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hth华体会: 本发明高效自发结晶的电化学脱盐软化

2022-10-09 08:41:56 hth华体会-hth华体会体育app 已读

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本发明高效自发结晶的电化学脱盐软化水处理方法及其装置

本发明属于电化学软化水技术领域,具体涉及一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法及其装置。

背景技术:

hth华体会利用电化学技术对水体进行脱盐除垢处理早在2006年就有文献报道(desalination, 2006, 201:150),随后国内有很多文献和专利(西安交通大学学报, 2009, 43) (5): 104; 专利出版物 cn105523611a, cn204198498u) 已有报道,并在工程实践中得到了一定的应用。与传统的熟石灰软化法相比,电化学脱盐软化技术占地面积小,处理速度快,无需使用絮凝剂,无二次污染,废渣少,操作简单方便,可以实现数字控制,具有很大的优势。经济效益和环境效益高。与传统的化学加药方式相比,电磁技术和超声波技术,电化学技术的优点是可以将结垢的钙镁离子以结垢的形式沉积在水中。可从水中取出,提高浓缩比,达到节水减排的目的。

现有的电化学设备主要应用于冷却循环水的除垢、防垢领域。为了提高除垢效率电化学法水处理设备公司,中国专利公开文献cn105621538a、cn201923867u和cn105329985a对电化学除垢设备进行了相应的优化设计。重点在于全面优化电化学装置内部结构,扩大阴极面积,简化操作,提高装置的处理效率和处理能力。

为了摆脱板块面积的限制因素,以色列文献(desalination, 2010, 263: 285; journal of membrancescience, 2013, 445: 88)提出了一种新的处理方法,即使用阳离子交换膜分离电解槽分为阳极室和阴极室,待处理水流过阴极室后,引入外结晶器中诱导结晶,提高电极板的处理能力,提高电极的利用率。电能达到50%。中国专利cn204198498u利用刮刀刮去阴极板的氧化皮电化学法水处理设备公司,提供微小的晶核,增加结晶的比表面积。虽然电能的利用率在一定程度上提高了,电能的利用率仍然很低。其次,由于辅助电极带正电且在阴极室中,氧(氯)会在表面析出生成h+,可消耗阴极产生的部分oh-,降低电能的利用率。提到需要添加絮凝剂会造成二次污染,增加处理成本。此外,设备内腔底部没有隔膜,用于分隔阴阳室。本实施例中,阳极室的酸性水一直往复循环,h+部分肯定会进入阴极室。,也会降低用电量。生活中的水大部分是硬水,即 碱度小于硬度(相当于碳酸氢盐的含量低于钙和镁的量),所以不加二氧化碳不能完全消除硬度。虽然专利cn106277369a也提到在阴极和阳极之间增加一个隔膜,但它也需要在阴极室的出口连接一个外部结晶器来诱导结晶。消除硬度以达到完全软化水的目的。它还需要将外部结晶器连接到阴极室的出口以诱导结晶。消除硬度以达到完全软化水的目的。它还需要将外部结晶器连接到阴极室的出口以诱导结晶。消除硬度以达到完全软化水的目的。

hth华体会技术实施要素:

本发明的第一个目的是提供一种高效的自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,将电流通入电解槽,使阴极室形成强碱性区域,产生的OH-通过电解使ca2+生成caco3晶体,mg2+生成mg(oh)2晶体,随着电解的进行,阴极室pH值升高,碳酸钙晶体的团聚行为加强,晶核快速形成,使过饱和的 caco3 和 mg(oh) 2 悬浮液的高效自发结晶,避免了诱导结晶和加入絮凝剂造成的二次污染,减少了工艺步骤,时间快得多,投资少,设备占用空间小,处理量大。

本发明的第二个目的是提供一种利用上述高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法软化硬水的装置及系统,将电流通入电解池,使阴极室形成强碱性区,利用电解产生的 oh- 使 ca2+ 形成 caco3 晶体,mg2+ 形成 mg(oh)2 晶体,随着电解的进行,阴极室增大,caco3晶体团聚行为加强,迅速形成晶核,使过热过程。饱和 caco3 和 mg(oh)2 悬浮液有效且自发地结晶,避免了诱导结晶和外加絮凝剂造成的二次污染,减少了工艺步骤,时间快得多,投资少,设备空间小。更少,更多的处理能力。

hth华体会本发明的技术方案如下:

一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,包括以下步骤:

(1)电解池通过隔膜或微孔板将电解槽分隔成阳极室和阴极室,阳极板和阴极板分别放置在阳极室和阴极室中;

hth华体会(2)通过电流,电流按i≥1.01qη(m+2m2)计算,其中,i为极板电流,单位:a;η为目标软化率,单位:1;q为阴极室水流量,单位:l/s;当m0>m1时,m=m0;当m0<m1且η≤[(m0+m2)/(m1+m2)]时,m=m0;当 m0<m1 当 m1 和 η>[(m0+m2)/(m1+m2)] 时电化学法水处理设备公司,m=2m1-m0;m0为待软化水的碱度,单位:mgcaco3/l;m1为待软化水的钙硬度,单位:mgcaco3/l;m2为待软化水的镁硬度,单位:mgcaco3/l;

(3)待软化的水流过阴极室。通电后,在阴极室形成强碱性区域。体系pH值大于等于10。电解产生的oh-与hco3-反应生成co32-,再与水体中的ca2+结合形成caco3晶体;与mg2+结合形成mg(oh)2晶体,电解时随着阴极室ph值的升高,caco3晶体的zeta电位降低,晶体的团聚行为加强,晶核迅速形成,并随着高速水流流出阴极腔室中的过饱和caco3和mg(oh)2悬浮液以这个晶核为生长点,快速生长,实现自发结晶,

最好也包含在m0中

优选地,常温常压下的进气流量按q1=0.61q(m1-m0)计算,其中q1为进入阴极室的空气流量,单位:l/s。

优选地,常温常压下CO2的流量按q0=2.45q(m1-m0)·10-4计算,其中q0为CO2进入阴极室的流量,单位:l/s。

优选地,所述阳极板为碳电极、贵金属电极或钛基金属氧化物电极中的一种。阴极板是不锈钢、铸铁、石墨、铝或铜等成型导电材料中的一种。

优选地,所述膜为阴离子交换膜、阳离子交换膜、双极膜、石棉纤维膜、无纺布、化纤滤布或陶瓷膜中的一种。具有不影响导电性的细孔的塑料片材,如聚四氟乙烯塑料片材。

本发明还公开了一种利用上述高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法软化硬水的装置。

优选地,阴极室的至少两端设有进水口和出水口,进水口设有供气口或二氧化碳供气口,出水口与过滤器或沉降口连接。水池。

优选地,在出水口与过滤器或沉淀池之间设置第一气液分离器,用于收集绿色能源-氢气。

本发明还公开了一种硬水软化系统。将上述几个电解槽并联、串联或串联组合,在阴极室出水口处设置第二个气液分离器,收集绿色能源-氢气。

与现有技术相比,本发明的有益效果如下:

1、本发明一种高效的自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,计算出合适的电流通过i≥1.01qη(m+2m2),使阴极室形成强碱性区,系统ph ≥10,利用电解产生的oh-使ca2+生成caco3晶体,mg2+生成mg(oh)2晶体,随着电解的进行,阴极室pH值升高,caco3晶体团聚行为加强,晶核迅速形成,从阴极流出,腔内的过饱和悬浮液以该晶核为生长点高效自发结晶,实现在水中大部分或全部钙镁离子的去除。一度,阴极板不结垢,不引起结晶和外加絮凝剂,避免了二次污染,减少了工艺步骤,具有软化效率通风,投资少,设备占用空间小,处理量大等优点;

2、本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法同样根据q1=0.61q(m1-m0)计算进风流量,根据q0=计算进风流量2.45q(m1-m0)·10- 4 计算二氧化碳的流速以提供足够量的 hco3- 以达到所需的软化率;

3.本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,根据电流的计算公式和空气或二氧化碳的计算公式,得到空气或二氧化碳的电流值和速率二氧化碳计算,便于实现数控化和自动化,使用清洁电能作为唯一的“处理剂”,无色、环保、无污染。

图纸说明

图1是在相同电流密度25ma/cm下,利用本发明方法与现有方法对相同循环冷却水处理效果的对比曲线图;

图2是利用本发明的方法得到的软化水与未处理水的浊度对比照片;

图3为一进二出隔膜双室电解槽结构示意图;

图4为二进二出双室隔膜电解槽结构示意图;

图5为多电解槽阴极串联软化硬水系统结构示意图;

图6是多电解槽阴极并联软化硬水系统的结构示意图;

如图。图7为多个处理模块并联、串联、复合,甚至部分回用于阳极水的硬水软化系统结构示意图。

详细方法

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。应当理解,这些实施例仅用于说明本发明,并不用于限制本发明的保护范围。本领域技术人员在实际应用中根据本发明所做的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。

现有的技术方案都是基于阴极析出垢的基本原理。现有国内外文献报道和电化学除垢技术领域技术人员的知识,阴极区的成垢离子与碱度结合形成尺寸小于50微米甚至纳米级不可见的悬浮颗粒到肉眼。颗粒物附着在阴极或进入巨大的外诱导结晶器,甚至用絮凝剂去除,电能利用率极低(≤15%),水体处理能力和深度不足,甚至对水体造成二次污染 缺陷。

在阴极区形成的纳米级悬浮粒子一般是初生晶粒,从晶粒形成晶核的过程是耗时的。因此,在现有技术中,为了缩短时间,往往会增加外部晶核。现有电解槽的电解只能达到在距阴极板1~2mm范围内形成过饱和悬浮液所需的碱性环境,而不能保证整个阴极液已达到所需的碱性环境。因此,现有的电解技术需要引入外诱导结晶器来提高结晶效率。本发明首先根据i≥1.01qη(m+2m2)计算出合适的电流,

如图1和图2所示,本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,包括以下步骤:

(1)电解槽被隔膜或细孔板6分隔成阳极室7和阴极室9,阳极板8和阴极板10分别放置在阳极室7和阴极室9中分别;

(2)通过电流,电流按i≥1.01qη(m+2m2)计算,其中,i为极板电流,单位:a;η为目标软化率,单位:1;q为阴极室水流量,单位:l/s;当m0>m1时,m=m0;当m0<m1且η≤[(m0+m2)/(m1+m2)]时,m=m0;当 m0<m1 当 m1 和 η>[(m0+m2)/(m1+m2)] 时,m=2m1-m0;m0为待软化水的碱度,单位:mgcaco3/l;m1为待软化水的钙硬度,单位:mgcaco3/l;m2为待软化水的镁硬度,单位:mgcaco3/l;

(3)待软化的水流经阴极室9,通电后在阴极室9内形成强碱性区,体系pH值大于等于10,电解产生的OH-发生反应与hco3-生成co32-,再与水体中的水发生反应。ca2+ 结合生成 caco3 晶体;与mg2+结合生成mg(oh)2晶体,阴极室9必须在单位时间内产生足够量的oh-,并保证阳极室产生的h+在高-加速水流。消耗; 并且随着阴极室ph值的增加,caco3晶体的zeta电位降低,晶体团聚加强,晶核迅速形成,过饱和的caco3和mg(oh)2悬浮液随着高速水流从阴极室9流出,以该晶核为生长点,快速生长,实现自发结晶,形成肉眼可见的固体颗粒,悬浮在水中,然后沉降或过滤,完成软化;此外,在常温常压下,在 m0

本发明利用阴极单位时间产生足够的OH-来消除流经阴极室的水的大部分甚至全部硬度,并通过降低Caco3水垢晶体的zeta电位,加强晶体的团聚行为,从而实现自发结晶;在沉淀池或过滤器中,水垢颗粒已经长大到足以在短时间内沉淀或过滤掉,从而达到软化水的目的。

示例 1

本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法,用于处理某循环冷却水补给,具体包括以下步骤:

发生电化学反应时,阴极产生大量的oh-,阳极产生等量的h+。具体地,使用的阳极板为钛基钌铱电极,使用的阴极板为sus304不锈钢,使用的隔膜为阳离子交换膜。阴阳极板与膜片的距离为10mm;阴极室和阳极室都通入相同的循环水进行软化。使用电流1.03a,水流量1.4ml/s,软化率65%,不添加二氧化碳气体,水体在设备内停留时间30s,电极尺寸盘子为7.5cm*5.5cm;阴极表面产生的大量气泡在一定程度上阻止了水垢附着在阴极板上,而高速水流的冲刷作用可使阴极板几乎没有结垢。随着电解过程中pH值的升高,碳酸钙晶体的zeta电位降低,晶体的团聚行为加强,迅速形成晶核。过饱和的caco3和mg(oh)2悬浮液就是以此晶核为生长点,生长迅速。,在到达沉淀池或过滤器之前,水垢颗粒已经长成足够大的颗粒,可以在较短的时间内沉淀或过滤。在这个过程中,阳极液会产生大量的 h+,可消除水体中的碳酸盐和碳酸氢盐。同时,阳极还产生其他强氧化性杀菌物质,起到杀菌消毒的作用。整个阴极和阳极之间存在的均匀电磁场在一定程度上也具有“活化”水的作用。从以上描述可以看出,如果将该技术方法应用于循环水除垢防垢领域,其防垢防垢能力体现在三个方面:相同量的碱度和硬度同时,并且在阳极区也降低了阴极等量的碱度,阴极和阳极之间的均匀电磁场“激活” 水,它也起到阻垢剂的作用。也就是说,如果将该方法用于循环冷却水的结垢防垢技术,可以降低1mgcaco3/l的硬度,同时也可以降低水体的碱度2mgcaco3/l。水体硬度的降低大大降低了水体结垢的趋势。这部分的作用可以称为“阻垢”,而水体中碱度的降低和电磁场对水体的“活化”作用,这部分的作用可以称为“阻垢” ”。另外,在相同电流密度25ma/cm2下,现有方法对同一循环冷却水进行软化处理,处理效果与本实施例1的对比如图1所示,曲线1为本实施例1处理的曲线,图2为申请号2.1的方法处理的曲线。图2是比较用本发明方法处理的软化水和未处理水的浊度的照片。正负极出水质量检测结果见表1。计算得到的电能利用率达到92.2%。

表一

示例 2

本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法用于安徽某火力发电厂冷却循环补水处理。ml/s,软化率为99.9%电化学法水处理设备公司,阴极板到隔膜的距离为15 mm,隔膜为阴离子交换膜。正负极出水质量测试结果见表2。计算得到的电能利用率达到95.0%。

表二

示例 3

本发明的一种高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法用于山东某焦化厂冷却循环水处理。膜片间距30mm,膜片为1000目尼龙滤布,CO2进水流量0.27ml/s,目标软化率75%,水流量2ml/s。正负极水质测试结果如表3所示,计算得出的功率利用率达到84.1%。

表3

示例 4

一种采用上述高效自发结晶电化学脱盐软化水处理方法的硬水软化装置,以单双室电解槽为例,如图3所示,阴极室9的两端分别设有入口。进水口1和出水口5在所述进水口1上设有空气或二氧化碳气体供给口11,第一气液分离器13和过滤器或沉淀池12依次连接在所述进水口1上。出水口5,阳极室7上设有出水口4;或如图所示。如图4所示,阴极室9的两端分别设有进水口1和出水口5,进水口1设有空气或二氧化碳空气供给口11,出水口5连接过滤器或沉淀池12,阳极室7两端设有进水口2和出水口4。其中,是否在单双室电解槽阴极室出水口设置第一气液分离器13具体根据电解过程中产生的氢气量而定。

具体软化方法如下:软化水从入口1或3进入电解池(根据水体的碱度从11加入适量的空气或二氧化碳)电化学法水处理设备公司,经过一定时间后,它从出口5流出。正常运行时,阴极板表面发生电化学反应,产生足量的OH-,使大部分钙、镁离子转化为不溶性钙的过饱和悬浮液,镁盐。oh)2晶体的zeta点降低,其晶体团聚行为得到加强,迅速形成晶核。过饱和的caco3和mg(oh)2以此为晶核快速生长,实现自发结晶。长成大颗粒后,它是将水体分离,以达到软化水的目的。在阳极室中,可以通过待软化的水或其他具有合适电导率的水溶液,形成整个电流回路,以保证电化学反应的高效平稳进行。

示例 5

为进一步提高软化程度,彻底消除水的硬度,可将多个阴极室串联组成软化硬水系统,对软化后的硬水进行深度软化。水体再进入另一个或多个电解槽的阴极室进行深度软化处理,直至达到软化要求,如图5所示。串联的阴极室数量应根据水质和实际需要确定的软化水。

例 6

该技术用于工业冷却循环水除垢、防垢。为进一步提高处理能力,可将多个阴极室并联组成软化硬水系统,对冷却循环水进行除垢,即冷却循环水同时进入多个阴极室进行处理,然后沉淀和过滤以实现除垢。目的如图6所示,其中并联阴极室的数量根据待处理水量和实际需要而定。

例 7

当该技术用于替代熟石灰软化水技术时,需要处理大量的硬水,软化水的程度极高。上述并联和串联方法单独或组合使用,形成软化硬水体系。为了节约用水,将阳极出水分配到一个或几个阴极室,并加入足量的空气或二氧化碳进行软化处理,将整个系统的阴极水气液分离收集绿色能源氢气,流体经砂滤除垢。然后,得到软化水,如图 7 所示。

hth华体会提供本发明的上述优选实施例仅用于帮助说明本发明。优选实施例并未穷尽所有细节,也不将本发明仅限于所描述的实施例。显然,根据本说明书的内容,许多修改和变化都是可能的。本说明书选择并具体描述这些实施例是为了更好地说明本发明的原理和实际应用,以便本领域技术人员能够很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求及其全部范围和等同物的限制。