本發(fā)明涉及循環(huán)水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)的直流電解處理工藝及設(shè)備。

背景技術(shù)：

水是最為常用的換熱介質(zhì)，工業(yè)換熱用水用量很大，占整個(gè)用水量的2/3以上，許多行業(yè)換熱水占到用水總量的80％～95％。為了節(jié)約水資源，換熱用水通常要求閉路循環(huán)使用，稱之為閉式循環(huán)水系統(tǒng)。中央空調(diào)循環(huán)水、民用供暖系統(tǒng)和部分工業(yè)冷卻系統(tǒng)都采用閉式循環(huán)水系統(tǒng)。閉式循環(huán)水系統(tǒng)由于密閉循環(huán)，與外界接觸少，水量蒸發(fā)損失少，因此水質(zhì)變化較小，溶質(zhì)幾乎不發(fā)生濃縮，不會(huì)有嚴(yán)重堵塞和結(jié)垢問題。但閉式循環(huán)水系統(tǒng)通常會(huì)產(chǎn)生如下問題：

(1)閉式循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)鈣鎂硬度和堿度低于平衡值，使循環(huán)水呈腐蝕傾向，長(zhǎng)期運(yùn)行過程中腐蝕問題積累嚴(yán)重。腐蝕產(chǎn)物會(huì)在換熱表面沉積，導(dǎo)致?lián)Q熱效率大幅下降，同時(shí)腐蝕會(huì)導(dǎo)致滲漏、堵塞，甚至引發(fā)事故；

(2)閉式循環(huán)系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定，適合厭氧粘性軍團(tuán)菌、化能自養(yǎng)菌(如鐵細(xì)菌)滋生，長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)附著在換熱表面而造成換熱效率下降，同時(shí)引起垢下腐蝕，導(dǎo)致系統(tǒng)惡化。

為了解決閉式循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕問題，傳統(tǒng)方法是向系統(tǒng)中添加化學(xué)藥劑，尤其是緩蝕劑作為處理工藝，如CN201010599402、CN200910198911、CN200610112446中提出的閉式循環(huán)水緩蝕劑。這些緩蝕劑雖然可以取得較好的緩蝕效果，但具有如下不足：

(1)緩蝕劑組成復(fù)雜，并且組成成分具有明顯的針對(duì)性，而不具有廣泛適用性；

(2)緩蝕劑本身不具有殺菌滅藻效果，不能避免菌藻滋生導(dǎo)致的垢下腐蝕；

(3)緩蝕劑多為復(fù)配的液基藥劑，運(yùn)輸、存儲(chǔ)、配制、添加過程繁瑣，增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和管理難度；

(4)緩蝕劑多含有難降解有機(jī)物、重金屬離子等，二次污染嚴(yán)重，環(huán)境不友好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)的直流電解處理工藝及設(shè)備，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法的不足，本發(fā)明的工藝及設(shè)備可有效控制密閉式系統(tǒng)換熱器和管道的化學(xué)腐蝕以及電化學(xué)腐蝕速率以及菌藻數(shù)量保持在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-2007)要求范圍內(nèi)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)的直流電解處理工藝，是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

在閉式循環(huán)水系統(tǒng)的集水器處以旁路方式設(shè)置直流電解處理系統(tǒng)，所述直流電解處理系統(tǒng)包括直流電解設(shè)備及直流電解設(shè)備供料泵，通過直流電解設(shè)備對(duì)閉式循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行除垢、緩蝕和殺菌滅藻，由直流電解設(shè)備供料泵提供循環(huán)動(dòng)力，設(shè)置循環(huán)比例為循環(huán)水量的1％～5％；

上述直流電解處理設(shè)備由兩部分電解反應(yīng)器組成，首先循環(huán)水通過直流電解設(shè)備供料泵進(jìn)入第一部分電解反應(yīng)器，第一部分電解反應(yīng)器處理后的循環(huán)水再進(jìn)入第二部分電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器對(duì)于循環(huán)水進(jìn)行二次除垢處理；

所述第一部分電解反應(yīng)器為鋅、鋁或鋅鋁合金為陽極板的電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過直流電解生成的鋅離子、鋁離子與閉式循環(huán)水系統(tǒng)中的換熱機(jī)組以及管道金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)沉淀，在金屬表面生成保護(hù)膜，阻止金屬腐蝕過程的進(jìn)一步反應(yīng)，該過程為活潑金屬直流電解和主動(dòng)沉積被膜過程。

第二部分電解反應(yīng)器為殺菌滅藻電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用以釕銥涂層鈦電極作為催化陽極進(jìn)行沖擊性直流電解，在具有催化活性的陽極表面生成活性氧、活性氯強(qiáng)氧化性物質(zhì)，可有效殺滅細(xì)菌和藻類，同時(shí)直流電場(chǎng)也可以通過改變細(xì)胞質(zhì)電性或擊穿細(xì)胞膜實(shí)現(xiàn)殺菌滅藻，該過程為沖擊性直流電解殺菌滅藻過程。

進(jìn)一步地，所述第一部分電解反應(yīng)器電流密度為10-50A/m²；

進(jìn)一步地，所述第二部分電解反應(yīng)器電流密度為200-600A/m²。

一種如上述用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)的直流電解處理工藝中所用的直流電解設(shè)備，包括閉式循環(huán)水系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括閉式循環(huán)水泵，換熱機(jī)組，分水器，終端設(shè)備及集水器依次連接，另外還設(shè)有補(bǔ)水箱，與所述集水器連接，所述閉式循環(huán)水系統(tǒng)上還設(shè)置直流電解處理系統(tǒng)，所述直流電解處理系統(tǒng)設(shè)置在所述集水器處，包括直流電解設(shè)備供料泵及直流電解設(shè)備；

所述直流電解設(shè)備包括第一部分電解反應(yīng)器及第二部分電解反應(yīng)器，兩部分電解反應(yīng)器串聯(lián)連接，所述直流電解設(shè)備供料泵與第一部分電解反應(yīng)器連接，其中第一部分電解反應(yīng)器以鋅、鋁或鋅鋁合金為陽極板，第二部分反應(yīng)器為殺菌滅藻電解反應(yīng)器，使用釕銥涂層鈦電極作為催化陽極。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：

(1)活潑金屬直流電解和主動(dòng)沉積被膜工藝形成的保護(hù)膜可有效控制閉式系統(tǒng)換熱器和管道的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕速率保持在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。

(2)沖擊性直流電解殺菌滅藻工藝具有廣譜、高效和持久等優(yōu)勢(shì)，可有效控制閉式系統(tǒng)菌藻數(shù)量保持在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。

(3)閉式系統(tǒng)水損失率低，電解產(chǎn)生的活潑金屬離子損失量極少，一次電解后可長(zhǎng)期維持被膜濃度要求，不需要持續(xù)電解，因此能耗、極板消耗少，運(yùn)行成本極低。

(4)閉式系統(tǒng)與外界接觸少，菌藻滋生繁殖速度慢，只需要定期短時(shí)間沖擊性電解殺菌滅藻就可以控制菌藻滋生問題，并且不存在極板消耗，因此能耗和運(yùn)行成本極低。

(5)直流電解處理工藝避免使用各種化學(xué)藥劑，并且不需要排污，因此環(huán)境友好。

(6)直流電解處理工藝及設(shè)備完全自動(dòng)控制運(yùn)行，無須人員值守，并且可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間免維護(hù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中零部件及編號(hào)：

R1-閉式循環(huán)水系統(tǒng)，1-閉式循環(huán)水泵，2-換熱機(jī)組，3-分水器，4-終端設(shè)備，5-集水器，6-補(bǔ)水箱，R2-直流電解處理系統(tǒng)，7-直流電解設(shè)備供料泵8-直流電解設(shè)備。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明針對(duì)閉式循環(huán)水系統(tǒng)的腐蝕和菌藻滋生問題，發(fā)明了一種直流電解處理工藝，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法的不足，本發(fā)明工藝具體內(nèi)容包括下列兩個(gè)方面：

(1)活潑金屬直流電解和主動(dòng)沉積被膜；

(2)沖擊性直流電解殺菌滅藻。

上述直流電解處理工藝，具體實(shí)施方式如下：

在閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1的集水器5處以旁路方式設(shè)置直流電解處理系統(tǒng)R2，包括直流電解設(shè)備8及直流電解設(shè)備供料泵7，通過直流電解設(shè)備8對(duì)閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1進(jìn)行除垢、緩蝕和殺菌滅藻，由直流電解設(shè)備供料泵7提供循環(huán)動(dòng)力，設(shè)置循環(huán)比例為循環(huán)水量的1％～5％；

上述直流電解處理設(shè)備由兩部分電解反應(yīng)器組成，首先循環(huán)水通過直流電解設(shè)備供料泵7進(jìn)入第一部分電解反應(yīng)器，第一部分電解反應(yīng)器處理后的循環(huán)水再進(jìn)入第二部分電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器對(duì)于循環(huán)水進(jìn)行二次除垢處理；

第一部分電解反應(yīng)器為鋅、鋁或鋅鋁合金為陽極板的電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器通過直流電解生成的鋅離子、鋁離子與閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1中的換熱機(jī)組2以及管道金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)沉淀，在金屬表面生成保護(hù)膜，阻止金屬腐蝕過程的進(jìn)一步反應(yīng)，其中：

設(shè)置第一部分電解反應(yīng)器電流密度為10-50A/m²，以鋅、鋁或鋅鋁合金為陽極進(jìn)行電解反應(yīng)，產(chǎn)生鋅離子、鋁離子，其反應(yīng)過程如下：

鋅電解陽極反應(yīng)：

鋁電解陽極反應(yīng)：

直流電解生成的鋅離子、鋁離子能與換熱機(jī)組2以及管道金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)沉淀，在管道金屬表面生成保護(hù)膜，這樣能夠阻止管道金屬腐蝕過程的進(jìn)一步反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理如下：

腐蝕陽極反應(yīng)：

腐蝕陰極反應(yīng)：

成膜沉淀反應(yīng)：或

鋅離子、鋁離子形成沉淀的過程為主動(dòng)沉積被膜過程，所形成的被膜能起到陰極保護(hù)作用，可以有效防止各類化學(xué)腐蝕。

第二部分電解反應(yīng)器為殺菌滅藻電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器采用釕銥涂層鈦電極作為催化陽極，在電解過程中析出活性氯、活性氧及自由基，有效殺滅循環(huán)冷卻水中的細(xì)菌和藻類，其反應(yīng)過程如下：

第二部分電解反應(yīng)器電流密度為200-600A/m²，

陽極析氯：2Cl^-+2e→Cl₂

氧自由基：H₂O+e→H₂O·

上述用于閉式循環(huán)水系統(tǒng)的直流電解處理工藝中所用的直流電解設(shè)備，主要處理閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)R1的水質(zhì)，包括閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1，所述閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1包括閉式循環(huán)水泵1，換熱機(jī)組2，分水器3，終端設(shè)備4及集水器5依次連接，另外還設(shè)有補(bǔ)水箱6，與所述集水器5連接，所述閉式循環(huán)水系統(tǒng)R1上還設(shè)置直流電解處理系統(tǒng)R2，所述直流電解處理系統(tǒng)R2以旁路方式設(shè)置在所述集水器5處，包括直流電解設(shè)備供料泵7及直流電解設(shè)備8；

對(duì)于閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)R1來說，低溫循環(huán)水從集水器5進(jìn)入換熱機(jī)組2進(jìn)行熱交換，提升循環(huán)水溫度，循環(huán)水再由分水器3進(jìn)入終端設(shè)備4進(jìn)行再次熱交換，從終端設(shè)備4出來的冷卻水溫度相對(duì)較低，這些冷卻水最終進(jìn)入集水器5，這是一個(gè)循環(huán)水循環(huán)過程，反復(fù)循環(huán)保證換熱機(jī)組2以及終端設(shè)備4的正常使用，而整個(gè)過程的水分損失主要由補(bǔ)水箱6進(jìn)行補(bǔ)充。閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)R1長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，尤其水分蒸發(fā)效應(yīng)使得循環(huán)水中鈣鎂離子含量不斷濃縮增加，如其濃縮達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)導(dǎo)致鈣鎂離子過飽和析出，如這些析出垢體與空氣中塵土以及微生物混合，常導(dǎo)致?lián)Q熱機(jī)組2、終端設(shè)備4以及其他設(shè)備管道等位置出現(xiàn)堵塞、腐蝕等問題。

直流電解處理系統(tǒng)R2主要以旁路方式與閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)R1進(jìn)行連接，直流電解處理設(shè)備8主要包括第一部分電解反應(yīng)器以及第二部分電解反應(yīng)器，兩部分電解反應(yīng)器串聯(lián)連接，所述直流電解設(shè)備供料泵與第一部分電解反應(yīng)器連接，其中第一部分電解反應(yīng)器以鋅、鋁或鋅鋁合金為陽極板，并基于通過直流電解生成的鋅離子、鋁離子能與金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)沉淀，在金屬表面生成保護(hù)膜，阻止金屬腐蝕過程的進(jìn)一步反應(yīng)。第二部分電解反應(yīng)器為殺菌滅藻電解反應(yīng)器，其使用釕銥涂層鈦電極作為催化陽極，在電解過程中析出活性氯、活性氧、自由基等物質(zhì)，有效殺滅循環(huán)冷卻水中的細(xì)菌和藻類，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)保持很低的菌藻濃度，防止系統(tǒng)發(fā)生粘泥堵塞和微生物結(jié)垢及腐蝕。

當(dāng)直流電解處理系統(tǒng)R2工作時(shí)，首先循環(huán)水通過直流電解設(shè)備供料泵7進(jìn)入第一部分電解反應(yīng)器，此時(shí)第一部分反應(yīng)器電源開啟進(jìn)行電解反應(yīng)，其中陰極板表面附著一定厚度的垢體，而陽極板直流電解生成的鋅離子、鋁離子能與換熱機(jī)組2以及管道金屬腐蝕過程中產(chǎn)生的氫氧根離子反應(yīng)沉淀，在管道金屬表面生成保護(hù)膜。

第一部分電解反應(yīng)器處理后的循環(huán)水再進(jìn)入第二部分電解反應(yīng)器，該反應(yīng)器對(duì)于循環(huán)水進(jìn)行二次除垢處理，并且將釕銥涂層鈦電極為陽極進(jìn)行大電流、短時(shí)間沖擊性直流電解，在具有催化活性的陽極表面生成活性氧(氧自由基)、活性氯等強(qiáng)氧化性物質(zhì)，可有效殺滅細(xì)菌和藻類，同時(shí)直流電場(chǎng)也可以通過改變細(xì)胞質(zhì)電性或擊穿細(xì)胞膜實(shí)現(xiàn)殺菌滅藻。這樣不僅保證電解除垢設(shè)備對(duì)于循環(huán)水處理效果，尤其能夠降低循環(huán)水菌藻含量。

實(shí)施例1

將本發(fā)明的直流電解處理設(shè)備應(yīng)用在沈陽東藥集團(tuán)207廠空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，設(shè)備參數(shù)設(shè)置為第一部分電解反應(yīng)器電流密度為10A/m²，第二部分電解反應(yīng)器電流密度為200A/m²處理空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，運(yùn)行6個(gè)月，L.S.I數(shù)值范圍為0～0.7，R.S.I數(shù)值范圍為6～6.5，并且菌藻總數(shù)低于10²個(gè)/mL。試驗(yàn)結(jié)果證明本發(fā)明工藝及設(shè)備可有效控制密閉式系統(tǒng)換熱器和管道腐蝕速率以及菌藻數(shù)量保持在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-2007)要求范圍內(nèi)。

實(shí)施例2

將本發(fā)明的直流電解處理設(shè)備應(yīng)用在沈陽東藥集團(tuán)207廠空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，未使用本發(fā)明設(shè)備前，L.S.I數(shù)值范圍為2.2～3.4，R.S.I數(shù)值范圍為3.1～4.5，并且菌藻總數(shù)基本為10⁶個(gè)/mL。使用本設(shè)備，設(shè)備參數(shù)設(shè)置為第一部分電解反應(yīng)器電流密度為10A/m²，第二部分電解反應(yīng)器電流密度為200A/m²處理空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，運(yùn)行6個(gè)月，L.S.I數(shù)值范圍為0～0.7，R.S.I數(shù)值范圍為5.5～6，并且菌藻總數(shù)低于10²個(gè)/mL。試驗(yàn)結(jié)果證明本發(fā)明工藝及設(shè)備可有效控制密閉式系統(tǒng)換熱器和管道腐蝕速率以及菌藻數(shù)量保持在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-2007)要求范圍內(nèi)。

實(shí)施例3

對(duì)于沈陽風(fēng)動(dòng)空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，未使用本設(shè)備處理，其L.S.I數(shù)值范圍為1.2～2.4，R.S.I數(shù)值范圍為4.1～5.5，并且菌藻總數(shù)基本為10⁵個(gè)/mL。使用本發(fā)明直流電解處理設(shè)備后，設(shè)備參數(shù)設(shè)置為第一部分電解反應(yīng)器電流密度為50A/m²，第二部分電解反應(yīng)器電流密度為200A/m²處理空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)，運(yùn)行4個(gè)月，L.S.I數(shù)值范圍為0～0.4，R.S.I數(shù)值范圍為5.6～6.3，并且菌藻總數(shù)低于10³個(gè)/mL。試驗(yàn)結(jié)果證明本發(fā)明工藝及設(shè)備可有效控制密閉式系統(tǒng)換熱器和管道腐蝕速率以及菌藻數(shù)量保持在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50050-2007)要求范圍內(nèi)。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。