一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，通过调控介质流速、介质化学组成、阴极电流密度、反应器中电极形状、表面状态及电极排布实现。本发明专利技术方法适用于钙硬度≥200mg/L、碳酸盐碱度≥75mg/L、pH≥6.5，含油量≤20ppm、温度≤60℃、不含或含有无机或有机阻垢剂的工业及生活用水的软化处理。垢层沉积方法的电流密度≥10A/m2、介质流速≤0.03m/s，反应器中阳极围绕阴极均匀分布，阴极表面电流密度均≥10A/m2，且阴极为板状或直丝状导电材料，表面平滑。本发明专利技术通过有效调控电极表面沉积垢层所需条件，提升垢层疏松度，以此降低垢层清理难度，并提升电流效率，改善设备除硬性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法


[0001]本专利技术涉及电化学除硬
，特别涉及一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法。

技术介绍

[0002]电化学水质软化技术作为一种环保型的水处理技术，其原理主要是通过阴极/水界面水分子的还原反应生成的碱性环境，促使钙、镁离子以碳酸盐或者氢氧化物形式在其阴极壁面沉积，然后通过物理或者化学手段(专利公开CN 213558901 U)定期将阴极壁面垢层清理掉，消除垢层产生的电压降，恢复电极除硬活性。相比传统的化学法软化，该技术能在一定程度上省去预调碱、后加酸回调pH值过程、无需或尽可能少地向水体中引入新的离子、废渣量少、占地空间小、操作灵活、便于自动化控制等优势。而且，与传统的化学加药法、电磁技术、超声波防垢技术相比，该技术的优点在于能够将水中的成垢离子沉积取出，以此提升水的使用率，实现节水之目的。
[0003]基于上述优势，该技术多年来受到国内外水处理从业者广泛关注。早在上世纪80年代，国外开始出现相关研究报道(CRWR 186,Austin(1982))，随后德国、以色列等国学者开始将该技术用于工业用水的软化研究(Chemical Engineering&Technology:Industrial Chemistry
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Plant Equipment
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Process Engineering
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Biotechnology,1999,22(7):583
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587；Desalination,2008,230(1
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3):329
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342；Journal of membrane science,2013,445:88
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95；Desalination and Water Treatment,2016,57(48
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49):23147
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23161)。2002年，该技术被引入国内，相关文献及专利报道逐年增加(西安交通大学学报,2009,43(5):104；Separation and Purification Technology2018,191:216
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224；专利公开CN105523611A、CN106277369 B、CN204198498U、CN110615507 B、CN213558901 U、CN208594102U、CN204198498 U、CN 107235564 B)。目前该技术已在国内一些循环水场得到应用，但该技术仍存在电极表面垢层清理难度大、电流效率偏低等问题。尤其在含阻垢剂的水质中，阴极表面形成的垢层往往较为坚硬，对刮垢部件强度及设计要求较高，且设备电流效率往往低于10％，这极大限制了该类型技术装备的推广应用。针对阴极表面垢层清理，目前技术人员开发了各种形式的刮刀或者刮垢工艺(专利公开CN205838630U、CN106745832A、CN112191634A、CN214184442U、CN106958946A、CN204897543U、CN105923709A)，尽管如此，清垢对刮刀和电极的损伤仍是限制其规模化应用的关键难题之一。因此，对电化学除硬技术来讲，如何降低电极表面垢层清理难度，并提升反应器电流效率，仍亟需进一步改进现有电化学除硬工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术为了解决电化学除硬过程中垢层硬、难清理、电流效率偏低的问题，提供了一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法。
[0005]本专利技术是采用以下技术方案得有实现的。
[0006]一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，所述疏松垢层沉积方法通过调控介质流速、介质化学组成、阴极电流密度、反应器中电极形状、表面状态及电极排布实现。通过控制上述参数提升了阴极表面垢层的疏松程度，便于垢层快速清除，从而恢复电极除硬活性。
[0007]进一步的，所述垢层沉积方法适用于钙硬度≥200mg/L(以碳酸钙计，下同)、碳酸盐碱度≥75mg/L(以碳酸钙计，下同)、pH≥6.5、含油量≤20ppm、温度≤60℃、不含或含有满足阻垢要求剂量的无机或有机阻垢剂的工业及生活用水的软化处理。
[0008]优选的，所述垢层沉积方法适用于含阻垢剂的水体，包括无机阻垢剂和有机阻垢剂；所述有机阻垢剂包括羧酸类聚合物、磺酸类聚合物、含磷聚合物有机阻垢剂的单剂或几种阻垢剂的复配体系。
[0009]进一步的，在满足碳酸盐碱度≥75mg/L、pH≥6.5基础上在向进水中补加碱性金属氢氧化物或其碳酸盐，提升pH或碳酸盐碱度，能够进一步增加阴极表面沉积垢层疏松程度。
[0010]进一步的，阴极电流密度≥10A/m2、介质流速≤0.03m/s。在此参数范围内提升电流密度或降低流速均能增大阴极表面垢层疏松程度。
[0011]进一步的，反应器中阴极为板状或直丝状导电材料，表面平滑。
[0012]进一步的，反应器中阴阳极排布原则：阳极围绕阴极均匀分布，阴极表面各区域电流密度均≥10A/m2。
[0013]进一步的，所述垢层沉积方法反应器出水钙硬度控制≥200mg/L、碳酸盐碱度控制≥75mg/L、pH≥6.5反应器设计规模和软化工艺需按此原则进行设计。
[0014]本申请具有以下有益效果。
[0015]本专利技术通过反应器设计、调控电化学参数及水力学参数，提升了电化学除硬过程中阴极表面垢层疏松程度，降低了垢层清理难度，且进一步提升了电化学除硬电流效率，改善了设备除硬性能。
附图说明
[0016]图1是本专利技术电流密度对阴极垢层形态的影响图；
[0017]图2是本专利技术电流密度对阴极垢层清除率的影响图；
[0018]图3是本专利技术流速对阴极垢层形态的影响图；
[0019]图4是本专利技术流速对阴极垢层清除率的影响图；
[0020]图5是本专利技术调控电流密度对阴极垢层清除率(a)和电流效率(b)的影响图；
[0021]图6是本专利技术流速为0.01m/s(a)和0.002m/s(b)条件下阴极垢层形态图；
[0022]图7是本专利技术不同碳酸氢钠浓度下阴极垢层形态图；
[0023]图8是本专利技术碳酸氢钠浓度对阴极垢层清除率的影响图。
具体实施方式
[0024]下面结合实施例对本专利技术进行进一步的说明。
[0025]实施例1
[0026]某煤化工企业循环冷却水水水质物化参数见表1所示。针对该水质进行动态电化学软化试验，电化学反应器主要结构参数见表2所示，电化学参数和水力学参数对电极表面垢层的形态及清垢率影响见图1到图5所示。
[0027]表1某煤化工企业循环冷却水水质物化参数
[0028][0029]表2电化学软化反应器设计参数
[0030][0031][0032]实验结果表明，固定流速在0.02m/s，提升阴极电流密度，当电流密度大于70A/m2时，电极表面垢层明显变疏松(图1)，且对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，其特征在于：所述疏松垢层沉积方法通过调控介质流速、介质化学组成、阴极电流密度、反应器中电极形状、表面状态及电极排布实现。2.根据权利要求1所述的一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，其特征在于：所述垢层沉积方法适用于钙硬度≥200mg/L、碳酸盐碱度≥75mg/L、pH≥6.5、含油量≤20ppm、温度≤60℃、不含或含有满足阻垢要求剂量的无机或有机阻垢剂的工业及生活用水的软化处理。3.根据权利要求2所述的一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，其特征在于：所述垢层沉积方法适用于含阻垢剂的水体，包括无机阻垢剂和有机阻垢剂；所述有机阻垢剂包括羧酸类聚合物、磺酸类聚合物、含磷聚合物有机阻垢剂的单剂或几种阻垢剂的复配体系。4.根据权利要求1所述的一种用于电化学除硬的疏松垢层沉积方法，其特征在于：在碳酸盐碱度≥75m...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱田震，纪巍，何爱珍，于德泽，姚光源，张迪彦，陶蕾，王萌，滕厚开，衣龙欣，秦立娟，赵新星，王宁，
申请(专利权)人：中海油天津化工研究设计院有限公司中海油能源发展股份有限公司，
类型：发明
国别省市：