一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统及方法

技术领域

本发明属于热网循环水处理技术领域，涉及一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统及方法。

背景技术

当前我国经济增长形式向好，国民经济得到了极大的发展，居民生活水平不断提升，对我国北方地区而言，集中供暖是一项非常重要的民生工程，直接关系到居民的生活质量。所谓集中供暖就是通过供热管道的输送，以水或水蒸气为介质将热量送入居民家中，从而取代传统个人取暖方式实现集中供暖。通常情况下最终将热量输送至居民家中的介质是水。

供热管网系统属于工业生产中一个较为特殊的系统，其水温较高，容易出现结垢、腐蚀等问题。根据现行标准CJJ34-2010《城市供热管网设计规范》以及GB/T 12145-2016《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准》，以热电厂和区域锅炉房为热源的热水热力网，其中的补给水硬度不应超过0.60mmol/L。但我国地域广袤、幅员辽阔，供热管网系统通常较为庞大，若完全采用标准规范中的水质，需要将电厂的一级反渗透出水或一级除盐水用作热网循环水补水，大部分电厂、供热公司均难以负担其制水成本。因此目前大部分供暖水都直接采用自来水、循环水甚至是中水等未经软化处理的原水，这种情况下供热管网系统水侧的结垢、腐蚀问题就会更加严重，结垢会导致供热系统效率降低，甚至出现堵塞现象。

对某供热管网系统换热管中的垢样进行分析，结果显示其主要成分为钙镁垢和铁的腐蚀产物，其中钙镁垢占比83％，铁的腐蚀产物占比17％。该供热管网系统的热网循环水的硬度达到4mmol/L以上，且存在大量悬浮状铁的腐蚀产物，浊度为110～150NTU，铁含量为4～7mg/L。由于该热网循环水的硬度较高，运行过程中容易在温度较高的热网加热器内部发生结垢现象，循环水中大量的铁腐蚀产物和水垢结合在一起，导致结垢情况逐步恶化，最终将热网加热器的换热管堵死。

为解决供热管网系统的结垢、腐蚀问题，部分电厂或供热公司通过投运钠床对供热管网系统补给水进行处理，利用离子交换树脂将水中的Ca

电化学软化是在水中放入加载低压直流电的电极，水中成垢离子在阴极附近结晶析出，进而得到去除，达到软化阻垢的目的。但是钙镁离子在电化学软化过程中生成的部分碳酸钙和氢氧化镁悬浮颗粒物不能很好沉淀，加之热网循环水中的金属腐蚀产物不能通过电化学软化处理过程进行去除，使得供热管网系统依然存在结垢堵塞的风险。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统及方法，从而同时实现对供热管网中循环水的软化、悬浮颗粒物以及金属腐蚀产物的有效沉降去除，保证供热管网的正常使用，有效延长供热管网的使用寿命。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统，包括增压单元、电化学软化单元、电絮凝单元、澄清单元以及污泥处理单元；所述增压单元、电化学软化单元、电絮凝单元以及澄清单元沿热网循环水水流方向依次设置的；

所述热网循环水处理系统设置在热网循环系统的旁路上；

所述电化学软化单元、电絮凝单元以及澄清单元均与所述污泥处理单元相连通设置；

所述电絮凝单元包括若干第一极板、若干第二极板和第一控制装置；若干所述第一极板与若干所述第二极板交替配合设置；所述第一极板与相邻的第二极板之间设有第一间隙；若干所述第一极板与若干第二极板与第一控制装置电连接；

所述第一极板与第二极板均为可溶性电极。

优选的，所述电絮凝单元还包括第一导电杆和第二导电杆；若干所述第一极板沿所述第一导电杆的轴向均匀间隔设置，若干第二极板沿第二导电杆的轴向均匀间隔设置；

所述第一导电杆和第二导电杆与所述第一控制装置电连接；当所述第一导电杆与第一控制装置的正极接通，第二导电杆与第一控制装置的负极接通时，所述若干第一极板为阳极，所述若干第二极板为阴极；当所述第一导电杆与第一控制装置的负极接通，第二导电杆与第一控制装置的正极接通时，所述若干第一极板为阴极，所述若干第二极板为阳极。

优选的，所述澄清单元的出水口处还设置有浊度监测装置，所述浊度监测装置的出水口设置有第一管路和第二管路，所述第一管路与澄清单元的入水口连通，所述第二管路接入热网循环系统。

优选的，所述电絮凝单元上还设置有第一排气口、第一检修口和第一排污口；所述第一排气口与外界大气相连通，用于排出电絮凝单元中产生的气体；所述第一排污口用于排出电絮凝单元中的沉积物，所述第一排污口与所述污泥处理单元相连通；所述第一检修口用于对电絮凝单元进行检修。

优选的，所述电絮凝单元还包括第一驱动电机以及与第一驱动电机连接的第一旋转轴；所述第一驱动电机与所述第一控制装置电连接；所述若干第一极板和若干第二极板上均设有通孔，所述第一旋转轴贯穿所述通孔设置，所述第一旋转轴与所述通孔之间设有第二间隙。

优选的，沿所述第一旋转轴的轴向方向间隔设置有若干第一旋转刮刀；若干所述第一旋转刮刀沿第一旋转轴的径向方向延伸。

优选的，所述第一旋转刮刀设置于第一间隙处；所述第一旋转刮刀上，靠近第一极板的一侧以及靠近第二极板的一侧均设有刀刃。

优选的，所述第一极板与第二极板为铁电极或铝电极中的一种。

一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理方法，其特征在于，采用上述任一项所述的处理系统对热网循环水进行净化处理，净化过程中控制所述第一极板或第二极板的表面电流密度为30～300A/m

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统，在电化学软化单元中，热网循环水中的钙镁离子在电化学软化单元的阴极表面分别发生反应生成碳酸钙和氢氧化镁悬浮颗粒物。电絮凝单元的可溶性电极可溶性阳极在通以高压脉冲直流电后失去电子，形成金属阳离子，与溶液中的OH

进一步的，第一导电杆和第二导电杆可以使得第一极板与第二极板的安装更加便捷；第一导电杆和第二导电杆与第一控制装置的连接方式可以互换，可以有效减少第一极板与第二极板上的表面污垢，延长装置的使用寿命。

进一步的，浊度监测装置便于对净化后的水质进行监测，以便于对循环水的质量进行控制。当水质符合要求时，净化后的循环水通过第二管路进入热网循环系统，若净化后的水质不符合要求，则通过第一管路再次进入澄清单元进行处理，直至符合要求，再通过第二管路进入热网循环系统，可以使得循环水有效满足实际要求。

进一步的，第一排气口与外界大气相连通，可以使电絮凝单元中产生的气体及时排出，确保系统的使用安全性。第一排污口和第一检修口可以有效延长装置的使用寿命。

进一步的，第一旋转轴便于第一旋转刮刀的安装，第一旋转刮刀一方面可以有效去除第一极板与第二极板表面的沉积物，提高电絮凝单元的电流效率，降低能耗。同时可起到有效的搅拌作用，提高第一极板与第二极板表面水流的紊流程度，从而消除浓差极化，有效提高电流效率。

进一步的，第一旋转刮刀上，靠近第一极板的一侧以及靠近第二极板的一侧均设有刀刃，可以使的第一极板与第二极板表面的沉积物得到彻底的刮除。

进一步的，第一极板与第二极板为铁电极或铝电极中的一种，絮凝效果良好，同时可有效降低装置安装的成本。

一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理方法，处理过程中控制第一极板或第二极板的表面电流密度为30～300A/m

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明处理系统的连接示意图；

图2为本发明中电絮凝单元的结构示意图；

图3为本发明中电化学软化单元的结构示意图。

其中：1、增压单元，2、电化学软化单元，20、第二排气口，211、阴极支撑架，212、阴极，221、阳极支撑架，222、阳极，24、第二控制装置，231、第二驱动电机，232、第二旋转轴，233、刮刀连接杆，234、第二旋转刮刀，25、第二检修口，26、反洗水进口，27、第二排污口，3、电絮凝单元，31、第一极板，32、第二极板，33、第一控制装置，311、第一导电杆，321、第二导电杆，34、第一排气口，35、第一检修口，36、第一排污口，37、第一驱动电机，38、第一旋转轴，381、第一旋转刮刀，4、澄清单元，41、澄清单元排污口，5、污泥处理单元，6、浊度监测装置，61、第一管路，62、第二管路，7、阀门。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

如图1所示，一种电化学软化耦合电絮凝的热网循环水处理系统，包括增压单元1、电化学软化单元2、电絮凝单元3、澄清单元4以及污泥处理单元5，其中增压单元1、电化学软化单元2、电絮凝单元3以及澄清单元4沿热网循环水水流方向依次设置。供热管网系统的旁路出水口与增压单元1的入水口相连，所述增压单元1的出水口分为两路，其中一路连接至所述电化学软化单元2的第一进水口，另一路连接至电化学软化单元的反洗进水口，所述电化学软化单元的反洗排水口与污泥处理单元5的入水口相连；所述电絮凝单元3的入水口与电化学软化单元2的出水口相连；所述澄清单元4的入水口与所述电絮凝单元3的出水口相连，所述澄清单元出水口与在线浊度监测装置6的入水口相连，所述在线浊度监测装置6出口分为两路，其中一路经第二管路62与供热管网系统的旁路回水口相连，另一路经第一管路61与澄清单元4的进水口相连。澄清单元4上设置有澄清单元排污口41，澄清单元排污口41与污泥处理单元5相连通设置，可保证单元内部清洁，避免其出现污堵现象。优选的，热网循环水处理系统设置供热管网系统的旁路上；所述增压单元1与所述供热管网系统的旁路出水口连通设置，澄清单元4的出水口与供热管网系统的旁路进水口连通设置。澄清单元4的底部为漏斗式结构，便于底泥的排出。

如图2所示，电絮凝单元3采用平行板式模块化设计，具体包括若干第一极板31、若干第二极板32和第一控制装置33；电絮凝单元3还包括第一导电杆311和第二导电杆321；若干所述第一极板31沿所述第一导电杆311的轴向均匀间隔固定设置，若干第二极板32沿第二导电杆321的轴向均匀间隔固定设置；第一导电杆311和第二导电杆321与第一控制装置33电连接；当第一导电杆311与第一控制装置33的正极接通，第二导电杆321与第一控制装置33的负极接通时，若干第一极板311为阳极，若干第二极板321为阴极；当第一导电杆311与第一控制装置33的负极接通，第二导电杆321与第一控制装置33的正极接通时，若干第一极板311为阴极，若干第二极板321为阳极。该倒极功能用于减少电极表面污垢的形成。第一极板31和第二极板32为圆形，若干第一极板31与若干第二极板32交替配合设置；第一极板31与相邻的第二极板32之间设有第一间隙；电絮凝单元3上还设置有第一排气口34、第一检修口35和第一排污口36；第一排气口34与外界大气相连通，用于排出电絮凝单元3中产生的气体；第一排污口36用于排出电絮凝单元3中的沉积物，第一排污口36与污泥处理单元5相连通；第一检修口35用于对电絮凝单元3进行检修。电絮凝单元3还包括第一驱动电机37以及与第一驱动电机37连接的第一旋转轴38；第一驱动电机37与第一控制装置33电连接；所述第一极板31和若干第二极板32上均设有通孔，通孔可以是圆形孔，第一旋转轴38贯穿该通孔设置，第一旋转轴38与通孔之间设有第二间隙。沿第一旋转轴38的轴向方向间隔设置有若干第一旋转刮刀381；若干第一旋转刮刀381沿第一旋转轴38的径向方向延伸。第一旋转刮刀381设置于第一间隙处；所述第一旋转刮刀381上，靠近第一极板31的一侧以及靠近第二极板32的一侧均设有刀刃。第一极板31与第二极板32为铁电极或铝电极等可溶性电极中的一种。电絮凝单元3的壳体材料选用衬胶碳钢，第一旋转轴38以及第一旋转刮刀381材料选用304不锈钢。

如图3所示，电化学软化单元2采用同轴电极筒式模块化设计，具体包括阴极支撑架211、阴极212，阳极支撑架221、阳极222以及第二控制装置24；阴极支撑架211与阳极支撑架221配合设置，阴极支撑架上有弧形孔以使阳极支撑架穿过；阴极212与阳极222配合设置，阴极212包括电化学处理单元的筒壁以及阴极支撑架上方的曲面状阴极，阳极222即阳极支撑架221上方的曲面状阳极，阳极222与其内侧的曲面状阴极以及外侧的筒壁之间设有间隙。电化学软化单元2还包括第二刮垢装置，第二刮垢装置包括第二驱动电机231，第二旋转轴232，刮刀连接杆233以及第二旋转刮刀234，第二旋转轴232的延伸线与阴极212和阳极222的中心轴线重合设置，第二旋转轴232的中部与刮刀连接杆233的中部连接，刮刀连接杆233下部安装有第二旋转刮刀234，第二旋转刮刀234位于阳极222与其内侧的曲面状阴极以及外侧的筒壁之间的间隙，关于阴极212和阳极222的轴线对称布置，第二旋转刮刀234的刀刃朝向阴极方向。第二刮垢装置可以有效去除阴极表面的沉积物，提高电化学软化单元的电流效率，降低能耗。控制装置24与阴极212、阳极222、第二驱动电机231电连接。电化学软化单元2上还设置有第二排气口20和第二检修口25，第二排气口20与外界大气相连，用于排出电化学软化单元中产生的气体，保证装置的安全性；第二检修孔25用于电化学软化单元的检修维护工作。电化学软化单元的的阴极采用不锈钢或碳钢材质，阳极采用钛电极，所述钛电极表面涂覆钌铱或铱钽混合金属氧化物涂层。第二刮垢装置选用304不锈钢材质。电化学软化单元2上设置有反洗进水口26以及第二排污口27，反洗水进口26用于对电化学软化装置进行清洗，反洗水通过第二排污口27排至污泥处理单元5中，可延长装置的使用寿命。

各单元之间均设置阀门7，用于控制管路的打开与闭合。旁路增压泵入口通过旁路出口阀与供热管网系统相连，其中一路通过电化学软化单元入口阀连接至电化学软化单元进水口，另一路通过电化学软化单元反洗进水阀连接至电化学软化单元反洗进水口，电化学软化单元反洗排水口通过反洗排水阀连接至污泥处理装置入口，电化学软化单元的第二排气口通过第二排气阀直接与大气相连，电化学软化单元产水口通过电絮凝单元的进水阀连接至电絮凝单元的进水口；电絮凝单元的第二排气口通过第二排气阀与大气相连，电絮凝单元的排污口通过排污阀与污泥处理装置入口相连，电絮凝单元的产水口通过澄清单元入口阀与澄清单元进水口相连；澄清单元的产水口与澄清单元产水泵入口相连，澄清池产水泵出口与在线浊度监测装置的入口相连，在线浊度监测装置的出口分为两路，其中一路通过旁路回流阀与供热管网系统相连，另一路通过澄清池回流阀返回澄清池回流口，澄清池底部排泥口通过澄清池底排阀与污泥处理装置的入口相连。电化学软化单元和电絮凝单元均为预制好的模块化设计，可依据现场需求定制模块数量，施工简便、组装灵活。

采用上述电化学耦合电絮凝处理热网循环水的系统对热网循环水进行净化处理时，具体处理过程如下：

在旁路增压泵的作用下，热网循环水被泵入电化学软化单元2，并由电化学软化单元2侧下方的进水口进入，电化学软化单元2以恒电流模式运行，运行软化程序期间控制阴极板表面电流密度为5～30A/m

2H

2H

生成的OH

CO

HCO

伴随着电解反应的发生，水中Ca

CO

2OH

每隔90min运行电化学软化单元自动清洗程序：关闭电化学软化单元2进水阀、出水阀以及排气阀，打开电化学软化单元2反洗进水阀、反洗排水阀以及驱动刮刀电机，由驱动刮刀电机带动刮刀对软化单元筒壁以及内部的曲面状阴极进行刮垢处理，由电化学软化单元2反洗进水阀进入的热网循环水对电化学软化单元进行反冲洗，反洗水由电化学软化单元2反洗排水阀排出至污泥处理单元5。

经过软化处理的产水经电絮凝单元3进水阀进入电絮凝单元3的进水口，电絮凝单元3运行期间控制极板表面电流密度为30～300A/m

经电絮凝单元处理3后的循环水进入澄清单元4，澄清单元4处理后的热网循环水经过在线浊度监测装置6测定浊度后分为两路，在澄清单元产水浊度偏高的情况下，关闭旁路回流阀、打开澄清单元回流阀，将澄清单元产水返回澄清单元进水口进行进一步的澄清处理，在澄清单元出水浊度降低至5NTU以下后，关闭澄清单元回流阀，打开旁路回流阀，将经过净化处理的热网循环水返回供热管网系统。需要每天定时打开澄清单元底排阀一次，排出澄清单元底部的污泥，排污时间为10～20min，排污后关闭澄清单元底排阀。

一种利用电化学软化耦合电絮凝处理热网循环水的系统，在电化学软化单元中，热网循环水中的钙镁离子在电化学软化单元的阴极表面分别发生反应生成碳酸钙和氢氧化镁悬浮颗粒物，再通过电絮凝单元使碳酸钙、氢氧化镁悬浮颗粒物以及热网循环水中原有的金属腐蚀产物等杂质变为大颗粒，含有大颗粒的热网循环水进入澄清单元进行沉淀，得到上清液，再次返回供热管网系统。可同时实现对热网循环水的软化以及其中金属腐蚀产物的杂质的去除，系统设计合理、自动化程度高，不易产生二次污染，具有环境友好性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。