A. 軟化水處理設備原理是什麼
由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示,故一般採用陽離子交換內樹脂(軟水器),將水中的容Ca2+、Mg2+(形成水垢的主要成份)置換出來,隨著樹脂內Ca2+、Mg2+的增加,樹脂去除Ca2+、Mg2+的效能逐漸降低。
當樹脂吸收一定量的鈣鎂離子之後,就必須進行再生,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在置換出來,隨再生廢液排出罐外,樹脂就又恢復了軟化交換功能。
由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示由於水的硬度主要由鈣、鎂形成及表示鈉離子交換軟化處理的原理是將原水通過鈉型陽離子交換樹脂,使水中的硬度成分Ca2+、Mg2+與樹脂中的Na+相交換,從而吸附水中的Ca2+、Mg2+,使水得到軟化。
B. 軟化水設備怎樣避免水垢危害
這個很簡單,具體來講就是給原水加壓,使原水通過樹脂結構,和過濾裝置,專也就是利用了反滲透原理去屬除水中多餘的鈣鎂粒子和有害物質,達到使水質軟化的一個過程,原水先經過這么么一個過程然後再進入鍋爐系統的話就不會產生大量的雜質沉澱吸附在鍋爐壁上,也就達到了防止鍋爐受熱不均引起爆炸事故的目的,這也就是軟化水設備在這個領域中的應用,我知道一家軟化水廠家生產的軟化水設備還不錯,這是他的網址www.sclsbwf.com你可以去看一下,應該會得到你想要的信息或者是設備,希望能幫到你。
C. 軟化水的原理
軟化水設備主要的工作原理就是利用陰陽離子軟化。讓原水通過陰陽離子轉化器,除去水中的,鈣,鎂,鈉等離子。出來的水就只是水分子了。沒有其他的分子,那麼就可以有效的防止水垢。
在進水為深井水或者水源硬度很大的情況下,使用軟化水設備的作用是去除水中的鈣、鎂離子含量,使水中鈣鎂離子減少。如果沒有軟水器或軟水器失效,鈣、鎂鹽在反滲透膜表面因濃度急劇升高而形成難溶於水的沉澱物,堵塞反滲透膜孔,使反滲透膜的使用壽命縮短,增加設備的維護成本。
D. 如何預防水垢的產生
要保證鍋爐不結垢或薄垢運行,就要加強鍋爐給水處理,這是保證鍋爐安全和經濟運行的重要環節。預防水垢生成,通常採用下列方法來預防:
1 鍋外水處理。這種方法適用於各種的鍋爐。目前鍋外水處理效果可靠的有石灰+純鹼軟化法,是向已經澄清的水中加入適量的生石灰和純鹼達到軟化目的。石灰——純鹼軟化法有冷法和熱法兩種。冷法是在室溫下進行,使水中殘余硬度降至1.5~2毫克當量/升。熱法是將水溫加熱到20~80℃,使水中殘余硬度降至0.3~0.4毫克當量/升。因此,應盡量採用熱法,以提高軟化效果。離子交換軟化法主要是依靠鈉離子交換器中的交換樹脂進行軟化處理。由於交換樹脂吸附能力強,能將游離在水中的鈣、鎂離子吸附,從而使鍋爐給水硬度達到合格標准。離子交換劑有無機和有機兩大類。無機交換樹脂只能進行表面交換,軟化效果差,使用較少。而有機交換樹脂的特點是顆粒核心結構疏鬆,交換反應在顆粒表面和內部同時可進行,軟化效果好,故使用較多。
2 鍋內水處理。此法主要是向爐水中加入化學葯品,與爐水中形成水垢的鈣、鎂鹽形成疏鬆的沉渣,然後用排污的方法將沉渣排出爐外,起到防止(或減少)鍋爐結垢的作用。爐內加葯水處理一般用於小型低壓火管鍋爐。鍋內水處理常用的葯品有:磷酸三鈉、碳酸鈉(純鹼)、氫氧化鈉(火鹼、也稱燒鹼)及有機膠體(栲膠)等。加葯時,應首先將各種葯品配製成溶液,然後再加入鍋爐內。通常磷酸三鈉的溶液濃度為5~8%,碳酸鈉的溶液濃度不大於5%,氫氧化鈉的濃度不大於1~2%。加葯方法有定期和連續加葯兩種。定期加葯主要靠加葯罐進行加葯;連續加葯則在給水設備前,將葯連續加入給水中。對於蒸汽鍋爐,最好採用連續加葯法,這樣可使爐內保持葯液的均勻。凡採用鍋內水處理的,應加強鍋爐排污,使已形成的泥渣、泥垢等排出爐外,收到較好效果。
E. 如何軟化水質
煮沸即可軟化水質,軟水機也可軟化水質。
想要降低水的硬度,最簡單的方法就是煮沸。在加熱的過程中,硬水中的鈣、鎂等離子會沉澱,形成水垢。水中的鈣、鎂離子含量低了,水的硬度也就降低了。
軟水機通過樹脂類物質置換出水中的鈣、鎂離子等,軟化水質,降低水的硬度,減少水中礦物質對衣物和皮膚的磨損,可以呵護肌膚,保護衣料。還能避免水中礦物質在潔具、餐具等形成黃斑,避免水管、熱水器花灑產生水垢等。軟水機產生的水主要用於生活用水,不能用來直接飲用。
(5)軟化水怎樣防水垢擴展閱讀
世界衛生組織(WHO)定義,水的軟硬程度取決於1L水中鈣離子和鎂離子含量的多少,硬度小於120mg/L為軟水,超過120mg/L為硬水。硬水會給我們的日常生活和身體健康帶來很大影響。
如果使用硬水洗衣服,需要在水中添加大量柔順劑;如果使用硬水清潔,潔具上易生水垢;如果使用硬水沐浴,肌膚易干澀緊綳,頭發易枯黃無光澤;如果在電熱水器、加濕器中使用硬水,電器中易結水垢,從而增加能耗、縮短使用壽命。
不適應硬水的人偶爾飲用硬水,會造成腸胃功能紊亂,即所謂的「水土不服」;用硬水泡茶會改變茶的色、香、味,大大削弱其飲用質量;此外,據《南方日報》報道,深井水、山泉水等「硬水」中含礦物質較多,飲用過多這類水可能造成腎結石。
不過,這並不是說硬水對人體只有壞處,據《新民晚報》介紹,水溶性的鈣、鎂離子比鈣片等更易被人體所吸收。此外,也有國外對照實驗表明,喝硬度適中的硬水的人群比常喝軟水的人心血管疾病發病率低25%-30%。
參考資料來源:人民網-你聽說過硬水嗎?原來水也不單純
參考資料來源:人民網-健康飲水有要求!家用凈水器該怎麼選?
F. 軟化水一般都怎麼處理
離子交換法
方法:採用陽離子交換樹脂,以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來,由於鈉鹽的溶解度很高,所以就減少了隨溫度的增加而造成水垢生成的情況。
該軟化水處理法適用范圍:餐飲、食品、化工、醫葯等領域、空調、工業循環水等應用中。目前較常用的標准方式。
特點及作用:結果穩定,工藝成熟。可以將硬度降至0。
加葯法
方法:向水中加入阻垢劑,可以改變鈣鎂離子與碳酸根離子結合的特性,從而使水垢不能析出、沉積。
該軟化水處理法適用范圍:由於加入了化學物質,所以水的應用受到很大限制,一般情況下不能應用於飲用、食品加工、工業生產等方面。在民用領域中也很少應用。
特點結果:一次性投入較少,適應性廣。水量軟大時運行成本偏。
膜分離法
方法:納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子,從而減少水的硬度。只能將硬度降到小范圍。該軟化水處理法適用范圍:一般較少用於軟化處理。
特點結果:結果而穩定,處理後的水適用較廣。對進水壓力有較高要求,設備投資、運行成本都較高。
電磁法
方法:採用在水中加上電場或磁場來改變離子的特性,從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時的物理特性來制止硬水垢的形成。該軟化水處理法適用范圍:多用於商業(如中央空調等)循環冷卻水的處理,不能應用於工業生產及鍋爐補給水的處理。
特點結果:設備投資小,安裝方便,運行費用低。不夠穩定性,沒有統一的衡量標准,而且由於主要功能是影響范圍內的水垢的物理性能,所以處理後的水的使用時間、距離都有局限。
石灰法
方法:向水中加入石灰。該軟化水處理法適用范圍:適用范圍大流量的高硬水。
特點結果:只能將硬度降到小范圍。
G. 水的軟化處理方法有哪些
軟化處理的基本方法有三種。
(1) 化學軟化法 就是在水中加入一些葯劑,從而把水中的鈣、鎂離子轉變為難溶的化合物,並使其沉澱析出。如石灰軟化法等。
(2) 離子交換軟化法 利用離子交換劑活件基團中的H+、Na+等陽離子與水中的硬度成分Ca2+、Mg2+以達到軟化的目的。
(3) 熱力軟化法就是將水加熱到100℃或100℃以上,在煮沸過程中,使水中的鈣、鎂的碳酸氫鹽轉變為CaCO3和Mg(OH)2沉澱去除。熱力軟化法只能基本上除去碳酸酸鹽硬度,而不能去除非碳酸型硬度。
此外,還有電滲析軟化法等,但通常使用的主要方法是離子交換軟化法和化學軟化法。
H. 如何軟化水
一、離子交換法
家用軟化水設備是應用離子交換技術,通過樹脂上的功能離子與水中的鈣、鎂離子進行交換,從而吸附水中多餘的鈣、鎂離子,達到去除水垢(碳酸鈣或碳酸鎂)的目的。
二、物理打包法
利用納米晶高能聚合球體,把水中鈣、鎂離子、碳酸氫根等打包產生不溶於水的納米級晶體,從而抑制水垢的生產,納米晶軟水機不用電、不費水、不用鹽、不用任何化學添加劑,在高效抑垢的同時保留對人體有益的礦物質和微量元素,是一種綠色環保的軟水機,解決了現軟化技術多方面的缺陷。
(8)軟化水怎樣防水垢擴展閱讀:
軟水有如下的作用:
一、防止水管道、熱水器、咖啡機,加濕器、蒸汽電熨斗、浴缸、淋浴噴頭、抽水馬桶等家庭器具積留水垢、經常堵塞、熱效率低等現象。
二、煮咖啡、沖茶葉,口感獨特,味道純正。養花,延長開花期,綠葉無斑點,花朵艷麗。養魚,預防各類魚類疾病。軟水煮飯飽滿、蓬鬆、口感好;衛生器具,晶瑩剔透,無污漬斑點。
三、延長豆腐保質期,豆漿更香濃,豆芽不需生長素,長勢粗壯。洗菜,清除農葯成分,延長蔬菜保鮮期。煮飯,縮短時間,米粒松軟光潤、麵食不易膨脹。烹調,保持蔬菜的天然口感和營養成分。
四、洗衣,預防靜電、脫色、變型,清洗餐具,潔凈無水漬,提高器皿光澤度。清洗廚房浴室,強勁去污、除異味。具有較強的去污力。軟水洗滌衣物纖維,不會發硬,發脆,節約洗滌用品。
五、軟水從根本上消除了水鹼,使設備安全運行,節省經費支出,減少水設備及水管道維修費60%以上,減少熱水燃料費30%以上,減少洗滌劑購置費50%以上。
I. 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。