电吸附除硬设备、循环冷却水处理系统及方法

摘要

本发明提供了一种电吸附除硬设备、循环冷却水处理系统及方法。其中电吸附除硬设备包括壳体，所述壳体上设置有进水口和出水口；以及电解管，所述电解管设置在所述壳体中，所述电解管包括中空管体和位于所述中空管体内部的惰性电极，所述惰性电极与所述中空管体之间有预设间隙，其中所述中空管体作为阳极，所述惰性电极作为阴极；所述预设间隙为150mm至1000mm；水进入所述电吸附除硬设备后，水中的结垢离子在电解管的作用下结垢沉积在所述中空管体的表面。本发明的电吸附除硬设备采用电化学除垢，绿色无污染，符合节能环保的要求。

说明书

技术领域

本发明涉及水处理领域，尤其涉及一种用于循环冷却水系统的电吸附除硬 设备。

背景技术

循环水系统是冶金、能源、化工企业生产必不可少的能源介质之一。目前， 对于循环水处理系统，为减少因循环水中盐类等的浓缩而对管道及设备造成的 不利影响，普遍使用投加化学药剂的方法来保持水质稳定，以提高循环水系统 的浓缩倍数。然而传统的投加化学药剂的水处理方法在药剂费昂贵，运行成本 高，以及系统排污废水中含有的磷会对环境造成污染等方面仍存在一定弊端

以电化学方法进行水处理的原理在于，将水中的Ca²⁺、Mg²⁺以固体形式排除， 降低水体的硬度，同时产生氧化性物质如Cl₂等，电解产生余氯可以抑制循环水 系统中菌藻的滋生，具有杀菌灭藻功能。但目前现有电化学水处理一般存在处 理效果差和处理效果不稳定的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种应用于循环冷却水处理的电吸附 除硬设备和包括该电吸附除硬设备的循环冷却水处理系统以及方法。

本发明的技术方案如下：

一种电吸附除硬设备，其包括

壳体，所述壳体上设置有进水口和出水口；以及

电解管，所述电解管设置在所述壳体中，所述电解管包括中空管体和位于 所述中空管体内部的惰性电极，所述惰性电极与所述中空管体之间有预设间隙， 其中所述中空管体作为阳极，所述惰性电极作为阴极；所述预设间隙为150mm 至1000mm；

水进入所述电吸附除硬设备后，水中的结垢离子在电解管的作用下结垢沉 积在所述中空管体的表面。

其中，所述中空管体的截面形状为圆环形，所述惰性电极的截面为圆形， 所述中空管体的内径与所述惰性电极的外径之比为2～20:1。

其中，在所述进水口和所述电解管之间还设置有布水挡板，所述布水挡板 上设置有布水孔，所述布水孔与所述电解管相连通。

其中，在所述进水口与所述布水挡板之间还设置有气体进口。

其中，所述电解管的数量至少为两个，相邻两根电解管之间的距离与所述 电解管的预设间隙之间的比值为2～5：1。

其中，所述电解管的数量为八根，其中四根所述电解管串联形成第一电解 管组，另外四根所述电解管串联形成第二电解管组，所述第一电解管组和所述 第二电解管组并联连接。

本发明还提供一种循环冷却水处理系统，其包括无阀滤池和上述的电吸附 除硬设备，所述电吸附除硬设备与所述无阀滤池相连通。

本发明还提供一种循环冷却水处理方法，采用上述的循环冷却水处理系统， 其包括如下步骤：

S100：将占总量5％至20％的循环冷却水通入所述循环冷却水处理系统的无 阀滤池进行过滤处理；

S200：经过过滤处理的循环冷却水进入电吸附除硬设备，并同时在电吸附 除硬设备中通入CO₂；

S300：将处理后的循环冷却水返回至循环冷却水管道中。

其中，所述循环冷却水在所述电吸附除硬设备中的流动速度为20～ 100L/min。

其中，所述循环冷却水处理方法还包括排污步骤；所述排污步骤包括运行 一定时间后，关闭出水口，打开排污口，使循环冷却水高速进入所述电吸附除 硬设备对所述电吸附除硬设备进行冲洗。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的电吸附除硬设备采用电化学除垢，绿色无污染，符合节能环 保的要求；

(2)本发明的电吸附除硬设备结构简单，操作方便，电解管中的阳极和阴 极的内外设置使得阳极和阴极之间形成的电场强度较大，从而保证了除垢效果； 经试验，本发明的电吸附除硬设备的Ca²⁺、Mg²⁺离子的脱除率达到40～80％；

(3)通过设置阳极和阴极之间的间隙保证了阳极和阴极之间形成的电场均 匀。

附图说明

图1为本发明的电吸附除硬设备的一个实施例的整体示意图；

图2为本发明的电吸附除硬设备的电解管的一个实施例的整体示意图；

图3为本发明的电吸附除硬设备的另一实施例的整体示意图；

图4为本发明的电吸附除硬设备的壳体的一个实施例的俯视示意图；

图5为本发明的循环冷却水处理系统的一个实施例的整体示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体附图 及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。

参见图1，本发明提供一种电吸附除硬设备，其包括壳体100和设置在壳体 100中并固定在壳体上的电解管200。其中所述壳体100上设置有进水口101和 出水口102。电解管200包括中空管体210和位于所述中空管体210内部的惰性 电极220，所述惰性电极220与所述中空管体210之间有预设间隙，其中所述中 空管体作为阳极，所述惰性电极作为阴极；使用时中空管体210与直流电源的 负极连接，惰性电极220和直流电源的负极连接。水进入所述电吸附除硬设备 后，水中的结垢离子在电解管200的作用下结垢沉积在所述中空管体的表面。 使用时循环冷却水进入中空管体与惰性电极之间的预设间隙，本实施例中预设 间隙为150mm至1000mm，优选为300mm至700mm。本实施例中电吸附除硬 设备的电压为24～36V，电流为15～25A。

上述电吸附除硬设备通电后在阴极附近形成高浓度的氢氧根离子及碳酸根 离子，这时pH值升高(pH>9)，水中的钙、镁等结垢离子与氢氧根离子、碳酸 根离子反应生成氢氧化钙、氢氧化镁、碳酸钙、碳酸镁，以水垢的形式附着在 阴极上。阴极的主要化学反应为：

2H₂O+2e-→H₂↑+2OH^-；

HCO₃^ˉ+OH^ˉ→CO₃^2-+H₂O；

Ca²⁺+CO₃^2-→CaCO₃↓；

Ca²⁺+OH^ˉ→Ca(OH)₂↓。

在氢气的作用下，在阴极上形成的水垢属于疏松的软水垢，极易清除。

在阳极附近，电流将水中的氯离子转化成流离氯，同时产生微量臭氧、氧 自由基、氢氧根自由基和双氧水。这一系列产物提供了杀菌效应，结合较高的 直流电及阴极附近的高pH环境和阳极附近的低pH环境，维持了一个良好的消 毒环境。阳极的主要化学反应为：

生成氧气：4OH^ˉ→O₂↑+2H₂O+4e^-；

生成游离氯：Cl^ˉ→Cl+e^-；

生成氯气：2Cl^ˉ→Cl₂↑+e^-；

生成臭氧：O₂+2OH^ˉ→O₃+H₂O+2e^-；

生成氢氧基自由根：OH^ˉ→OH·+e-；

生成过氧化氢(双氧水)：2H₂O→H₂O₂+2H⁺；

生成氧自由基：2H₂O→O·+2H⁺+2e^-。

通过上述阳极和阴极反应，水中的结垢离子结垢沉积在阴极表面上，从而 降低了水的硬度。同时本发明的电吸附除硬设备采用了电化学方法处理水的硬 度，不添加任何化学药剂，节能环保。本实施例中的阳极设置在阴极的内部， 同时设置了阳极和阴极之间的距离(间隙)，这样能够保证阳极和阴极之间形成 的电场强度高且均匀，在一定的电流密度下保证电场强度足够大，以保证较好 的除垢效果。

在其中一个实施例中，所述中空管体210的截面形状为圆环形，所述惰性 电极220的截面为圆形，所述中空管体210的内径与所述惰性电极220的外径 之比为2～20:1，优选为5～10：1。将阳极和阴极均设置为圆形能够保证形成的 电场密度均匀，同时保证阴极的面积足够大，电场均匀能够使得结垢离子均匀 沉积在阴极上，从而避免不均匀的垢层造成的阳极的局部腐蚀。

在其中一个实施例中，参见图1，为了使得进入电吸附除硬设备的水均进入 电解管，本实施例在所述进水口101和所述电解管200的入口之间还设置有布 水挡板300，所述布水挡板300上设置有布水孔，所述布水孔与所述电解管200 相连通。设置布水管还可以对进入电吸附除硬设备的水起到缓冲和调节作用。

进一步的，作为一种较佳的实施方式，参见图1，在所述进水口101与所述 布水挡板300之间还设置有气体进口103。本实施例中为了进一步促使结垢离子 沉积，在电吸附除硬设备中通入CO₂。通入CO₂后阳极附近还发生如下反应：

CO₂+OH^ˉ→HCO₃^ˉ，HCO₃^ˉ+OH^ˉ→CO₃^2-+H₂O。

这样能够进一步提高除垢效果。

在其中一个实施例中，电吸附除硬设备中所述电解管200的数量至少为两 个，相邻两根电解管200之间的距离与所述电解管200的阳极与阴极之间的预 设间隙之间的比值为2～5：1。参见图2，本实施例中的电解管为两个，两个电 解管的结构，其中第一电解管包括第一阳极221和第一阴极211，第二电解管包 括第二阳极222和第二阴极212。其中第二阳极222和第二阴极212之间的预设 间隙为L1，两个电解管之间的距离即第一阴极211的外壁和第二阴极212的外 壁之间的距离为L2，本实施例设定L2：L1为2～5：1。这样设置能够使得阴极 的外壁与其他电解管的阳极之间也产生电场，结垢离子也可以在阴极的外壁上 沉积。参见图1，经过电解管处理的水可能暂存在壳体中，此时这部分水中的结 垢离子可能进一步结垢，从而进一步提高除垢效果。

需要说明的是，本实施例中的多根电解管可以是多种排列方式。最好多根 电解管均匀分布在整个壳体中。

在其中一个实施例中，所述电解管200的数量为八根，其中四根所述电解 管200串联形成第一电解管组，另外四根所述电解管200串联形成第二电解管 组，所述第一电解管组和所述第二电解管组并联连接。所述第一电解管组和所 述第二电解管组集成在一个直流整流器上输出。本实施例中的第一电解管组和 第二电解管组并排排列。

作为另一种可实施方式，在所述出水口102中还设置有过滤网。设置过滤 网能够避免垢层流出所述电吸附除硬设备。

进一步的，参见图3，所述电吸附除硬设备的壳体上还设置有排污口104。 当对电吸附除硬设备进行冲洗除垢时关闭出水口，打开排污口即可。

在其中一个实施例中，参见图4，电吸附除硬设备的壳体100的横截面优选 为弧形长方形的形状。壳体100由第一直边110、第一弧形边120、第二直边130 和第二弧形边140组成。其中第一弧形边120和第二弧形边140对称设置。设 置弧形边能够节省空间，能够尽可能多的安装电解管，同时减少壳体中的死角。

基于同一发明构思，参见图5，本发明还提供一种循环冷却水处理系统，其 包括无阀滤池001和上述任一实施例所述的电吸附除硬设备002，所述电吸附除 硬设备002与所述无阀滤池001相连通；无阀滤池的进水口与循环冷却水管道 相连通，无阀滤池的出水口与电吸附除硬设备的进水口相连通，电吸附除硬设 备的出水口与循环冷却水管道相连通。本发明的循环冷却水处理系统旁接在循 环冷却水管道003上。以及过滤处理。无阀滤池能够将循环水系统中所携带的 粘泥、铁锈等固态沉淀以及进口处加药后产生的絮凝沉淀过滤，主要脱除水中 的有机物质，保证后序处理步骤能顺利进行。

相应的，本发明还提供一种循环冷却水处理方法，其采用上述的循环冷却 水处理系统，其包括如下步骤：

S100：将占总量5％至20％的循环冷却水通入所述循环冷却水处理系统的无 阀滤池进行过滤处理；在无阀滤池的进口处可以根据水质加入适当药剂，例如 絮凝剂、杀菌剂等；

S200：经过过滤处理的循环冷却水进入电吸附除硬设备，并同时在电吸附 除硬设备中通入CO₂；加入足量的CO₂，以确保硬度能充分脱除；CO₂的加入量 根据实际水质确定；

S300：将处理后的循环冷却水返回至循环冷却水管道中。

其中，所述循环冷却水在所述电吸附除硬设备中的流动速度为20～ 100L/min。这样设置是保证循环冷却水的处理效果。

进一步的，所述循环冷却水处理方法还包括排污步骤；所述排污步骤包括 运行一定时间后，关闭出水口，打开排污口，使循环冷却水高速进入所述电吸 附除硬设备对所述电吸附除硬设备进行冲洗。排污步骤中循环冷却水进入电吸 附除硬设备的速度为500～1000L/min。通过高速水流可以将阴极上沉积的松散 的垢层冲洗掉，从而保证电吸附除硬设备正常运行。

实施例一

某厂循环冷却水开路系统，循环水量1000m3/h，其水质如下表所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以权利 要求为准。