一种阳极可再生的电化学净水系统技术方案

本发明专利技术涉及一种阳极可再生的电化学净水系，所述系统包括阳极室(1)、惰性阳极(2)、可再生阳极(3)、隔膜(4)、阴极室(5)、阴极(6)、直流电源一(7)、直流电源二(8)、自动控制器(9)、系统壳体(10)、高压开关(11)，进水电磁阀(12)、水渗透膜(13)、气体渗透膜(14)、排气阀(15)、隔膜二(16)、储水罐(17)、进水口(18)、净化水口(19)。该系统能有效去除饮用水中含有的余氯、消毒副产物、重金属离子，同时产生富含氢气的碱性水。

【技术实现步骤摘要】
一种阳极可再生的电化学净水系统
本专利技术涉及水净化领域，特别涉及饮用水净化领域，具体涉及一种阳极可再生的电化学净水系统。技术背景饮用水厂通过沉降、过滤、消毒等工艺对来自地面或地下的饮用水源水进行处理，最后经管网输送到家庭用户。长期以来，环境污染物通过迁移、转化对现有水环境造成严重的污染，部分饮用水源超标事件频繁发生，饮用水厂因处理工艺的限制对于饮用水中的大量污染物处理效率非常有限。氯气消毒成为饮用水厂防止大肠菌群等有害微生物在供水管道内滋生的主要手段。氯气消毒过程中产生大量的致癌消毒副产物污染。现有城市饮用水输水管网大多采用铸铁管，镀锌管，含铅水龙头仍然在现有家庭中广泛使用。饮用水消毒残留的余氯随输水管网进入到各个家庭用户，余氯本身的异味造成人体感官严重不适，还会对城市输水管道、家庭水龙头等管壁造成快速氧化、致使大量的铅、锌、镉、铬等重金属离子溶出到饮用水中，对人体健康带来严重威胁。牺牲阳极广泛应用于船舶、地下管道、地面储运设施以及电热水器等钢铁材料的阴极保护，随着燃料电池技术的发展，牺牲阳极也开始应用于金属空气电池领域。一些活泼金属如镁、锌等单质或合金氧化腐蚀能够产生更负的电位，不仅用于阴极保护，还广泛应用于饮用水脱除余氯、重金属以及产生富氢碱性水领域。其中KDF(铜锌合金)通过与余氯的反应：Zn+2HOCl＝ZnCl2+2OH-还原次氯酸或氯气，此外，通过KDF形成的原电池，锌氧化将铅离子置换到铜阴极表面。但KDF使用过程中，大量的锌溶解导致净化水中锌离子浓度显著上升，甚至超过了饮用水的卫生标准，对人体健康带来危害。镁颗粒作为滤芯，其氧化不仅能够脱除余氯，还能产生产氢气，但由于产生大量的氧化镁沉淀包裹镁颗粒造成活性显著下降并堵塞滤芯。
技术实现思路
针对牺牲阳极在饮用水净化过程中大量消耗，部分进入水环境造成新的污染，同时阳极产生的氧化物钝化层抑制其持续氧化腐蚀的难题，本专利技术提供了一种阳极可再生的电化学净水系统。该专利技术主要应用于家庭饮用水的净化，也可应用于学校、宾馆、办公场所等供水终端的饮用水净化领域。该系统能有效去除饮用水中含有的余氯、消毒副产物、重金属离子，同时产生富含氢气的碱性水。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种阳极可再生的电化学净水系统，其特征在于，所述系统包括阳极室(1)、惰性阳极(2)、可再生阳极(3)、隔膜(4)、阴极室(5)、阴极(6)、直流电源一(7)、直流电源二(8)、自动控制器(9)、系统壳体(10)、高压开关(11)，进水电磁阀(12)、水渗透膜(13)、气体渗透膜(14)、排气阀(15)、隔膜二(16)、储水罐(17)、进水口(18)、净化水口(19)；其中惰性阳极和可再生阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜一，隔膜一采用质子交换膜，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；隔膜二采用无纺布，固定于阳极室内，防止惰性阳极与可再生阳极之间断路；直流电源一连接可再生阳极和阴极，直流电源二连接惰性阳极和可再生阳极；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口，顶部设置排气阀，进水口设置进水电磁阀，出水口设置高压开关；其中高压开关可通过自动控制器或单独控制进水电磁阀以及直流电源一的启闭，自动控制器控制直流电源二、进水电磁阀以及排气阀的启闭；所述惰性阳极采用钛板、钛网，或者经钛、钌或铱氧化物修饰的钛板、钛网；或者为铅银合金板或网；所述可再生阳极采用活泼金属，选自铁、铁合金、锌或锌合金中的一种，其形状可采用棒状、筒状、片状、颗粒状。所述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。所述气体渗透膜采用膨体聚四氟乙烯膜。气体渗透膜将阳极室产生的气体渗透到阴极室，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，隔膜一固定在阳极室的壳体上。阴极室排气阀为电磁阀，阀内侧设置气体渗透膜。优选地，阳极室或阴极室采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。优选地，隔膜一面向阳极一侧采用塑料网板支撑。自动控制器可以采用附带PLC控制芯片、集成电路组成；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。阴极室的净化水出口高压开关与进水电磁阀联动启闭。直流电源一可通过高压开关联动同时启闭，也可设置为联动延时启闭。阴极室排气阀、进水电磁阀以及直流电源二可以通过与自动控制器的联用控制启闭；进一步地，本专利技术还提供利用上述电化学净水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、利用所述电化学净水系统，在净化饮用水过程中，通过高压开关(9)控制进水电磁阀(10)的启闭，当饮用水排出电化学系统时，高压开关(9)开启进水电磁阀(10)，同时启动直流电源一(5)向可再生阳极(2)和阴极(4)之间施加0.5V-6.0V的电压；当系统停止排出饮用水时，高压开关(9)关闭进水电磁阀(10)，并关闭直流电源一(5)，直流电源一(5)也可设置为延时关闭，延时关闭时间为1-60分钟；步骤二，当电化学系统净化一定时间后，阳极室内的可再生阳极经过充分的氧化腐蚀，阳极液内积累大量的金属离子、氢氧化物后，开始进入可再生阳极再生运行模式，通过自动控制器(8)关闭高压开关(9)以及进水电磁阀(10)，开启排气阀(13)以及直流电源二(6)，直流电源二(6)在惰性阳极(1)和可再生阳极(2)之间施加2.0V-24V的电压。其中，在步骤一中：进一步的，高压开关(9)也可发出脉冲信号通过自动控制器(8)来控制进水电磁阀(10)以及直流电源一(5)的启闭，直流电源一(5)电压控制以及延时关闭与高压开关控制方式相同。进一步的，直流电源一(5)启动过程中，阴极电势维持在-1.0V--1.5V(VSAg/AgCl)的负电势范围；在该电势范围内，流经阴极室饮用水中的余氯被还原为氯离子、消毒副产物被还原脱氯、重金属离子被还原为单质并沉积在阴极表面；进一步的、阳极室可再生阳极氧化产生的少量氢气排入阴极室，阴极室内产生的氢气、富含氢氧根的碱性水从净化水出口排出；其中，在步骤二中：进一步的，正常净水模式与阳极再生模式的间隔周期设置为1-30天。进一步的，在可再生阳极再生过程中，水通过惰性阳极氧化产生氧气，质子和电子，电解液内可再生金属离子(氧化物)获得阴极(再生模式下可再生阳极作为阴极)传递的电子以及电解质内的质子还原为单质，可再生阳极获得再生。进一步的，电解产生的氧气以及少量氢气经气体渗透膜(12)排入阴极室，阴极室内过量的气体通过排气阀(13)排出系统外。进一步的，再生模式运行时间设置为1-12小时，也可通过自动控制器显示的电流强度低于2-50MA作为再生结束的临界电流。进一步的，阳极再生模式结束后，通过自动控制器关闭排气阀(13)，启动高压开关(9)和进水电磁阀(10)，系统进入净水模式。进一步的，阳极液为不含氯离子的电解质，含盐量(以Na2SO4计)为0.1-10％。进一步的，为了防止阳极钝化以及金属离子的水解，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳极可再生的电化学净水系统，其特征在于，所述系统包括阳极室(1)、惰性阳极(2)、可再生阳极(3)、隔膜(4)、阴极室(5)、阴极(6)、直流电源一(7)、直流电源二(8)、自动控制器(9)、系统壳体(10)、高压开关(11)，进水电磁阀(12)、水渗透膜(13)、气体渗透膜(14)、排气阀(15)、隔膜二(16)、储水罐(17)、进水口(18)、净化水口(19)；其中惰性阳极和可再生阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜一，隔膜一采用质子交换膜，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；隔膜二采用无纺布，固定于阳极室内，防止惰性阳极与可再生阳极之间断路；直流电源一连接可再生阳极和阴极，直流电源二连接惰性阳极和可再生阳极；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口，顶部设置排气阀，进水口设置进水电磁阀，出水口设置高压开关；其中高压开关可通过自动控制器或单独控制进水电磁阀以及直流电源一的启闭，自动控制器控制直流电源二、进水电磁阀以及排气阀的启闭；所述惰性阳极采用钛板、钛网，或者经钛、钌或铱氧化物修饰的钛板、钛网；或者为铅银合金板或网；所述可再生阳极采用活泼金属，选自铁、铁合金、锌或锌合金中的一种，其形状可采用棒状、筒状、片状、颗粒状。...

【技术特征摘要】
1.一种阳极可再生的电化学净水系统，其特征在于，所述系统包括阳极室(1)、惰性阳极(2)、可再生阳极(3)、隔膜(4)、阴极室(5)、阴极(6)、直流电源一(7)、直流电源二(8)、自动控制器(9)、系统壳体(10)、高压开关(11)，进水电磁阀(12)、水渗透膜(13)、气体渗透膜(14)、排气阀(15)、隔膜二(16)、储水罐(17)、进水口(18)、净化水口(19)；其中惰性阳极和可再生阳极位于阳极室中，阴极位于阴极室中，阳极室和阴极室间壁中下部设置隔膜一，隔膜一采用质子交换膜，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；隔膜二采用无纺布，固定于阳极室内，防止惰性阳极与可再生阳极之间断路；直流电源一连接可再生阳极和阴极，直流电源二连接惰性阳极和可再生阳极；阴极室底部设置有进水口，上部设置净水出口，顶部设置排气阀，进水口设置进水电磁阀，出水口设置高压开关；其中高压开关可通过自动控制器或单独控制进水电磁阀以及直流电源一的启闭，自动控制器控制直流电源二、进水电磁阀以及排气阀的启闭；所述惰性阳极采用钛板、钛网，或者经钛、钌或铱氧化物修饰的钛板、钛网；或者为铅银合金板或网；所述可再生阳极采用活泼金属，选自铁、铁合金、锌或锌合金中的一种，其形状可采用棒状、筒状、片状、颗粒状。2.根据权利要求1所述的电化学净水系统，其特征在于，所述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；所述气体渗透膜采用膨体聚四氟乙烯膜。3.根据权利要求1所述的电化学净水系统，其特征在于，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，隔膜一固定在阳极室的壳体上。4.根据权利要求1所述的电化学净水系统，其特征在于，阳极室或阴极室采用聚丙烯、聚乙烯、玻璃钢、聚四氟乙烯或有机玻璃材料构建。5.根据权利要求1所述的电化学净水系统，其特征...

【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