一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法，所述系统包括阳极（1）、阳极室（2）、阴极（3）、阴极室（4）、隔膜（5）、外加电源一（6）、外加电源二（7）、自动控制器（8）、阴极室反冲阀（9）、阳极室冲洗阀（10）、阳极室排气阀（11）、水渗透膜（12）、气体渗透膜（13）、液位计（14）、参比电极（15）、阳极室密封盖（16）、水流开关（17）、安全阀（18）。本发明专利技术的系统和方法能高效、快速去除消毒副产物、重金属，同时金属材料利用率高，电解效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法
本专利技术涉及水净化领域，特别涉及饮用水净化领域，具体涉及一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法。
技术介绍
就居民日常的饮用水而言，一般是自来水厂对原水经过沉降、过滤、消毒等处理后经管网输送到用户，其中氯气消毒是抑制大肠菌群等有害微生物的主要手段。近年来，随着工业化和城市化的发展，大量有机污染物和重金属等无机污染物进入江河、湖泊以及地下水系统，许多城市、城镇饮用水源遭受严重污染。由于现有自来水处理工艺对原水中的有机污染物去除效率有限，而常规的氯气消毒方法会产生大量的对人体有害的消毒副产物，如卤乙酸（HAAs）、卤甲烷（THMs）、亚硝胺、致诱变化合物（MX）等产物大幅增加。残留的余氯不仅造成人体感官严重不适，还造成输水管道内大量铅、锌、镉等重金属离子的溶出。这些污染物都具有浓度低、环境持久、生物累积、慢性毒性效应和高生物毒性的特点。近年来，饮用水铅污染事件频频发生，家庭饮用水重金属污染已经成为家庭健康的重大隐患。目前，电化学技术已广泛应用于废水、饮用水处理与净化领域，主要用于预氧化、杀菌、以及产生富氢负离子水等过程，通常利用钛或钌、铱等金属氧化物修饰的钛作为阳极材料和阴极材料。在电解饮用水产生富氢负离子水过程中，分别在阳极和阴极产生富含氧气的酸性水和富含氢气的碱性水。在目前所应用的采用电化学原理的电解水机中，尽管阳极起到氧化作用，阴极起到还原作用，然而目前的阴极和阳极所采用的材料相同，且两级还可以互换，因此电解质环境不佳，电解效率也低；此外，由于饮用水中含有大量的氯离子，电解水过程中会产生氯气污染，同时水中的重金属离子因阴极材料以及阴极电势的限制，还容易出现重金属离子在阴极富集从而造成二次污染。目前，关于活性金属材料在电化学领域的应用中，活性金属材料作为牺牲阳极不仅作为新型金属空气燃料电池的电子供体，而且已广泛应用于防腐蚀领域，如电热水器金属内胆、工业大型储罐、地下金属管道的阴极保护。在家庭饮用水净水工艺中，活性金属材料主要用于去除饮用水中的余氯和部分重金属离子。现有技术公开了部分利用活性金属材料应用于饮用水净化的，如铜锌合金（KDF）通常用来脱除饮用水的余氯和重金属离子（CN201410757232.1一种饮用水终端处理装置，CN200610053984.5家庭分质供水系统）。但由于部分重金属离子还原电势更负，其净化效果受到限制，此外，铜锌合金使用过程中，大量的锌溶入水中，造成饮用水锌的二次污染。关于金属镁的应用，现有技术（CN200710151714.2，使水成为负电位、偏碱性小分子团水的过滤介质及其制备方法，CN201210219610.1一种多功效的净水填料和净水装置）公开了金属镁在净水过程中不仅可脱除余氯，也可通过氧化释放氢气，产生富氢碱性水，但由于氧化后的产物极易包裹金属镁表面，造成镁活性快速下降，同时其生成的氢氧化物沉淀还极易堵塞滤芯，严重影响饮用水的净化。
技术实现思路
本专利技术针对目前家庭饮用水消毒副产物、重金属污染严重，以及如
技术介绍
描述的活性金属材料在饮用水的净化过程中利用效率低、寿命短，容易产生二次污染，以及电化学活性快速下降等难题，本专利技术提供一种能高效、快速去除消毒副产物、重金属，同时金属材料利用率高，电解效率高的一种用于净化饮用水的电化学系统以及净化方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种用于净化饮用水的电化学系统，其特征在于，所述系统包括阳极（1）、阳极室（2）、阴极（3）、阴极室（4）、隔膜（5）、外加电源一（6）、外加电源二（7）、自动控制器（8）、阴极室反冲阀（9）、阳极室冲洗阀（10）、阳极室排气阀（11）、水渗透膜（12）、气体渗透膜（13）、液位计（14）、参比电极（15）、阳极室密封盖（16）、水流开关（17）、安全阀（18）；其中阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜，隔膜采用质子交换膜，在间壁上部设置水渗透膜和气体渗透膜，水渗透膜和气体渗透膜均分别固定在塑料卡槽内，卡槽通过螺栓固定在间壁上；外加电源一和外加电源二通过自动控制器分别与阳极和阴极相连；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口以及反冲出口，进水口设置水流开关，出水口设置安全阀，反冲出口连接阴极室反冲阀，阳极室底部设置阳极冲洗阀，阳极室顶部或靠近顶部的上部设置阳极室排气阀；阳极室外部设置液位计，阴极室内部设置参比电极；阳极室上部设置密封盖；阳极采用活泼金属，其选自镁、锌、铝、镁合金、锌合金或铝合金中的一种；阴极采用金属材料或者碳素材料，金属材料选自不锈钢或铁；碳素材料选自碳毡、碳纸、活性炭或无定形碳钎维。其中气体渗透膜主要将阳极室产生的氢气渗透到阴极室，水渗透膜为单向渗透（或单向阀），在阳极室内压降低后，从阴极室向阳极室渗透净化水，以补充阳极液。此外，除阳极室与阴极室如上述并联构建外，还可以直接把阳极室作为独立单元嵌入到阴极室内；当以这样的方式时，隔膜固定在阳极室的壳体上；阳极室排气阀设定在暴露在外环境的阴极室壳体表面，并通过气体管道与阳极室联通。优选地，阳极室、阴极室、阳极室密封盖采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。优选地，阳极和阴极为片状、棒状或颗粒构建的三维电极。优选地，阴极室内，三维阴极充填率达到80%以上。优选地，当阳极采用金属镁时，隔膜采用阳离子交换膜。优选地，隔膜面向阴极一侧采用不锈钢网、塑料网来保护。外加电源一和外加电源二可以采用线性直流稳压电源或非线性直流稳压电源。自动控制器可以采用附带PLC控制与参比电极偶联的电源控制芯片、电压反转芯片、集成电路、或电压反转控制器组成；此外，自动控制器可以采用控制按钮面板、多参数数据显示面板。阴极室反冲阀、阳极室冲洗阀、阳极室排气阀可以采用手动或自动控制的球阀、截止阀或电磁阀。优选地，阳极室排气阀采用聚四氟乙烯透气膜与上述阀门组合。阴极室反冲阀、阳极室排气阀可以通过与自动控制器的联用控制启闭；阳极室排气阀通过自动控制器启闭时，通过与电子液位计的偶联进行控制；优选地，水渗透膜采用激光打孔的橡胶膜片，并以凹面向阴极室的结构进行构建；水渗透膜采用利用橡胶球、橡胶弹簧垫作为压力控制的单向阀来构建。优选地，气体渗透膜采用聚四氟乙烯的防水透气膜片。液位计采用玻璃液位计、浮球液位计、电容液位计或压力液位计；进一步的，液位计可采用电子元件发送信号到自动控制器，与阳极室排气阀进行联动控制启闭。进一步地，阳极室液位也可通过电化学系统透明壳体的设计、制造，直接通过透明壳体观察液位的变化。参比电极采用银/氯化银参比电极或ORP电极。水流开关采用活塞式、涡轮式或挡板式水流传感器。进一步地，本专利技术还提供利用上述电化学系统净化饮用水的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一、利用所述电化学系统，在净化饮用水过程中，通过自动控制器（8）控制的外加电源一（6），向阳极（1）和阴极（3）间施加0.5V-24.0V的正向电压，使阴极电势维持在-1.0V—-1.5V（VSAg/AgCl）的负电势范围；当阴极电势达到-1.5V的下限时，通过自动控制器关闭外加电源一（6），而当阴极电势上升到-1.0V的上限后，自动控制器启动外加电源一（6）；在该控制电势范围内，流经本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于净化饮用水的电化学系统，其特征在于，所述系统包括阳极（1）、阳极室（2）、阴极（3）、阴极室（4）、隔膜（5）、外加电源一（6）、外加电源二（7）、自动控制器（8）、阴极室反冲阀（9）、阳极室冲洗阀（10）、阳极室排气阀（11）、水渗透膜（12）、气体渗透膜（13）、液位计（14）、参比电极（15）、阳极室密封盖（16）、水流开关（17）、安全阀（18）；其中阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜，隔膜采用质子交换膜，在间壁上部设置水渗透膜和气体渗透膜，水渗透膜和气体渗透膜均分别固定在塑料卡槽内，卡槽通过螺栓固定在间壁上；外加电源一和外加电源二通过自动控制器分别与阳极和阴极相连；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口以及反冲出口，进水口设置水流开关，出水口设置安全阀，反冲出口连接阴极室反冲阀，阳极室底部设置阳极室冲洗阀，阳极室顶部或靠近顶部的上部设置阳极室排气阀；阳极室外部设置液位计，阴极室内部设置参比电极；阳极室上部设置密封盖；阳极采用活泼金属，其选自镁、锌、铝、镁合金、锌合金或铝合金中的一种；阴极采用金属材料或者碳素材料，金属材料选自不锈钢或铁；碳素材料选自碳毡、碳纸、活性炭或无定形碳钎维。...

【技术特征摘要】
1.一种用于净化饮用水的电化学系统，其特征在于，所述系统包括阳极（1）、阳极室（2）、阴极（3）、阴极室（4）、隔膜（5）、外加电源一（6）、外加电源二（7）、自动控制器（8）、阴极室反冲阀（9）、阳极室冲洗阀（10）、阳极室排气阀（11）、水渗透膜（12）、气体渗透膜（13）、液位计（14）、参比电极（15）、阳极室密封盖（16）、水流开关（17）、安全阀（18）；其中阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜，隔膜采用质子交换膜，在间壁上部设置水渗透膜和气体渗透膜，水渗透膜和气体渗透膜均分别固定在塑料卡槽内，卡槽通过螺栓固定在间壁上；外加电源一和外加电源二通过自动控制器分别与阳极和阴极相连；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口以及反冲出口，进水口设置水流开关，出水口设置安全阀，反冲出口连接阴极室反冲阀，阳极室底部设置阳极室冲洗阀，阳极室顶部或靠近顶部的上部设置阳极室排气阀；阳极室外部设置液位计，阴极室内部设置参比电极；阳极室上部设置密封盖；阳极采用活泼金属，其选自镁、锌、铝、镁合金、锌合金或铝合金中的一种；阴极采用金属材料或者碳素材料，金属材料选自不锈钢或铁；碳素材料选自碳毡、碳纸、活性炭或无定形碳钎维。2.根据权利要求1所述的电化学系统，其特征在于，所述极室作为独立单元嵌入到阴极室内，隔膜固定在阳极室的壳体上；阳极室排气阀设定在暴露在外环境的阴极室壳体表面，并通过气体管道与阳极室联通。3.根据权利要求1或2所述的电化学系统，其特征在于，阳极室、阴极室、阳极室密封盖采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。4.根据权利要求1或2所述的电化学系统，其特征在于，阳极采用金属镁，隔膜采用阳离子交换膜。5.根据权利要求1或2所述的电化学系统，其特征在于，阴极室反冲阀、阳极室排气阀通过与自动控制器的联用控制启闭；阳极室排气阀通过自动控制器启闭时，通过与电子液位计的偶联进行控制。6.根据权利要求1或2所述的电化学系统，其特征在于，水渗透膜采用激光打孔的橡胶膜片，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬顺艺，
申请(专利权)人：傲自然成都生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51