[发明专利]一种基于振动强化倒极脱垢的电化学除硬装置及方法

说明书

本发明一种基于振动强化倒极脱垢的电化学除硬装置，该电化学除硬装置包括依次连接的电解装置、过滤罐和缓冲罐单元，其中电解装置的下部设置有原水进水口与原水进水管相连，顶部或侧面设置有振动发生器，底部设置有排渣口，所述的电解装置、过滤罐和缓冲罐个单元进出口设置为下进上出；所述的电解装置自顶部至底部依次包括电极区、布水区和排渣区，电极区顶部固定并均匀分布有板式、丝束式或其他形式的阴、阳极，阴极与阳极边缘间距大于6mm，其中阴极材质为钛或者其合金，或者其他阀型金属或合金，且阴极壁面平滑。本发明电化学除硬装置可以有效解决传统电化学除硬过程中阴极表面垢层难清理、有效阴极面积小且设备占地面积大的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于振动强化倒极自清垢的电化学除硬装置及方法，属于电化学除硬领域。

背景技术

换热设备结垢问题广泛存在于石化、电厂、油田注采、食品、造纸、脱盐、半导体制造以及供暖等各个领域。结垢往往导致管道阻塞、传热效率下降以及垢下腐蚀等问题，造成设备的非正常停机以及能源和材料的巨大浪费，极大增加了生产成本和维护成本。由于水质原因，国内换热器污垢中，以钙镁型析晶污垢最为典型，危害较大。为缓解设备结垢，研究者尝试了各种策略。当前最为有效的阻垢手段仍是向水中投加化学阻垢剂，通常很少剂量阻垢剂就能达到抑垢效果。

然而传统投加化学药剂法存在药剂费昂贵、运行成本高以及系统排污废水二次污染等弊端。

电化学除硬技术因其操作简单和环境友好等优点而颇受关注。该技术的原理在于：H₂O、O₂等物质在阴极被还原成OH^-，形成局部碱性环境，以此打破电极/水界面的碳酸盐平衡，促使Ca²⁺以CaCO₃固态形式析出，此外Mg²⁺主要以Mg(OH)₂固态形式析出，进而降低水体的硬度，同时阴阳极反应生成的OH^-、O₃、Cl₂等氧化性物质，可进一步抑制循环水中菌藻滋生，具有杀菌灭藻功能。

目前，制约该技术的关键难题之一是电极表面沉积垢的清除问题。除了人工周期性清除方案外，当前最成熟的解决手段是刮刀刮垢，以恢复电极的电化学活性。其弊端之一是刮垢不彻底，影响电极稳定性；另一个问题是刮垢系统占据了大量反应器空间，大大缩减了有效阴极面积，导致设备除硬效率偏低；而且为便于刮垢，阴极形状设计受到很大限制，如常见的桶式电化学除硬器，常以桶内壁作阴极，阳极置于反应器中心，阴阳极之间大量空间作为旋转刮刀的活动区，在大水量工况下，若要满足除硬要求，设备数量需足够多，这极大增大投入成本和占地面积，从而限制了该技术的大规模应用。鉴于此，电化学倒极技术可被用于清除阴极表面的沉积垢，尽管如此，对于电化学除硬系统，实践表明，在设备运行初始倒极具有良好的清垢效果，然而随着设备运行时间延长，电极表面会大量积垢，严重影响设备的正常运行。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于振动强化倒极脱垢的电化学除硬装置及方法，解决了传统电化学除硬过程中阴极表面垢层难清理、有效阴极面积小且设备占地面积大的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供了一种基于振动强化倒极脱垢的电化学除硬装置，该装置包括依次连接的电解装置、过滤罐和缓冲罐单元，其中所述的电解装置的下部设置有原水进水口与原水进水管相连，在靠近电极区的部位设置有振动发生器，底部设置有排渣管，所述的电解装置、过滤罐和缓冲罐各单元进出口设置为下进上出；运行时含硬水质从排渣管上方电解装置电极区下方反向折流，经电化学处理后进入所述过滤罐、缓冲罐，得到低硬度出水；

所述的电解装置自顶部至底部依次包括电极区、布水区和排渣区，所述的电极区顶部固定并均匀分布有板式、丝束式或其他形式的阴、阳极，阴极与阳极内侧边缘间距大于6mm，其中所述的阴极材质为钛或者其合金、或者其他阀型金属或合金，且阴极壁面平滑。