本發(fā)明屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電化學(xué)阻垢方法。

背景技術(shù)：

利用電化學(xué)技術(shù)來進(jìn)行除垢處理已經(jīng)早有文獻(xiàn)(Desalination,2006,201:150；Desalination,2008,230:329；Desalination,2016,381:8；西安交通大學(xué)學(xué)報,2009,43(5):104；西安交通大學(xué)學(xué)報,2013,47(7):47)、專利公開(CN105523611A、CN105668713A)報道，并已經(jīng)在工程實(shí)踐中得到一定程度的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的化學(xué)加藥方法以及現(xiàn)在研究較多的磁化技術(shù)、電磁技術(shù)及超聲波技術(shù)，電化學(xué)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于能夠?qū)⑺械某晒鸽x子以水垢沉積的方式從水體中析出，屬于一種典型的主動式除垢阻垢技術(shù)。但是，由于水垢需要在陰極區(qū)域析出并沉積在陰極板上，因此在其余的因素得以優(yōu)化的前提下，可利用的陰極面積將成為影響水垢析出的關(guān)鍵因素。

為提高電化學(xué)除垢技術(shù)的處理效率，中國專利公開第CN105621538A、CN105523611A、CN105668713A及CN105565438A號對電化學(xué)除垢設(shè)備進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其創(chuàng)新出發(fā)點(diǎn)即在于充分優(yōu)化電化學(xué)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)，盡最大可能的擴(kuò)大可利用陰極面積，以利于水垢在陰極的析出，提高設(shè)備的處理效率與處理能力。

為打破陰極面積大小的限值因素，文獻(xiàn)(Desalination,2010,263:285；Journal of Membrance Science,2013,445:88)提出一種新的處理思路，即利用離子交換膜將電化學(xué)反應(yīng)器分隔為陽極室與陰極室，當(dāng)待處理的水流經(jīng)陰極室后，將其引入電化學(xué)反應(yīng)器外部設(shè)置的結(jié)晶器內(nèi)，以相應(yīng)的技術(shù)控制水體中的水垢結(jié)晶析出，由此能夠減弱由于陰極面積大小所造成的水垢析出的限制情形。然而，該技術(shù)引入體積龐大的外部結(jié)晶器，既增加了設(shè)備面積，又增加了設(shè)備造價，給工程實(shí)踐帶來很大困擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)阻垢方法，以解決上述技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種電化學(xué)阻垢方法，包括：1)、將電解槽通過隔膜分為陽極室與陰極室，陽極與陰極分別置于陽極室與陰極室中；2)、讓待處理的水體經(jīng)陽極室入口流經(jīng)陽極室：在通電后，在陽極室內(nèi)成為酸性區(qū)域；利用陽極產(chǎn)生的酸度將流經(jīng)陽極室的水體中的堿度降低或去除，然后從陽極室出口流出；在陰極室，使用導(dǎo)電液體進(jìn)行循環(huán)流動。

進(jìn)一步的，陽極室內(nèi)酸性區(qū)域的pH值小于等于5。

進(jìn)一步的，陽極室與陰極室內(nèi)的液體不混流。

進(jìn)一步的，陰極室中導(dǎo)電流體為無硬度的水體。

進(jìn)一步的，陰極室中導(dǎo)電流體為待處理的水體，陰極室出口后端連接外部結(jié)晶器。

進(jìn)一步的，所采用的陽極為碳電極、貴金屬電極或金屬氧化物電極；陰極為不銹鋼、鑄鐵、石墨、鋁或銅；隔膜為陰離子交換膜、陽離子交換膜或雙極膜。

進(jìn)一步的，使用單個電解槽對待處理的水體進(jìn)行處理。

進(jìn)一步的，使用若干陽極區(qū)串聯(lián)或者陽極區(qū)并聯(lián)的電解槽對待處理的水體進(jìn)行處理。

進(jìn)一步的，將若干電解槽陽極區(qū)串聯(lián)形成一個處理系統(tǒng)，采用若干處理系統(tǒng)并聯(lián)對待處理的水體進(jìn)行處理。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明所提出的電化學(xué)阻垢方法是在充分理解陽極及其所產(chǎn)生的高酸度區(qū)域在除垢阻垢過程中的作用的基礎(chǔ)上提出的，與現(xiàn)有利用陰極高堿度區(qū)域除垢的電化學(xué)除垢技術(shù)相比，具有絕對的理論創(chuàng)新性。另外，電化學(xué)阻垢方法也屬于主動式技術(shù)，只是其針對的對象由傳統(tǒng)電化學(xué)方法的成垢離子變?yōu)閴A度離子。此外，由于電化學(xué)阻垢技術(shù)是針對待處理水體中的堿度來進(jìn)行處理，在處理過程中沒有水垢析出，因此不會像傳統(tǒng)的電化學(xué)除垢技術(shù)那樣，需要設(shè)計(jì)大量的部件或裝置來完成陰極上水垢的刮除及外排，由此能夠極大的簡化設(shè)備設(shè)計(jì)，減少人工干預(yù)。

附圖說明

圖1為電解過程中，陰陽兩級之間溶液pH值的分布示意圖；

圖2為碳酸化合態(tài)分布圖；

圖3為帶隔膜的雙室電解槽示意圖；

圖4為串聯(lián)狀態(tài)下的電化學(xué)處理系統(tǒng)示意圖；

圖5為并聯(lián)狀態(tài)下的電化學(xué)處理系統(tǒng)示意圖；

圖6為復(fù)合狀態(tài)下的電化學(xué)處理系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)方案都是基于水垢在陰極析出的基本原理。現(xiàn)在的文獻(xiàn)報道及專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員對電化學(xué)除垢技術(shù)原理的認(rèn)識，也都局限于成垢離子在陰極區(qū)域與堿度的結(jié)合后形成水垢析出，進(jìn)而使得水中硬度下降而無法在換熱設(shè)備表面結(jié)垢。

當(dāng)電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生時，對應(yīng)于陰極的高pH值區(qū)域，陽極附近則是低pH值區(qū)域，如附圖1所示；圖1為采用pH微電極測試得到的結(jié)果；所用陽極為鈦基體二氧化鉛電極，所用陰極為銅電極，陰陽兩極間距為4cm；所用電解液為高氯酸鈉溶液，濃度為0.1M；所用電流密度為2mA·cm^-2；由于電極表面產(chǎn)生的氣泡很容易損傷pH微電極，因此測試終止于接近電極表面2mm處。由于電場的存在，使得流經(jīng)電場的水體中的鈣鎂離子會向陰極區(qū)域附近進(jìn)行定向遷移，進(jìn)而通過成垢反應(yīng)而在陰極板上析出；同理，水體中的堿度離子(碳酸氫根)也會由于電場的作用而向陽極區(qū)域進(jìn)行定向遷移。根據(jù)附圖1所示，陽極區(qū)附近的pH值已經(jīng)下降到2以下；結(jié)合碳酸平衡過程(如附圖2所示(數(shù)據(jù)來源：《環(huán)境化學(xué)(第二版)》，戴樹桂主編，高等教育出版社，P153))，當(dāng)pH值小于等于5以下時，碳酸氫根即會大量轉(zhuǎn)化為二氧化碳(或是游離態(tài)的碳酸)。由此，可知陽極表面及其附近的區(qū)域所存在的高酸性區(qū)域會使得流經(jīng)的水體中的堿度離子被大量消耗。由上述敘述可知，對于電化學(xué)除垢阻垢技術(shù)而言，其原理是雙方面的：在陰極區(qū)域，由于成垢離子在高堿度的環(huán)境下析出成為水垢，導(dǎo)致水體中的成垢離子濃度降低，使得水體結(jié)垢趨勢減弱，這一部分的功能被稱為“除垢”，即將水體中的成垢離子除去；在陽極區(qū)域，由于堿度離子在高酸度的環(huán)境下形成二氧化碳，造成水體中的堿度離子濃度降低，也會使得水體結(jié)垢趨勢減弱，這一部分的功能被稱為“阻垢”，即只是通過減少堿度而阻止水垢析出，而并非將水垢去除掉。這兩者配合才使得電化學(xué)除垢阻垢技術(shù)對控制水垢有較好的效果。

本發(fā)明提出一種電化學(xué)阻垢方法，利用陽極的高酸度區(qū)域來減少(甚至去除)水體中的堿度，使得被處理水體變?yōu)楦哂捕鹊蛪A度水體(甚至高硬度無堿度水體)，進(jìn)而達(dá)成阻垢的目的。

本發(fā)明一種電化學(xué)阻垢方法，包括以下步驟：

(1)將電解槽通過隔膜3分為陽極室與陰極室，陽極10與陰極20分別置于陽極室與陰極室中，如附圖3所示；

(2)讓待處理的水體經(jīng)陽極室入口11流經(jīng)陽極室：在通電后，在陽極室內(nèi)會成為高酸度區(qū)域；利用陽極產(chǎn)生的高酸度將流經(jīng)陽極室的水體中的堿度去除，使得出水變?yōu)楦哂捕鹊蛪A度水體(甚至高硬度無堿度水體)從陽極室出口12流出，這樣能夠使得水體的結(jié)垢趨勢減弱(甚至消失)；

(3)在陰極室，則可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的液體進(jìn)行循環(huán)流動。如果選擇將待處理的水體從陰極室入口21流經(jīng)陰極室，從陰極室出口22流出，則會出現(xiàn)水垢析出的情況，需要在陰極室出口22后端接水垢處理部分。如果選擇無硬度的水體在陰極區(qū)進(jìn)行循環(huán)流動，則陰極室的作用僅僅在于完成導(dǎo)電作用，無水垢會析出；此時，所用的循環(huán)液體可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。

本發(fā)明中，陰陽兩室內(nèi)的液體不混流。

本發(fā)明中，所采用的陽極為適合于電化學(xué)水處理的陽極，包括但不限于：碳電極(石墨電極、摻硼金剛石電極等)、貴金屬電極及金屬氧化物電極(尤其是鈦基體系列的金屬氧化物電極)等。

本發(fā)明中，所采用的陰極為適合于電化學(xué)水處理的陰極，包括但不限于：不銹鋼、鑄鐵、石墨、鋁、銅等。

本發(fā)明中，所采用的隔膜為可以將陽極室與陰極室分割開的隔膜，包括但不限于：陰離子交換膜、陽離子交換膜、雙極膜等。

本發(fā)明中，所采用的電解槽供電方式包括但不限于：直流恒壓供電、直流恒流供電、直流脈沖供電等。

本發(fā)明中，涉及到的反應(yīng)器尺寸設(shè)計(jì)及配套的電極尺寸與隔膜尺寸等具體問題，可以根據(jù)所針對的處理對象進(jìn)行優(yōu)化。

本發(fā)明中，在運(yùn)行過程中涉及到的電化學(xué)參數(shù)(如電流密度)、水流速度、水力停留時間等，可以根據(jù)不同水質(zhì)條件進(jìn)行優(yōu)化。

實(shí)施例1：單純的電化學(xué)阻垢技術(shù)運(yùn)行狀態(tài)：以附圖3所示的單個雙室電解槽為例，待處理的水由陽極室入口11進(jìn)入陽極室，在陽極室中停留一段時間后，由陽極室出口12離開陽極室。在正常的處理過程中，電解槽通電運(yùn)行后，陽極室內(nèi)由于陽極表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而呈現(xiàn)高酸度；流經(jīng)水體中的堿度離子會與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成二氧化碳?xì)怏w或是游離態(tài)碳酸，從而使得離開陽極室的水體中的堿度離子減少(甚至消失)。在陰極室當(dāng)中，可以設(shè)置無害水體(高導(dǎo)電率、無成垢離子)循環(huán)處理，保證整個電解槽處于導(dǎo)電狀態(tài)，以利于電化學(xué)反應(yīng)過程的順利進(jìn)行。如此設(shè)計(jì)，可以保證被處理水體在換熱器上結(jié)垢的趨勢減弱(甚至消失)，同時又不存在需要處理大量水垢固體的麻煩。

實(shí)施例2：電化學(xué)阻垢與電化學(xué)除垢并行運(yùn)行狀態(tài)：以附圖3所示的單個雙室電解槽為例，待處理的水由陽極室入口11進(jìn)入陽極室，在陽極室中停留一段時間后，由陽極室出口12離開陽極室。在正常的處理過程中，電解槽通電運(yùn)行后，陽極室內(nèi)由于陽極表面發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)而呈現(xiàn)高酸度；流經(jīng)水體中的堿度離子會與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成二氧化碳?xì)怏w或是游離態(tài)碳酸，從而使得離開陽極室的水體中的堿度離子減少(甚至消失)。陰極室當(dāng)中也進(jìn)行待處理水體的循環(huán)，但是兩室之間的循環(huán)水體沒有交叉。這樣使得陰極的除水垢功能也得以利用，但是因?yàn)橛兴腹腆w析出，在陽極室出口設(shè)置相應(yīng)的后處理裝備，進(jìn)行水垢的及時清除，保證整個電解槽處于導(dǎo)電狀態(tài)，以利于電化學(xué)反應(yīng)過程的順利進(jìn)行。如此設(shè)計(jì)，可以使得電化學(xué)裝置對于硬度和堿度的去除能力加倍，除垢阻垢效果更好。

實(shí)施例3：為保證處理效果，可以選擇將多個處理單元的陽極區(qū)串聯(lián)，即一個陽極區(qū)的出水再進(jìn)另外一個陽極室的進(jìn)水，如此依次串聯(lián)下去，使得水體得到充分的處理，保證其中的堿度被徹底去除掉，而完全沒有結(jié)垢趨勢。連接方式如附圖4所示。串聯(lián)的處理單元數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際需要來確定，附圖4所示的五組處理單元串聯(lián)僅僅是一種實(shí)例。

實(shí)施例4：為保證處理水量，可以選擇將多個處理單元并聯(lián)，即同一管路的水流可以分成若干份，分別經(jīng)由相應(yīng)的處理單元處理后，再匯集成同一管路，保證處理水量。連接方式如附圖5所示。并聯(lián)的處理單元數(shù)目可以根據(jù)實(shí)際需要來確定，附圖5所示的八組處理單元并聯(lián)僅僅是一種實(shí)例。

實(shí)施例5：為同時保證處理效果及處理水量，可以選擇復(fù)合連接方式，即將多個處理單元串聯(lián)形成一個處理集團(tuán)，而后將若干個處理集團(tuán)并聯(lián)形成一個完整的處理體，能夠保證流經(jīng)的水體得到足夠的處理，并且處理水量也能夠滿足要求。連接方式如附圖5所示。復(fù)合連接方式的組合方式、處理單元數(shù)目等可以根據(jù)實(shí)際需要來確定，附圖5所示的五組串聯(lián)后再六組并聯(lián)僅僅是一種實(shí)例。

實(shí)施例6：為進(jìn)一步提高處理效果，上述串聯(lián)方式、并聯(lián)方式及復(fù)合連接方式中，均可以將陰極室的除垢功能也加以利用，只是在設(shè)備設(shè)計(jì)時需要考慮設(shè)置相應(yīng)的后處理過程，保證水垢的及時清除，保證整個電解槽處于導(dǎo)電狀態(tài)，以利于電化學(xué)反應(yīng)過程的順利進(jìn)行。