具有膠球在線清洗、水旋流除污、電化學全功能循環水處理裝置的制作方法

本發明涉及到工業循環水處理技術領域，具體是涉及一種具有膠球在線清洗、水旋流除污、電化學脫鹽、殺菌、防腐蝕非化學全功能循環水處理裝置。

背景技術：

循環冷卻水系統是石化工業、冶金工業以及建筑的空調系統必不可少的能源介質之一。循環冷卻水系統將設備產生的熱量通過水與大氣的熱交換而散發，所以系統必須補充一定水量來彌補蒸發損耗量，因此系統中各種無機離子和有機物質不斷濃縮。此外冷卻塔在室外受到陽光照射、風吹灰塵雜物的進入，以及設備結構和材料等多種因素的綜合作用，共同造成了循環冷卻水系統中三大問題——結垢、腐蝕和微生物滋生。污垢和微生物黏泥可以引起垢下腐蝕，而腐蝕產物又形成污垢，上述問題相互關聯且均會造成系統傳熱效率降低，過水段面減少，甚至使設備管道腐蝕穿孔。

傳統的循環水系統問題解決方法是添加化學水處理藥劑，如阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑和分散劑等。目前的化學水處理藥劑均以磷系為主，對水體環境易產生富營養化，而任何殺菌滅藻劑均存在一定的生物毒性，在《GB50050-2007工業循環冷卻水處理設計規范》中規定“經過投加阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻劑處理后的循環冷卻水不應作直流水使用”，所以必須處理達標后才能排放。高濃縮倍數的循環冷卻水中含鹽量太高，會引起設備腐蝕和結垢等問題，造成系統堵塞和換熱效率下降導致的能源損失，遠遠超過節水效益，為了限制濃縮倍數，大量排污造成水資源的浪費。化學水處理藥劑成本高昂，需要專業人員進行維護，但是不能完全解決換熱器內結垢和黏泥等問題，而且需要定期清洗換熱管，造成了生產波動和間接增加了系統設備的運行費用。

隨著工業的高度發展，人類對生存環境改善的強烈需求，社會的可持續發展及其涉及的生態、環境、資源、經濟等方面都成為國際和社會關注的焦點，以化學水處理劑作為循環水冷卻水系統的傳統處理方式會越來越受到社會的限制，并逐步淘汰，因此目前迫切需要一種全新的工業循環冷卻水處理方法和理念，以適應現代工業的發展需求。

技術實現要素：

綜上所述，本發明的目的在于解決現有的以化學水處理劑作為循環水冷卻水系統的傳統處理方式存在環境污染、水資源浪費、維護困難和運行成本高等問題的技術不足，而提出具有膠球在線清洗、水旋流除污、電化學全功能循環水處理裝置。

為解決本發明所提出的技術問題，采用的技術方案為：

具有膠球在線清洗、水旋流除污、電化學全功能循環水處理裝置，其特征在于所述的設備包括有：膠球在線清洗單元、電化學單元、水旋流除污單元、電控單元以及底座；

所述的膠球在線清洗單元包括有上腔體和位于上腔體下方的下腔體；上腔體上分別連接有上腔體入水口和上腔體出水口，上腔體入水口中設有向上腔體內單向開啟的第一單向閥，上腔體出水口通過外部引管連接電化學單元；上腔體的底部開設有與下腔體相通的排球通孔，在排球通孔中設有向下腔體方向單向開啟的第二單向閥；下腔體上分別連接有下腔體入水口和下腔體出水口，下腔體出水口中設有向下腔體外部單向開啟的第三單向閥；

所述的電化學單元包括有安裝于底座上的電化學單元腔體，電化學單元腔體上分別設有與外部引管連接的電化學單元入水口和與水旋流除污單元連接的電化學單元出水口，電化學單元腔體內位于電化學單元入水口與電化學單元出水口之間位置設有至少一組用于電化學調節水中礦物質平衡的電解電極；

所述的水旋流除污單元為安裝于底座上的旋流分離除污立式水泵，水旋流除污單元的水泵入水口與電化學單元出水口連接，水旋流除污單元的水泵出水口通過第一回流管連接有三通電動閥，三通電動閥的另兩端分別通過第二回流管連接下腔體入水口，通過第三回流管連接回水管路；

所述的電控單元連接并控制電解電極、水旋流除污單元和三通電動閥。

作為對本發明技術方案進一步限定的技術方案包括有：

所述的上腔體內部設有導球漏斗，導球漏斗的下端開口與排球通孔對應，導球漏斗的上端開口與上腔體內側壁貼合設置。

所述的上腔體入水口中設有用于檢測是否有水進入上腔體中，為電控單元提供進水傳感信號的水流開關。

所述的上腔體和下腔體由一個開口朝下的外殼體和設于外殼體內的隔板分隔構成，外殼體底部開口通過法蘭盤與電化學單元腔體頂部密封連接。

所述的電解電極包括有一片以上平行分布的陽極電極板和一片以上平行分布的陰極電極板，各陽極電極板與各陰極電極板交替平行分布；各陽極電極板之間通過鈦棒垂直電連接，鈦棒引出電化學單元腔體，與電控單元的電解電源的陽極電連接；各陰極電極板之間通過陰極電極棒垂直電連接，陰極電極棒引出電化學單元腔體，與電控單元的電解電源的陰極電連接。

所述各陽極電極板和各陰極電極板之間通過聚四氟乙烯棒等距隔開并固定成一個整體。

所述的電化學單元入水口和電化學單元出水口分別設于電化學單元腔體的底部側壁和頂部側壁位置。

所述的上腔體的頂部設有與電控單元電連接用于檢測上腔體內水的電導性的電導率傳感器。

所述的陽極電極板上的恒定電流密度為0.1~100A/ m2。

電導率傳感器實時反饋被處理循環水的電導率，當循環水電導率高于一定值A時，電控單元提高電解電源的輸出電壓，增加各陽極電極板與各陰極電極板之間的電流密度；當循環水電導率低于一定值B時，電控單元提高電解電源的輸出電壓，減少各陽極電極板與各陰極電極板之間的電流密度。

本發明的有益效果為：本發明設備采用膠球在線清洗單元向循環水系統循環發射清洗膠球，清洗膠球跟隨水流進入換熱銅管內部，利用清洗膠球與銅管內壁摩擦清洗污垢；采用電化學單元進行電化學來調節水中礦物質平衡，生成了具有殺菌能力的強氧化劑和氫氧根離子，完全替代了環境污染的化學試劑，防止了冷卻水中微生物的繁殖和管道設備腐蝕，從而達到脫除結垢物質、防腐和抑制微生物滋生的目的；采用水旋流除污單元產生旋轉向下的水流，在離心力的作用下將雜質沉降分離，綜上所述，本發明主動脫除循環冷卻水中的鈣鎂等成垢離子，提高了系統運行的濃縮倍數，將循環水的補充量控制在所需的最小限度內，抑制了水資源不必要的浪費，達到高效、環保、節能、無化學污染的一站式綜合水處理效果。

附圖說明

圖1為本發明的前側方向的立體結構示意圖；

圖2為本發明的后側方向的立體結構示意圖；

圖3為本發明的分解結構示意圖；

圖4為本發明俯視結構示意圖；

圖5為圖4的A－A剖視結構示意圖；

圖6為本發明的膠球在線清洗單元和電化學單元內部結構示意圖；

圖7為本發明與循環水系統連接使用時的結構示意圖；

圖8為本發明的工作原理示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖和本發明優選的具體實施例對本發明的結構作進一步地說明。

參照圖1至圖8中所示，本發明具有膠球在線清洗、水旋流除污、電化學全功能循環水處理裝置，其特征在于所述的設備包括有：膠球在線清洗單元1、電化學單元2、水旋流除污單元3、電控單元4以及底座5。

所述的膠球在線清洗單元1包括有上腔體11和位于上腔體11下方的下腔體12；上腔體11上分別連接有上腔體入水口111和上腔體出水口112，上腔體入水口111中設有向上腔體11內單向開啟的第一單向閥113，上腔體出水口112通過外部引管114連接電化學單元2；上腔體11的底部開設有與下腔體12相通的排球通孔115，在排球通孔115中設有向下腔體12方向單向開啟的第二單向閥116；下腔體12上分別連接有下腔體入水口121和下腔體出水口122，下腔體出水口122中設有向下腔體12外部單向開啟的第三單向閥123。

為了便于將上腔體11內收集到的膠球8，在第二單向閥116開啟后能徹底快速導入到下腔體12中，所述的上腔體11內部設有導球漏斗117，導球漏斗117的下端開口與排球通孔115對應，導球漏斗117的上端開口與上腔體11內側壁貼合設置。

所述的上腔體入水口111中設有用于檢測是否有水進入上腔體11中，為電控單元4提供進水傳感信號的水流開關118。也即是當上腔體入水口111處有水經過時，水流開關118向電控單元4提供進水傳感信號，由電控單元4控制電化學單元2和水旋流除污單元3啟動運行，避免無水時資源浪費或設備損壞。

為了便于膠球在線清洗單元1生產加工，以及本發明整體結構緊湊，所述的上腔體11和下腔體12由一個開口朝下的外殼體和設于外殼體內的隔板分隔構成，外殼體底部開口通過法蘭盤與電化學單元2的電化學單元腔體201頂部密封連接。

所述的上腔體11的頂部設有與電控單元4電連接用于檢測上腔體11內水的電導性的電導率傳感器119和pH傳感器，以便電控單元實時調節電化學單元供電電流，保證電化學單元的高效運行，使水處理效果最佳。

所述的電化學單元2包括有安裝于底座5上的電化學單元腔體201，電化學單元腔體201上分別設有與外部引管114連接的電化學單元入水口202和與水旋流除污單元3連接的電化學單元出水口203，優選方案是將所述的電化學單元入水口202和電化學單元出水口203分別設于電化學單元腔體201的底部側壁和頂部側壁位置；電化學單元腔體201內位于電化學單元入水口202與電化學單元出水口203之間位置設有至少一組用于電化學調節水中礦物質平衡的電解電極204。

電解電極204的具體結構包括有一片以上平行分布的陽極電極板和一片以上平行分布的陰極電極板，各陽極電極板與各陰極電極板交替平行分布；各陽極電極板之間通過鈦棒垂直電連接，鈦棒引出電化學單元腔體201，與電控單元4的電解電源的陽極電連接；各陰極電極板之間通過陰極電極棒垂直電連接，陰極電極棒引出電化學單元腔體201，與電控單元4的電解電源的陰極電連接。為了更好牢固安裝各陽極電極板和各陰極電極板，所述各陽極電極板和各陰極電極板之間通過聚四氟乙烯棒等距隔開并固定成一個整體。

所述的水旋流除污單元3為安裝于底座5上的旋流分離除污立式水泵，具體結構可以采用申請號為：CN 201620475810.7 名稱為：一種旋流分離除污立式水泵 所公開的結構。水旋流除污單元3的水泵入水口31與電化學單元出水口203連接，水旋流除污單元3的水泵出水口32通過第一回流管連接有三通電動閥6，三通電動閥6的另兩端分別通過第二回流管62連接下腔體入水口121，通過第三回流管63連接回水管路7；

所述的電控單元4連接并控制電解電極204、水旋流除污單元3和三通電動閥6。

本發明在具體應用時，上腔體入水口111與循環水系統的出水口連接，下腔體出水口122和回水管路7分別與循環水系統的兩個回水口連接；在水旋流除污單元3啟動之前，清洗膠球8 停留在下腔體12中，由于循環水系統靜壓的存在，第一單向閥113和第三單向閥123都處于關閉狀態；而當水旋流除污單元3啟動后，上腔體11形成負壓，在負壓的作用下，第一單向閥113開啟，同時第二單向閥116關閉，循環水系統中的循環水被吸入至上腔體11，并經上腔體11、外部引管114進入電化學單元2的電化學單元腔體201，之后再進入水旋流除污單元3中，三通電動閥6切換到第一回流管61與第二回流管62相通，也即水旋流除污單元3將循環水排出至下腔體12中，下腔體12中的清洗膠球8就會隨水流推開第三單向閥123返回循環水系統，完成一次發球動作；清洗膠球8進入循環水系統跟隨水流進入換熱銅管內部，利用膠球與銅管內壁摩擦清洗污垢，之后又經上腔體入水口111進入上腔體11內，清洗膠球8被捕獲攔截于上腔體11中，而根據時間推算清洗膠球8均返回上腔體11內之后，三通電動閥6切換到第一回流管61與第三回流管63相通，下腔體12無水進入，在清洗膠球8自身重力及下腔體12內負壓作用下第二單向閥116開啟，清洗膠球8落入下腔體12中，等待下一次發球。

而當三通電動閥6再次切換到第一回流管61與第二回流管62相通時，含有雜質的循環水從上腔體11進入外部引管114進入電化學單元2；電化學單元2主要是利用水及水中礦物質的電化學特性，通過電化學來調節水中礦物質平衡，從而達到脫除結垢物質、防腐和抑制微生物滋生的目的，是一種環境友好型的循環冷卻水處理技術。電控單元4連接電解電極204，為電解電極204提供電解所需的直流工作電源，電解電極204在低壓電壓下產生0.1~100A/m²的恒定電流密度，當循環水經平行分布電解電極204的陽極電極板和陰極電極板之間時，在陽極電極板區域產生的次氯酸、雙氧水等具有殺菌滅藻的強氧化劑，在陰極電極板上會形成碳酸鈣、碳酸鎂等結晶物質，并通過定期電極切換定時剝離極板的沉積垢質，從而實現電化學水處理裝置定點結垢定點除垢、殺菌滅藻的功能。

電化學水處理裝置的原理是在電控單元4給陽極供電，這樣在陰極附近就會形成高濃度的氫氧根離子，在這種高pH值的環境下，易結垢的礦物質就會在陰極區域從水中析出并結垢。而在陽極側由于電流的作用會析出氧、氯分子、雙氧水等強氧化性物質，包括氧化性更強的反應中間產物如氧自由基、游離氯、過氧基離子等等，能起到很好的消毒滅活作用，避免微生物、細菌等引起的生物沉積。

本發明陽極電極板上的恒定電流密度控制在0.1~100A/ m²；電導率傳感器實時反饋被處理循環水的電導率，當循環水電導率高于一定值A時，電控單元提高電解電源的輸出電壓，增加各陽極電極板與各陰極電極板之間的電流密度；當循環水電導率低于一定值B時，電控單元提高電解電源的輸出電壓，減少各陽極電極板與各陰極電極板之間的電流密度。優選地，上述一定值A為100~3000μs/cm，上述一定值B為100~3000μs/cm，且存在A≥B的關系。

為了便于剝離電極上析出的鈣鎂等鹽類成分，電控單元定期轉換通過低壓直流電源施加在陽極電極板和陰極電極板的電壓極性，使鈣鎂等鹽類成分從電極上剝離。在具體實施過程中，陽極電極板和陰極電極板組件形狀為板狀、網狀、圓棒狀或多邊形棒狀。

循環水中的經膠球在線清洗單元1從水循環系統的換熱管內壁的摩擦清理出的固體顆粒和電化學單元2上剝離的垢類進入水旋流除污單元后，在離心力的作用下將雜質沉降分離，具體實施原理參照申請號為：CN 201620475810.7中的說明。

綜上所述，本發明具有以下優點：

1、主動脫除循環冷卻水中的鈣鎂等成垢離子，提高了系統運行的濃縮倍數，將循環水的補充量控制在所需的最小限度內，抑制了水資源不必要的浪費；

2、電解處理中生成了具有殺菌能力的強氧化劑和氫氧根離子，完全替代了環境污染的化學試劑，防止了冷卻水中微生物的繁殖和管道設備腐蝕，是一種環境友好型的處理方法；

3、電化學單元中的平行極板的極性自動地定期切換，從而將粘附在陰極板表面上的水垢剝離，不需要服務人員清潔電極板表面，有效地實現了運行和維護中的成本降低；

4、旋流分離除污單元將水泵與分離器結合為一整體，利用旋流離心力場，加速水中比重大于水的固體顆粒等雜質的沉降，有效清除流水中的雜質；

5、膠球在線清洗單元可以始終保持換熱器內壁潔凈，提高換熱效率，使換熱器始終處于高效運行，降低能耗，節約能源；

6、電化學水處理單元、旋流分離除污單元和膠球在線清洗單元三種功能合一，降低了生產和運行成本，是一款高效、環保、節能、無化學污染的一站式綜合水處理裝置。