一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统技术方案

本发明专利技术提供的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，包括除垢单元和脱氯单元，其中，除垢单元的进水口连接待处理原水的进水管，所述除垢单元的出水口连接所述脱氯单元的进水口，所述脱氯单元的出水口连接出水管；本发明专利技术根据除垢和脱氯的不同原理和工艺特点，将电化学水处理过程分为除垢段和脱氯段，每段的结构设计不同：除垢段为“大阴极，小阳极”结构，脱氯段为“大阳极，短极板间距”结构，使除垢和脱氯的电化学反应效率达到最佳，并且先除垢后脱氯的顺序也能够在实际中获得较好的综合效果。

A Two-stage Electrochemical Water Treatment System for Scale Removal and Dechlorination

【技术实现步骤摘要】
一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统
本专利技术涉及一种电化学水处理的方法，特别涉及一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统与方法。
技术介绍
水中钙、镁、碱度等结垢离子的富集和沉积会造成管道和壁面的结垢，氯离子会引起管材的腐蚀，造成过程成本的提高，严重时会引起重大安全事故。结垢和腐蚀的问题在工业用水、民用热网循环水系统等许多领域普遍存在，且往往同时存在。电化学法是一种解决结垢和腐蚀的新型方法，具有绿色、过程温和、减少化学药剂、无二次污染的优点。然而，由于电化学除垢和防腐的原理不同，一般的电化学法往往往不能达到除垢和防腐的最佳综合效益，尤其是除氯效果较差。电化学除垢的原理是通过阴极反应产生OH-和CO32-，与被静电吸引到阴极附近的钙、镁离子结合成沉淀，再通过机械或倒级等方式将阴极表面附着的沉淀移除。因此，除垢反应需要高效的阴极、偏碱性的环境、足够的刮垢空间。然而，脱氯反应是通过阳极氧化氯离子完成的，需要高效的阳极、偏酸性环境、较小的电极间距以降低电阻。因此，除垢和脱氯需求在一些方面是矛盾的，导致简单的单级电化学水处理往往难以达到最佳的综合效果。
技术实现思路
本专利技术提供的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，解决了现有的用于除垢和脱氯的电化学水处理存在不能除垢和脱氯进行结合，以达到最佳的综合效果的缺陷。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，包括除垢单元和脱氯单元，其中，除垢单元的进水口连接待处理原水的进水管，所述除垢单元的出水口连接所述脱氯单元的进水口，所述脱氯单元的出水口连接出水管；除垢单元为筒状结构，包括第一阳极、第一阴极、第一外壳、刮垢装置和第一电控元件，其中，第一阳极为柱状结构，位于具有筒状结构的第一外壳的中心，第一阴极为筒状结构，套装在第一外壳内，置于第一阳极和第一外壳之间；刮垢装置安装在第一阴极的外侧，用于刮除阴极表面积垢；第一电控元件分别与第一阳极和第一阴极连接；脱氯单元包括第二阳极、第二阴极、第二外壳和第二电控元件，其中，第二阳极设置有N个，第二阴极设置有N+1个，第二阳极和第二阴极交替排列布置在第二外壳的内腔中，第二电控元件分别与第二阳极和第二阴极连接。优选地，刮垢装置包括电机、圆形固定导轨和棒状刮刀，圆形固定导轨设置有两个，分别固定在第一阴极的两端；棒状刮刀的两端与圆形固定导轨滑动连接，棒状刮刀与电机通过转轴连接，通过电机带动棒状刮刀沿圆形固定导轨经过第一阴极的表面运动，用于刮除第一阴极表面积垢。优选地，第一电控元件包括电源、数控系统和水质探头，其中，电源向数控系统和水质探头提供电源，水质探头用于采集水中的硬度离子和LSI/RSI指数，并将采集到的数据传输到数控系统，数控系统将接收到的数据与设定的阈值进行对比，根据对比结果输出对第一阳极和第一阴极的电流和电压进行调控的指令。优选地，第一阳极为Ru金属氧化物、Ir金属氧化物、Sn金属氧化物、Sb金属氧化物和Ti金属氧化物中的一种或多种。优选地，第一阴极为不锈钢、碳钢或镍。优选地，除垢单元为板式结构，具体地：第一阳极和第一阴极为面积相等的平板结构，其中，第一阳极设置有N个，第一阴极设置有N+1个，两者交替排列布置在第一外壳的内腔中；刮垢装置设置有N+1个，每个刮垢装置对应安装在一个第一阴极的外侧，用于刮除阴极表面积垢。优选地，两个相邻的第一阳极和第一阴极之间的间距为3-10cm。优选地，第二阳极和第二阴极均为平板结构，且面积相等；两个相邻的第二阳极和第二阴极之间的间距小于等于5mm。优选地，第二电控元件包括电源、数控系统和水质探头，其中，电源向数控系统和水质探头提供电源，水质探头用于采集水中的硬度离子和LSI/RSI指数，并将采集到的数据传输到数控系统，数控系统将接收到的数据与设定的阈值进行对比，根据对比结果输出对第二阳极和第二阴极的电流和电压进行调控的指令。优选地，除垢单元和脱氯单元的体积比为(6-8)：1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，本专利技术根据除垢和脱氯的不同原理和工艺特点，将电化学水处理过程分为除垢段和脱氯段，每段的结构设计不同：除垢段为“大阴极，小阳极”结构，脱氯段为“大阳极，短极板间距”结构，使除垢和脱氯的电化学反应效率达到最佳，并且先除垢后脱氯的顺序也能够在实际中获得较好的综合效果。进一步的，刮垢单元的筒状结构和板式结构，可分别适用于不同的使用需求：筒状结构便于实现自动化除垢，但占地面积较大，可应用于空间充裕、对过程自动化程度要求较高的环境；板式结构可以采用自动除垢或手动除垢方式，占地面积较小，可应用于土地较为紧张、对过程自动化程度要求不高的环境中。进一步的，两个相邻的第一阳极和第一阴极之间的间距为3-10cm，为垢层的产生和刮除提供了充足的空间，便于除垢操作的进行，避免结垢物质堵塞极板间通道。进一步的，两个相邻的第二阳极和第二阴极之间的间距小于等于5mm，能够有效降低极板间的电阻，提升电化学反应效率，由于除氯反应是高耗能反应，这种设计能够使装置整体的能效大大提升。进一步的，除垢单元和脱氯单元的体积比为(6-8)：1，节省了脱氯单元的体积，从而降低了阳极预膜、阳极钝化和必要的酸洗除垢过程的药剂投加量和操作成本；除垢单元是大阴极结垢，不需进行预膜和钝化，较大的体积不会造成药剂成本上升，能够增加除垢的空间。附图说明图1为本专利技术除垢和脱氯的两段式电化学水处理的系统的流程图；图2为本专利技术除垢单元的示意图；图3为本专利技术脱氯单元的示意图；其中，1、刮垢单元2、脱氯单元11、第一阳极12、第一阴极13、第一外壳14、刮垢装置15、第一电控单元16、第一进水口17、第一出水口18、第一排污口21、第二阳极22、第二阴极23、第二外壳24、第二电控元件25、第二进水口26、第二出水口27、第二排污口。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，包括除垢单元1和脱氯单元2，其中，除垢单元1的进水口连接待处理原水的进水管，所述除垢单元1的出水口连接所述脱氯单元2的进水口，所述脱氯单元2的出水口连接出水管。如图2中a图所示，除垢单元1为筒状结构，包括第一阳极11、第一阴极12、第一外壳13、刮垢装置14、第一电控元件15、第一进水口16、第一出水口17和第一排污口18，其中，第一阳极11为柱状结构，位于具有筒状结构的第一外壳13的中心，第一阴极12为筒状结构，套装在第一外壳13内，置于第一阳极11和第一外壳13之间；刮垢装置14安装在第一阴极12的外侧，用于刮除阴极表面积垢；第一电控元件15分别与第一阳极和第一阴极连接。刮垢装置14包括变频电机、圆形固定导轨和棒状刮刀，其中，圆形固定导轨设置有两个，分别固定在第一阴极12的两端；棒状刮刀的两端与圆形固定导轨滑动连接，棒状刮刀与电机通过转轴连接，通过电机带动棒状刮刀沿圆形固定导轨经过第一阴极的表面运动，用于刮除第一阴极表面积垢。第一电控元件15包括电源、数控系统和水质探头，其中，电源向阴阳电极、数控系统和水质探头提供电源，水质探头用于采集水中的硬度离子和LSI/RSI指数，并将采集到的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，其特征在于，包括除垢单元(1)和脱氯单元(2)，其中，除垢单元(1)的进水口连接待处理原水的进水管，所述除垢单元(1)的出水口连接所述脱氯单元(2)的进水口，所述脱氯单元(2)的出水口连接出水管；除垢单元(1)为筒状结构，包括第一阳极(11)、第一阴极(12)、第一外壳(13)、刮垢装置(14)和第一电控元件(15)，其中，第一阳极(11)为柱状结构，位于具有筒状结构的第一外壳(13)的中心，第一阴极(12)为筒状结构，套装在第一外壳(13)内，置于第一阳极(11)和第一外壳(13)之间；刮垢装置(14)安装在第一阴极(12)的外侧，用于刮除阴极表面积垢；第一电控元件(15)分别与第一阳极和第一阴极连接；脱氯单元(2)包括第二阳极(21)、第二阴极(22)、第二外壳(23)和第二电控元件(24)，其中，第二阳极(21)设置有N个，第二阴极(22)设置有N+1个，第二阳极(21)和第二阴极(22)交替排列布置在第二外壳(23)的内腔中，第二电控元件(24)分别与第二阳极和第二阴极连接。

【技术特征摘要】
1.一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，其特征在于，包括除垢单元(1)和脱氯单元(2)，其中，除垢单元(1)的进水口连接待处理原水的进水管，所述除垢单元(1)的出水口连接所述脱氯单元(2)的进水口，所述脱氯单元(2)的出水口连接出水管；除垢单元(1)为筒状结构，包括第一阳极(11)、第一阴极(12)、第一外壳(13)、刮垢装置(14)和第一电控元件(15)，其中，第一阳极(11)为柱状结构，位于具有筒状结构的第一外壳(13)的中心，第一阴极(12)为筒状结构，套装在第一外壳(13)内，置于第一阳极(11)和第一外壳(13)之间；刮垢装置(14)安装在第一阴极(12)的外侧，用于刮除阴极表面积垢；第一电控元件(15)分别与第一阳极和第一阴极连接；脱氯单元(2)包括第二阳极(21)、第二阴极(22)、第二外壳(23)和第二电控元件(24)，其中，第二阳极(21)设置有N个，第二阴极(22)设置有N+1个，第二阳极(21)和第二阴极(22)交替排列布置在第二外壳(23)的内腔中，第二电控元件(24)分别与第二阳极和第二阴极连接。2.根据权利要求1所述的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，其特征在于，刮垢装置(14)包括电机、圆形固定导轨和棒状刮刀，圆形固定导轨设置有两个，分别固定在第一阴极(12)的两端；棒状刮刀的两端与圆形固定导轨滑动连接，棒状刮刀与电机通过转轴连接，通过电机带动棒状刮刀沿圆形固定导轨经过第一阴极的表面运动，用于刮除第一阴极表面积垢。3.根据权利要求1所述的一种用于除垢和脱氯的两段式电化学水处理系统，其特征在于，第一电控元件(15)包括电源、数控系统和水质探头，其中，电源向数控系统和水质探头提供电源，水质探头用于采集水中的硬度离子和LSI/RSI指数，并将采集到的数据传输到数控系统，数控系统将接收到的数据与设定的阈值进行对比，根据对比结果输出对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张畅，任志博，余智勇，王广，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11