[发明专利]水处理系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业用水处理领域。更具体地说，本发明涉及一种采用电、磁协同作用对水进行处理的系统，使用所述系统处理水不产生任何污染。

发明背景

众所周知，工业水均含有一定量的矿物质，这些矿物质主要以HCO₃^-、CO₃^2-、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、SiO₃^2-等存在。使用工业水一般会遇到结垢、腐蚀和细菌滋生等问题。

例如，工业水用于冷却水系统，如冷却塔和锅炉，当换热面由于换热而导致冷却循环水产生温升时，在受热面上，水中的HCO₃^-受热分解，产生游离的CO₂气体，CO₂气体在冷却塔中由于充分曝气从冷却循环水中散失，造成水的pH上升，水中CO₃^2-增多。Ca²⁺与CO₃^2-结合，生成难溶于水的方解石结晶状态的CaCO₃，并以固体形式析出，即硬碳酸钙水垢，此碳酸钙硬水垢会均匀附着在受热面及系统管道中，结构致密很难脱落。此碳酸钙硬水垢的导热系数很低，会持续导致换热器换热能力下降，严重阻碍热交换的进行，造成设备换热效率急剧下降，给整个冷却系统带来较大隐患，同时增加管路水流阻力，严重时造成设备报废、爆管、管道堵塞等安全事故。同样，水中的Mg²⁺与SiO₃^2-也会生成MgSiO₃结垢，也会引起换热器换热能力的急剧下降。

金属材质在开放式循环冷却水中由于直接与饱和溶解氧接触，金属本身含有一定的杂质，容易在金属表面发生氧电池反应，从而引起金属的全面腐蚀；金属在加工制造过程中，部分位置应力过大，容易引起点蚀；由于细菌繁殖，局部残留而产生锈瘤，也造成生物腐蚀。

微生物本身及其代谢产物会造成循环冷却系统换热面能力的急剧下降、局部腐蚀。由于细菌种类繁多，很难去遂一鉴定并加以抑制。因此，有需要控制水中细菌的生长以防止由细菌引致的其他问题。在一个有效的循环冷却系统中，微生物的含量必定会被控制在有效的范围内。

目前，有许多方法可以处理工业循环冷却水，基本上可为化学方法和物理方法。但化学方法通常要求使用大量的水，需要定期投放准确剂量的各种化学药剂。另外，这些化学方法中有的处理效果较差，有的尽管效果较好，但成本过高，结构复杂或者对环境造成污染。例如，尽管对金属材质在循环水中的腐蚀原因以及机理在学术上有很多的研究，但防止腐蚀的较为常见的方法只有一种，即预先成膜，在日常运行过程中通过投加缓蚀药剂来降低腐蚀速率；而控制微生物生长主要使用杀菌灭藻剂。但使用缓蚀药剂和杀菌灭藻剂不但对循环水造成污染，而且有着种种难以挥去的弊端。已经发现，根据其中一个处理要求采用的处理方法可能会与根据另一个处理要求采用的另一个处理方法在机理上相互抵触。例如，阻垢缓蚀剂含膦，会促进藻类及菌类的生长，造成杀菌灭藻剂增加用量，同时加剧了生态污染。整体考虑，化学处理方法并不是最优的选择。

目前，对水进行处理的方法还包括利用双极电极通过电解产生氧化性物质用于消毒、抑制藻类。这是基于正常电解在工作过程中，水中的部分物质在阳极表面失去电子，使得这部分物质的化合价位升高，且产生微弱的氧化性及酸性，改变了水体的氧化还原电位和微生物的生存环境，从而达到抑制微生物的繁殖水平并使之处于低位。但是由于水体中含有二氧化碳溶解物和钙离子，在电解过程中，阴极表面的氢离子得到电子，生成氢气从水体中逸出，从而促使水的电离平衡向右移动，在阴极表面产生大量的氢氧根离子，吸引水中带有正电荷的钙离子在其表面富集，引起碳酸钙在阴极表面沉积。在电解一段时间后，阴极将形成大量的结垢，降低了电解效率，从而影响水处理的效果。故有必要通过经常清洗阴极表面的碳酸钙水垢来恢复电极的工作能力。这大大增加了频繁的人工清垢成本。为此，有人对上述双极电极加以改进，在工作过程中变换电极的极性来防止在电极上形成水垢，但是这种做法没有完全解决消除水垢的问题。或者，有人设置了惰性电极与消耗电极进行互倒，这虽然可以降低碳酸钙在阴极表面的沉积，但是这种处理方法会导致惰性电极表面电荷经常发生正负变化，惰性电极疲劳度增加，使用寿命大大降低，增加了惰性电极的成本。