① 有什麼常用的軟化水處理方法
本發明公開了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,將電解槽分隔成陽極室和陰極室,並分別置有陽極板和陰極板;根據I≥1.01Qη(M+2M2)得到電流,待軟化的水流經陰極室,通電後,在陰極室內形成強鹼性區域,體系pH≥10,產生的OH‑,使Ca2+生成CaCO3晶體,Mg2+生成Mg(OH)2晶體,且隨著pH值的增大,碳酸鈣晶體的zeta電位降低,晶體聚團行為加強而訊速形成晶核;過飽和的晶體懸浮液隨水流流出電解室的過程中,以此晶核為生長點並迅速成長,實現自發結晶,再進行沉降或過濾,即完成軟化。本發明計算出適宜電流值,將水中鈣鎂離子一次性除去,且在處理過程中陰極板上幾乎不會附著水垢,電能利用效率高達90%,極大提高了設備的處理能力和便於實現數字化和自動化控制。
權利要求書
1.一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,包括以下步驟:
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室,並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流,所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到,其中,I為電極板的電流,單位:A;η為目標軟化率,單位:1;Q為陰極室的水流量,單位:L/s;當M0>M1時,M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時,M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度,單位:mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度,單位:mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度,單位:mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室,通電後,在陰極室內形成強鹼性區域,體系pH≥10,電解產生的OH-,與HCO3-反應生成CO32-,然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體,且隨電解的繼續,陰極液pH值增大,CaCO3晶體的zeta電位降低,晶體聚團行為加強而迅速形成晶核,隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長,實現自發結晶,生成肉眼可見的固體顆粒物,懸浮於水中,再進行沉降或過濾,即完成軟化。
2.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時,向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
3.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到,其中,Q1為向陰極室通入空氣的流量,單位:L/s。
4.根據權利要求2所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到,其中,Q0為向陰極室通入CO2的流量,單位:L/s。
5.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為定型導電材料中的一種。
6.根據權利要求1所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,其特徵在於,所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板。
7.一種利用權利要求1~6所述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
8.根據權利要求7所述的軟化硬水的裝置,其特徵在於,至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口,在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口,在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
9.根據權利要求8所述的軟化硬水的裝置,其特徵在於,在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器。
10.一種軟化硬水的系統,其特徵在於,將若干個權利要求8所述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接,且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器。
說明書
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置
技術領域
本發明屬於電化學軟化水技術領域,特別涉及一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法及其裝置。
背景技術
利用電化學技術進行水體脫鹽除垢處理,早在2006年就有文獻(Desalination,2006,201:150)報道,隨後也有不少國內文獻及專利(西安交通大學學報,2009,43(5):104;專利公開CN105523611A、CN204198498U)報道過,並在工程實踐中得到一定程度的應用。相比於傳統的消石灰軟化法,電化學脫鹽軟化水技術佔地空間小、處理速度快、不需要使用絮凝劑無二次污染、廢棄固體物少,操作簡單方便,可實現數字化控制,具有很高的經濟效益和環境效益。用於冷卻循環水的除垢防垢領域,與以往傳統的化學加葯方法以及電磁技術、超聲波技術相比,電化學技術的優點在於能夠將水中的成垢的鈣鎂離子以水垢沉積的方式從水中取出,並能提高濃縮倍數,達到節水減排的目的。
現有的電化學設備主要用於冷卻循環水的除垢防垢領域,為提高除垢效率,中國專利公開CN105621538A、CN201923867U及CN105329985A等專利對電化學除垢設備進行了相應的優化設計,其創新點在於充分優化電化學設備內部結構,擴大陰極面積,簡化操作,提高設備的處理效率與處理能力。
為了擺脫極板面積大小的限制因素,以色列文獻(Desalination,2010,263:285;Journal of Membrance Science,2013,445:88)提出了一種新的處理方法,利用陽離子交換膜將電解槽分隔為陽極室與陰極室,將待處理的水流經陰極室後,引入外部結晶器內進行誘發結晶以提高極板處理能力,電能利用率達到50%。中國專利CN204198498U利用刮刀刮掉陰極板垢以提供微小晶核增加結晶比表面積,雖在一定程度上提高了電能的利用率,但其電能利用率依舊偏低,一是增加了陰極動力旋轉部分的電耗,二是由於其輔助電極接正電且在陰極室內,其表面必定會析氧(氯)而產生H+,可消耗陰極產生的部分OH-而導致電能利用率降低,另外其在後續工藝中提及需添加絮凝劑造成二次污染及處理成本的增加,另外其設備內腔底部沒有隔膜將陰陽兩室分開,而其實施例中陽極室酸性水一直往復循環部分H+必會進入陰極室,也會降低電能的利用率。生活中大部分水體都是硬水即鹼度小於硬度(等同於重碳酸根的含量低於鈣鎂量),故在不補加二氧化碳的情況下不能完全消除硬度。專利CN106277369A雖也提及陰陽極間加隔膜,但同樣要求陰極室出水口需連接一外部結晶器誘發結晶,結晶器體積龐大且時效性低,因無二氧化碳的補給同樣存在硬度水條件下不能完全消除硬度達到徹底軟化水的目的。
發明內容
本發明的第一目的是提供了一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,向電解槽中通入電流,使得陰極室內形成強鹼性區域,利用電解產生的OH-,使得Ca2+生成CaCO3晶體,與Mg2+生成Mg(OH)2晶體,並隨著電解的進行,陰極室pH值增大,碳酸鈣晶體聚團行為加強而迅速形成晶核,使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶,避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染,減少了工序步驟,而且時間上也快很多,投資少、設備佔用空間也少,處理能力大。
本發明的第二目的是提供了一種利用上述高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置及其系統,向電解槽中通入電流,使得陰極室內形成強鹼性區域,利用電解產生的OH-,使得Ca2+生成CaCO3晶體,與Mg2+生成Mg(OH)2晶體,並隨著電解的進行,陰極室pH值增大,CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核,使得過飽和的CaCO3和Mg(OH)2懸浮液高效自發結晶,避免了誘發結晶和外加絮凝劑而帶來的二次污染,減少了工序步驟,而且時間上也快很多,投資少、設備佔用空間也少,處理能力大。
本發明的技術方案如下:
一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,包括以下步驟:
(1)通過隔膜或細孔板將電解槽分隔成陽極室和陰極室,並將陽極板和陰極板分別置於陽極室和陰極室中;
(2)通一電流,所述的電流根據I≥1.01Qη(M+2M2)計算得到,其中,I為電極板的電流,單位:A;η為目標軟化率,單位:1;Q為陰極室的水流量,單位:L/s;當M0>M1時,M=M0;當M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時,M=2M1-M0;M0為待軟化水的鹼度,單位:mgCaCO3/L;M1為待軟化水的鈣硬度,單位:mgCaCO3/L;M2為待軟化水的鎂硬度,單位:mgCaCO3/L;
(3)待軟化的水流經陰極室,通電後,在陰極室內形成強鹼性區域,體系pH≥10,電解產生的OH-,與HCO3-反應生成CO32-,然後與水體中的Ca2+結合生成CaCO3晶體;與Mg2+結合生成Mg(OH)2晶體,且隨電解的進行陰極室pH值的增大,CaCO3晶體的zeta電位降低,晶體聚團行為加強而迅速形成晶核,隨高速水流流出陰極室的過飽和CaCO3和Mg(OH)2懸浮液以此晶核為生長點並迅速成長,實現自發結晶,生成為肉眼可見的固體顆粒物,懸浮於水中,再進行沉降或過濾,即完成軟化。
優選為,還包括在M0[(M0+M2)/(M1+M2)]時,向陰極液中通入足量空氣或二氧化碳。
優選為,常溫常壓下通入空氣的流量根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算得到,其中,Q1為向陰極室通入空氣的流量,單位:L/s。
優選為,常溫常壓下通入CO2的流量根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算得到,其中,Q0為向陰極室通入CO2的流量,單位:L/s。
優選為,所述的陽極板為碳電極、貴金屬電極或鈦基金屬氧化物電極中的一種;所述的陰極板為不銹鋼、鑄鐵、石墨、鋁或銅等定型導電材料中的一種。
優選為,所述的隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜、石棉纖維膜、無紡布、化纖濾布或陶瓷隔膜中的一種;所述的細孔隔板為帶有微小細孔且不影響導電的塑料薄板,如聚四氟乙烯塑料薄板。
本發明還公開了一種利用上述的高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法軟化硬水的裝置。
優選為,至少在所述的陰極室的兩端分別設有進水口和出水口,在所述的進水口上設有空氣或二氧化碳補氣口,在所述的出水口上連有過濾器或沉降池。
優選為,在所述的出水口與所述的過濾器或沉降池之間設有第一氣液分離器,用來收集綠色能源—氫氣。
本發明還公開了一種軟化硬水的系統,將若干個上述的電解槽並聯、串聯或串並復合連接,且在陰極室出水口的匯集處設有第二氣液分離器,用來收集綠色能源—氫氣。
與現有技術相比,本發明的有益效果如下:
一、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,通過I≥1.01Qη(M+2M2)計算出一適宜電流,使得陰極室內形成強鹼性區域,體系pH≥10,利用電解產生的OH-,使得Ca2+生成CaCO3晶體,與Mg2+生成Mg(OH)2晶體,並隨著電解的進行,陰極室pH值增大,CaCO3晶體聚團行為加強而迅速形成晶核,流出陰極室的過飽和懸浮液以此晶核為生長點高效自發結晶,實現將水中大部分或全部鈣鎂離子一次性除去,且在陰極板上不會附著水垢,無需誘發結晶和外加絮凝劑,避免了二次污染,減少了工序步驟,具有軟化效率稿,投資少、設備佔用空間少,處理能力大等優點;
二、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,還根據Q1=0.61Q(M1-M0)計算通入空氣的流量和根據Q0=2.45Q(M1-M0)·10-4計算通入二氧化碳的流量,以提供足夠量的HCO3-,達到所需軟化率;
三、本發明的一種高效自發結晶的電化學脫鹽軟化水處理方法,根據通入電流的計算公式和通入空氣或二氧化碳的計算公式,計算出電流值及通入空氣或二氧化碳的速率,便於實現數控化和自動化,使用清潔電能作為唯一的「處理劑」,無色環保無污染。
② 過濾機都有哪些分類
過濾機按獲得過濾推動力的方法不同,分為重力過濾器、真空過濾機和加壓過濾機三類。
重力過濾器:
藉助懸浮液的重力和位差在過濾介質上形成的壓力作為過濾的推動力,一般為間歇操作,如砂器。
真空過濾機:
在濾液出口處形成負壓作為過濾的推動力。工業真空過濾機操作真空的絕對壓力為(2.5~8.0)×105帕。過濾時懸浮液的溫度應低於操作真空下濾液的汽化溫度。這種過濾機又分為間歇操作和連續操作兩種。間歇操作的真空過濾機可過濾各種濃度的懸浮液。真空葉濾機在容器外殼內充滿懸浮液。兩側包有濾布的濾葉浸於懸浮液中,濾葉內腔與真空系統連通。濾液吸出後由導管引出,積在濾葉表面的濾渣在停機後清除。連續操作的真空過濾機適於過濾含固體顆粒較多的稠厚懸浮液。轉鼓真空過濾機、內濾面轉鼓真空過濾機、圓盤真空過濾機和翻斗真空過濾機的工作原理均相似。整個過濾面分成多個隔開的過濾室,每個回轉的過濾室通過分配閥與各固定管順序接通,以吸出過濾室內的濾液、洗液,或送入壓縮空氣。每個過濾室回轉一圈完成過濾操作的全過程,多個過濾室的操作銜接起來即形成連續過濾。帶式真空過濾機的結構與帶式輸送機相似,有一連續濾帶,適用於易過濾的懸浮液。帶式真空過濾機、內濾面轉鼓真空過濾機和翻斗真空過濾機均在過濾介質(濾布)上部加料,尤其適用於固體顆粒密度大、沉降快的懸浮液。
加壓過濾機:
它以在懸浮液進口處施加的壓力或對濕物料施加的機械壓榨力作為過濾推動力,適用於要求過濾壓差較大的懸浮液,也分為間歇操作和連續操作兩種。間歇操作的列管式壓濾器和加壓葉濾機用於低濃度懸浮液過濾。壓濾機也是一種間歇操作的加壓過濾器,又分為板框式、廂式和立式3種,用途甚為廣泛。濾油機是配有油泵、真空蒸發器等附件的板框壓濾機機組。連續操作的轉鼓加壓過濾機和圓盤加壓過濾機在密閉殼體內進行壓力過濾,其結構與轉鼓真空過濾機和圓盤真空過濾機相似。由於結構復雜,應用較少。
常用的加壓過濾是利用濾室容積變小或施加機械壓榨力進行過濾,濾渣含濕量較低,適用於固體顆粒濃度高的懸浮液。在帶式壓榨過濾機(見帶式真空過濾機)中,經重力或真空初步脫液後的濕濾渣夾在兩條濾帶之間移動,再經輥子擠壓脫液。螺旋壓榨過濾機具有帶孔隙的圓筒,其中有旋轉的螺旋,螺旋槽深不等,物料由深槽端加入推向淺槽端,濾室空間逐漸減小,物料受到壓榨,濾液由圓筒的孔隙排出,濾渣由小端排出。
精密過濾機:
精密過濾機是針對於過濾精度而言,一般介於砂濾(粗濾)與超濾之間。在壓力的作用下,原水通過濾芯,雜質截留在濾芯壁上,水透過濾芯流出,從而達到過濾的目的。現階段我國生產過濾器設備的廠家規模以中小企業為主。產品採用優質不銹鋼、硬聚氯乙烯、工程塑料、有機玻璃等耐腐蝕材料做外殼,其中主要以優質不銹鋼為主,內置不同介質的濾芯。內置濾芯有PE芯、蜂房芯、折疊芯、鈦管燒結芯、活性碳芯、陶瓷芯、聚丙稀纖維濾芯等。濾芯不同過濾效果不同,因此精密過濾器可根據原水水質、出水水質及水量要求去除水中的懸浮物、某些膠體物質和細小顆粒物等,達到不同的過濾精度。現階段市場上精密過濾器的過濾精度范圍在0.2-100um均有。
精密過濾器常作為電滲析、離子交換、反滲透、超濾等裝置的保護性過濾器使用,可應用於食品、酒類、制葯化工、電子等行業的水處理,如:
食品工業:礦泉水的精濾,飲料、酒類的澄清過濾處理。醫葯工業:無菌水、口服液、輸液、針劑等的用水處理;
電子工業:半導體、儀表、顯像管等生產廠純水置備、洗滌水的過濾;
化學工業:有機溶劑、酯、醇、酸、鹼等化學原料、油類的提純;
環境保護:電鍍廢水、印刷廢水、制葯廢水等各種工業廢水的處理。海水、苦鹹水淡化的水質處理,賓館、公寓的給水處理等;
園林園藝:公園庭院、溫室大棚、畜牧、工業上需要人工製造超細水霧的場所,以及高檔花卉的灌溉養護。
振動篩:
振動篩工作時,兩電機同步反向旋轉使激振器產生反向激振力,迫使篩體帶動篩網做縱向運動,使其上的物料受激振力而周期性向前拋出一個射程,從而完成物料篩分作業。適宜採石場篩分砂石料,也可供選煤、選礦、建材、電力及化工等行業作產品分級用。
振動篩工作特點:
①採用塊偏心作為激振力,激振力強。
②篩子橫梁與篩箱採用高強度螺栓,結構簡單,維修方便快捷;
③採用輪胎聯軸器,柔性連接,運轉平穩;
④採用小振幅,高頻率,大傾角結構,使該機篩分效率高、處理最大、壽命長、電耗低、噪音小。
振動篩適用范圍:
振動篩的適用范圍很廣泛,幾乎生活中的方方面面在加工和製造時都需要用到各種類型的振動篩!
廣泛用於礦山、煤炭、冶煉、建材、耐火材料、輕工、化工等行業。
直線振動篩穩定可靠、消耗少、噪音低、壽命長、振型穩、篩分效率高等優點。
③ 軟化水設備有什麼作用
軟化水設備的作用
1、軟化水設備的使用節約了大量浪費燃料當鍋爐結有水內垢時,對於工作壓力為容1.4MPa的鍋爐會結生1毫米的水垢,會浪費8%的燃料。
2、軟化水設備提高熱效率降低出力當鍋爐蒸發面結有水垢時,火側的熱量不能很快傳遞給水側就會降低鍋爐的出力。如果因為水處理不當,鍋爐結垢,使鍋爐蒸發能力降低了三分之一,因供氣不足自動作業線不能開車。
3、軟化水設備的使用降低鍋爐檢修量鍋爐板或管道結有水垢以後,非常難以清除,特別是由於水垢引起鍋爐的泄漏,裂紋,折損,變形,腐蝕等病害。不僅損害了鍋爐,而且耗費大量人力,物力去檢修,不但縮短了運行的時間,也增加了檢修費用。
4、軟化水設備的應用減少危及安全鍋爐因水垢引起的事故,占鍋爐事故總數的20%以上,不但造成設備損失,也威脅著人身安全。而水處理的基建和運行費用,占各項節約費用的四分之一。
④ 常用的過濾器有哪些種類和型號
過濾器有很多種類,分類也有很多方式。
過濾器分類:
1.過濾器根專據濾料類屬型可分為:濾芯式過濾器,袋式過濾器,軟化水過濾器,活性炭過濾器,石英砂過濾器,纖維過濾器,錳砂過濾器,除鐵錳過濾器等;
2.過濾器按功能可分為:自清洗過濾器、全自動過濾器、刷式過濾器、彈性過濾器等;
3.過濾器根據連接方式可分為:保安過濾器,袋式過濾器,機械過濾器,不銹鋼臭氧混合塔,不銹鋼罐體,不銹鋼混床,單級過濾器,兩級/雙級過濾器,三級過濾器,壓差過濾器等。
過濾器型號一般是按照水處理量、精度、高度等參數確定的。比如:4噸每小時水處理量,可以選擇型號為:7芯10寸的精密過濾器。
⑤ 軟水設備石英砂過濾器有什麼作用
原水首先經過多介質過濾器,在過濾器中放置2-4目的精緻石英砂(Quartz
sand)
,使原水中回的絮凝體、鐵答銹等懸浮雜質在此過程中被截留。由於多介質過濾器在工作中截留了大量的懸浮雜質(泥沙、鐵銹、紅蟲和藻類等),為保證過濾器的正常工作,必須對過濾器定期進行沖洗、反沖洗。想了解更多,登錄港泉網:3個w點gang+quan點h+k(去掉+)。或咨詢:區0769-前面8166後面7108
⑥ 液壓系統過濾器有哪六種類型
(1)過濾器分類:
按過濾器的精度分為:粗過濾器、普通過濾器、精版過濾器、特精百過濾器;
按濾芯型權式分為:網式過濾器、線隙式過濾器、紙芯式過濾器、燒結式過濾器、磁性式過濾器;
按濾材類型分為:表面型、縱深型。
⑦ 液體過濾器有哪些類型種類
高壓管路過濾器(A):設在泵的出口管道上,有保護污染物不進入系統的作用。因此,可以控制系統的污染物濃度。但是,因為是高壓主管路,要受泵的脈動和壓力沖擊,所以過濾元件的材質,強度要慎重考慮。
⑧ 生活常見的軟化水設備有哪些
軟化水設備和純凈水設備是完全不同的工藝,一整套軟化水設備組成:全內自動控制閥(手動控制閥)、容鹽箱、樹脂罐、樹脂、中心管、上下布水器、吸鹽過濾器、吸鹽管等組成。
純凈水設備比軟化水設備處理出來的水質要好的多,可以直接飲用。
⑨ 阻垢過濾器和軟水機有什麼區別哪個牌子的比較好
阻垢器主要是阻止水中的鈣鎂離子成垢,而軟水機是將水中的鈣鎂離子進行交換,使其變成其它的氯化鈣、氯化鎂。
⑩ 什麼是軟化水處理設備
軟水器是專門清除水中的鈣鎂離子,有效率高達99%,同時也可以去除水中的藻類、固體懸浮物,使處理後的水軟化、清澈。
當含有硬度離子的原水通過軟水器內樹脂層時,水中的鈣(Ca2+)、鎂(Mg2+)離子被樹脂交換吸附,同時等物質量釋放出的鈉(Na2+)離子。從軟水器內流出的水就是去掉了硬度離子的軟化水。其交換過程如下:
2RNa + Ca2+ = R2Ca + 2Na+
2RNa + Mg2+ = R2Mg + 2Na+
即水通過鈉離子交換器後,水中的Ca+、Mg+被置換成Na+。
當鈉離子交換樹脂失效之後,為恢復其交換能力,就要進行再生處理。再生劑為價廉貨廣。的食鹽溶液。再生過程反應如下:
R2Ca + 2NaCl = 2RNa + CaCl2
R2Mg + 2NaCl = 2RNa + MgCl2
經上述處理,再生過程就是用鹽箱中的食鹽水沖洗樹脂層,把樹脂上的硬度離子再置換出來,隨再生廢液排出罐外,樹脂就又恢復了軟化交換的能力,具體工作流程如下:
當水流過樹脂層時,離子交換樹脂可以釋放出鈉離子,功能基團與鈣鎂離子結合,這樣水中的鈣鎂離子含量降低,水的硬度下降。硬水就變為軟水,這是軟化水設備的工作過程。
當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合後,樹脂的軟化能力下降,可以用氯化鈉溶液流過樹脂,此時溶液中的鈉離子含量高,功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結合,這樣樹脂就恢復了交換能力,這個過程叫作「再生」。