所述低压电化学水处理装置为推流式结构。
所述低压电化学水处理装置包括电化学水处理箱以及固定在电化学水处理箱内的正极板和负极板；
所述自动清洗机构包括清洗管道和排污机构，清洗管道设置在电化学水处理箱的上部并与电化学水处理箱连通，排污机构设置在电化学水处理装置的下部。
所述电化学水处理箱内还设有多个箱内清洗机构，箱内清洗机构上端与清洗管道连通。
所述清洗管道的输入端连通总进水管，清洗管道上沿清洗水流动方向依次设有过滤器、增压泵、清洗金属膨胀节和清洗自动控制阀。
所述清洗管道的输出端连接有两个以上固定在低压电化学水处理装置上侧的除垢输水管道，除垢输水管道连通箱内清洗机构。
所述正极板和负极板交错设置，在电化学水处理箱内形成S形流道。
所述负极板与正极板的面积比例为2:1。
所述静电水处理器的出口通过第一绝缘管件连接出水管道，中间连接管道与静电水处理器的入口之间通过第二绝缘管件连接。
一种低、高压组合电化学水处理方法，其特征是：包括以下步骤：
待处理水进入低压电化学水处理装置，低压电化学水处理装置为推流式结构，水中正、负电位离子向电位相反的极板移动，在正极板和负极板之间发生还原反应，使结垢离子还原；
含有未被还原结垢离子的待处理水由低压电化学水处理装置流出并经过中间连接管道进入静电水处理器，静电埸电埸力将链状的水分子切割为单个极性水分子，单个极性水分子包围水中的正、负离子，防止结垢离子结垢。
所述低压电化学水处理装置运行一段时间后利用自动清洗机构清除负极板上的污垢；所述自动清洗机构清洗管道、箱内清洗机构喷淋管和排污机构，多个箱内清洗机构喷淋管设置在电化学水处理箱内，清洗管道设置在电化学水处理箱的上部并与箱内清洗机构喷淋管连通，排污机构设置在电化学水处理装置的下部。
推流式结构是指推流流动形式进行化学反应的容器，穿过容器的液体物料粒子以与进入时相同的顺序排出，常见的为S形流道。粒子的排列顺序在容器内保持不变，其停留时间等于理论停留时间。液流形式与长宽比很大的的长条形池中的液流相近似，减少或消除了纵向的分散作用。
本发明的有益效果是：
1、本发明将电化学水处理装置由直流式改为推流式，并组合低压电化学水处理装置和静电水处理器，高压或超高压静电水处理器的静电埸，对水中正、负离子具有很强的静电吸力，把静电水处理器同推流式低压电化学水处理装置组合，一前一后，就能把从低压电埸流出的离子牢牢地络合住，从而解决低压电埸的不足、在不增加太多能耗就能把防垢率提高到98%以上。
2、相比于现有技术强调电流密度，本发明采用高压或超高压的静电水处理器与低压电化学水处理装置相结合，依靠电场强度的高低组合实现水处理，更强调功率，更省电，处理效果比现有技术更好。
3、本发明处理水量大，处理的硬度浓度范围比现有技术宽，既适合处理中、低硬度水，又适合处理中、高硬度水。
4、本发明清洗维护是半自动化，操作简单、省力、快速、无环境污染。
5、本发明成本低，投入成本比现有技术少三分之一。
参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施方式，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施方式在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施方式包括许多改变、修改和等同。
针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
所包括的附图用来提供对本申请实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本申请的实施方式，并与文字描述一起来阐释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明的立体结构示意图。
图3是正极板与负极板组成推流式结构的结构示意图。
图4是链状水分子的示意图。
图5是被切割后的水分子示意图。
图6是单个极性水分子包围正、负离子的示意图。
其中：1-出水管道 2-第一绝缘管件 3-静电水处理器 4-第一支架 5-第二绝缘管件 6-中间连接管道 7-电化学水处理箱 8-喷淋管 9-第二支架 10-积垢斗11-排垢管道 12-排垢自动控制阀 13-水处理自动控制阀 14-水处理金属膨胀节 15-除垢输水管道 16-清洗自动控制阀 17-水处理手动阀 18-清洗金属膨胀节 19-增压泵 20-Y型过滤器 21-清洗手动阀 22-清洗管道 23-总进水管 24-正极板 25-负极板。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都应当属于本申请保护的范围。
参见图1~2，该低、高压组合电化学水处理装置包括低压电化学水处理装置和静电水处理器3，静电水处理器3固定在第一支架4上，低压电化学水处理装置固定在第二支架9上，低压电化学水处理装置的入口连通总进水管23，低压电化学水处理装置连接有自动清洗机构，低压电化学水处理装置的出水口通过中间连接管道6与静电水处理器3的入口连接；低压电化学水处理装置为推流式结构。静电水处理器3的出口通过第一绝缘管件2连接出水管道1，中间连接管道6与静电水处理器3的入口之间通过第二绝缘管件5连接。
低压电化学水处理装置包括电化学水处理箱7以及固定在电化学水处理箱7内的正极板24和负极板25；自动清洗机构包括清洗管道22和排污机构，清洗管道22设置在电化学水处理箱7的上部并与电化学水处理箱7连通，排污机构设置在电化学水处理装置的下部。电化学水处理箱7内还设有多个喷淋管8，喷淋管8上端与清洗管道22连通。
低压是指电压为220V以及以下电源，低压电埸电化学水处理的基本原理是电能转化成化学能，氧化还原反应是主要反应，属于化学-电化学科学；高压静电电化学水处理是异性电位相吸的物理学科学；电化学同物理学相辅相成的应用，在现代科技中取得了许多重要成果，但低压电埸和高压电埸两种水处理设备同时作用于水还是一种新的理念和工艺。本申请的申请人及发明人有二十多年低压电埸和高压电埸应用的经验，根据经验并通过试验，认为两者可以进行结合。低压电化学水处理装置能还原和取出水中结垢离子是不争的事实，在处理钙、镁离子浓度150mg/l以下的水能得到好的效果，但在处理较高硬度水时，却很难出现较高的防垢率，这只能说明还有少部分结垢离子未被还原，单靠增加低压电埸设备或增大电能会提高投入成本和运行成本，在处理高硬度水时仍然得不到高的防垢率。二十多年前，从事低压电埸和高压电埸水处理的研究结论是：低压电埸处理硬度的范围是400mg/l以下，高压电埸处理的范围是700mg/l以下。这也说明高压电埸具有很强的络合钙、镁离子的能力和取得高防垢率的功能。
清洗管道22的输入端连通总进水管23，清洗管道22上沿清洗水流动方向依次设有清洗手动阀21、Y型过滤器20、增压泵19、清洗金属膨胀节18和清洗自动控制阀16，清洗管道22的输出端连接有两个固定在电化学水处理箱7上侧的除垢输水管道15，除垢输水管道15连通喷淋管8。总进水管23上沿待处理水流动方向依次设有水处理手动阀17、水处理金属膨胀节14和水处理自动控制阀13。
参见图3，正极板24和负极板25交错设置，在电化学水处理箱7内形成S形流道。低压电化学水处理装置是串联在输水管道的旁路上，处理装置内的水流速度近于管道中水的流速，约为1.5m/s。根据法拉弟电解定律，阴极还原吸附量同电埸对水的作用时间成正比，同水的流速成反比，因此延长电埸对水的作用时间可以提高还原率。本发明把处理装置内的正极板24和负极板25作有规则的排列，使水流走S型水路，作用时间同直流型相比延长5倍以上。本实施例中的负极板25与正极板24的面积比例为2:1。
一种低、高压组合电化学水处理方法，包括以下步骤：
总进水管23经过水处理手动阀17、水处理金属膨胀节14和水处理自动控制阀13进入低压电化学水处理装置，低压电化学水处理装置为推流式结构，给由正、负极板和水组成的电埸通以直流电后，水中正、负电位离子向电位相反的极板移动，在正极板24和负极板25之间发生还原反应，使Ca2+、Mg2+还原成CaCO3、MgCO3，从而达到钙、镁离子不能再结垢的目的。如果钙、镁离子能全部被还原成碳酸盐分子，如在不流动的电解池中，那么防垢率就可达100%。但在循环流动的大水池中，钙、镁离子在处理器电埸中的停留时间不到1秒钟，未被还原的Ca2+、Mg2+流出电埸后仍会在高温管壁上结垢，因此低压电埸的防垢率被评价为80%。若把低压电埸中流出的水再经过高压静电埸，防垢率就会大大提高。
参见图4，水分子是极性分子，在常态下呈链状，即正-负-正-负-正-负首尾相连。
参见图5，含有未被还原结垢离子的待处理水由低压电化学水处理装置流出并经过中间连接管道6和第二绝缘管件5进入静电水处理装置，静电埸电埸力将链状的水分子切割为单个极性水分子。
参见图6，单个极性水分子包围水中的正、负离子（如Cａ２＋、CO3 2-），从低压电埸流出的Cａ２＋、CO3 2-被高压电埸中单个极性水分子包围，提高了电化学水处理的防垢率和防垢效果，最后静电水处理器3中水由第一绝缘管件2和出水管道1排出。
低压电化学水处理装置运行一段时间后，负极板25上会有10cm左右厚度的还原吸附物，要进行清洗。以往的清洗步驟是：一、用专用工具转动6个圆形手柄把密封门拉开；二、用外置的高压水枪冲洗内部电极上的污垢，此时污垢和污水遍布地面，操作人要穿套或和防水服；三、要用工具扒、刮出箱内的污垢，堆满一地，另一人要用桶装提走；四、约40多分钟后一再反程序还原。本发明采用自动清洗机构，无需进行开关门操作，清洗过程是：一、把水处理自动控制阀13关闭，清洗自动控制阀打开，总进水管23的一路清洗水由清洗管路通过清洗手动阀21、Y型过滤器20、增压泵19、清洗金属膨胀节18和清洗自动控制阀16进入除垢输水管道15；二、水流通过增压泵19进入若干喷淋管8，冲刷极板上的污垢，排垢自动控制阀12打开，冲刷下来的污垢进入积垢斗10后由排垢管道11和排垢自动控制阀12排出。三、反程序还原。总时间约20-30分钟，地面清洁。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：包括低压电化学水处理装置和静电水处理器，低压电化学水处理装置的入口连通总进水管，低压电化学水处理装置连接有自动清洗机构，低压电化学水处理装置的出水口通过中间连接管道与静电水处理器的入口连接；
所述低压电化学水处理装置为推流式结构。
2.如权利要求1所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述低压电化学水处理装置包括电化学水处理箱以及固定在电化学水处理箱内的正极板和负极板；
所述自动清洗机构包括清洗管道和排污机构，清洗管道设置在电化学水处理箱的上部并与电化学水处理箱连通，排污机构设置在电化学水处理装置的下部。
3.如权利要求2所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述电化学水处理箱内还设有多个箱内清洗机构，箱内清洗机构上端与清洗管道连通。
4.如权利要求2或3所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述清洗管道的输入端连通总进水管，清洗管道上沿清洗水流动方向依次设有过滤器、增压泵、清洗金属膨胀节和清洗自动控制阀。
5.如权利要求3所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述清洗管道的输出端连接有两个以上固定在低压电化学水处理装置上侧的除垢输水管道，除垢输水管道连通箱内清洗机构。
6.如权利要求2所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述正极板和负极板交错设置，在电化学水处理箱内形成S形流道。
7.如权利要求2或6所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述负极板与正极板的面积比例为2:1。
8.如权利要求1所述的低、高压组合电化学水处理装置，其特征是：所述静电水处理器的出口通过第一绝缘管件连接出水管道，中间连接管道与静电水处理器的入口之间通过第二绝缘管件连接。
9.一种低、高压组合电化学水处理方法，其特征是：包括以下步骤：
待处理水进入低压电化学水处理装置，低压电化学水处理装置为推流式结构，水中正、负电位离子向电位相反的极板移动，在正极板和负极板之间发生还原反应，使结垢离子还原；
含有未被还原结垢离子的待处理水由低压电化学水处理装置流出并经过中间连接管道进入静电水处理器，静电埸电埸力将链状的水分子切割为单个极性水分子，单个极性水分子包围水中的正、负离子，防止结垢离子结垢。
10.如权利要求9所述的低、高压组合电化学水处理方法，其特征是：所述低压电化学水处理装置运行一段时间后利用自动清洗机构清除负极板上的污垢；所述自动清洗机构清洗管道、箱内清洗机构喷淋管和排污机构，多个箱内清洗机构喷淋管设置在电化学水处理箱内，清洗管道设置在电化学水处理箱的上部并与箱内清洗机构喷淋管连通，排污机构设置在电化学水处理装置的下部。
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