本發(fā)明屬于濁環(huán)水除垢，特別涉及一種濁環(huán)水系統(tǒng)中電化學除鋅垢反應(yīng)器及方法。

背景技術(shù)：

1、在高爐冶煉過程中，高爐煤氣洗滌濁環(huán)水系統(tǒng)不僅含有大量懸浮物，還含有大量鹽類以及少量酚、氰等有毒物質(zhì)，不能隨意排放，同時煤氣洗滌水系統(tǒng)懸浮物高、鹽分高，極易造成系統(tǒng)設(shè)備結(jié)垢、堵塞。據(jù)統(tǒng)計，未采取水處理技術(shù)措施的供水管道，運行5-10年，結(jié)垢厚度可達90-110mm；即使采取前處理措施，投加混凝劑，也難以緩解系統(tǒng)結(jié)垢問題。系統(tǒng)管道結(jié)垢不僅減少流道面積、增加輸送泵的能耗、降低生產(chǎn)效率、縮短管道壽命，且腐蝕會帶來跑冒滴漏等問題，直接威脅高爐生產(chǎn)。高爐煤氣洗滌水在洗滌過程中的碳酸鹽硬度增大，鋅等離子不斷增加，磷酸鹽垢往往和碳酸鹽垢共存。洗滌水中的zn2+濃度隨著洗滌次數(shù)的增加而逐漸增大，直至在一定溫度、ph等條件下達到極限濃度，當zn2+濃度繼續(xù)增大時，便產(chǎn)生氫氧化鋅沉淀。

2、設(shè)備管道結(jié)垢的常規(guī)處理方法是高壓水清洗、酸洗、銅刷清洗都有采用，以銅刷清洗為多。清洗會造成設(shè)備的壽命減少，增加廢水排放量，污染環(huán)境。頻繁的清洗需要定期停機，影響設(shè)備的連續(xù)運行，也給設(shè)備的可靠性帶來很大的不確定性，對于設(shè)備的長期運行埋下了安全隱患。目前，常用的除垢方法是向循環(huán)水系統(tǒng)中添加大量的緩蝕劑、阻垢劑以減緩設(shè)備結(jié)垢腐蝕，藥劑費用支出額巨大，同時，藥劑的大量加入也給循環(huán)水帶來了二次污染，導(dǎo)致了水中鹽類物質(zhì)含量增加的不良后果。

3、電化學循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定處理技術(shù)的緩蝕、阻垢、殺菌滅藻效果好，應(yīng)用這種技術(shù)的循環(huán)水系統(tǒng)不需要投加任何化學藥劑，且強制排污水量少，不僅可節(jié)約藥劑費和補水費，而且有很好的節(jié)能減排和環(huán)境保護效果。因此，研究一種電化學除鋅垢技術(shù)滿足高爐煤氣洗滌水濁環(huán)系統(tǒng)除垢的迫切需要。

4、公開號為cn?102730850?a的專利文件公開了“一種環(huán)保型水處理緩蝕阻垢劑及其制備方法”，該環(huán)保型水處理緩蝕阻垢劑為磺化環(huán)氧琥珀酸/葡萄糖酸鈉共聚物，通過本發(fā)明提供的制備方法制備的環(huán)保型水處理緩蝕阻垢劑以磺化后的聚環(huán)氧琥珀酸為主體，接枝葡萄糖酸鈉后聚合得到磺化環(huán)氧琥珀酸/葡萄糖酸鈉共聚物，該共聚物不僅不含磷，可生物降解，具有很好的緩蝕阻垢作用，而且由于聚合物中引入多種極性基團，如羥基、羧酸基、醚基等，這些極性基團的引入，增強了聚環(huán)氧琥珀酸對金屬離子的螯合作用以及對碳酸鈣垢、磷酸鈣垢和鋅垢的分散能力，從而增強了聚環(huán)氧琥珀酸的緩蝕和阻垢作用。但該方法只是采用添加化學藥劑的方法，成本高且不環(huán)保。

5、公開號為cn?217498765?u的專利文件公開了“一種電化學除垢裝置的陰極板組件”，包括間隔設(shè)置的若干個陰極板，其中，所述陰極板的上邊沿、下邊沿和后邊沿固定連接有與陰極板厚度相同的凹型邊板，若干個邊板的縱體中部穿設(shè)有可在邊板中轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)軸；所述轉(zhuǎn)軸的一端頭連接有變速器，變速器的動力輸入端連接有電機；所述轉(zhuǎn)軸上并排且間隔設(shè)置有可隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動來對陰極板上的硬垢進行刮除的刮刀組，刮刀組包括相對設(shè)置的一對刮刀，一對刮刀分別位于一塊陰極板的兩側(cè)并與陰極板相抵接。本實用新型不但實現(xiàn)了陰極板上硬垢刮除的機械化，而且通過設(shè)置在轉(zhuǎn)軸和電機之間的變速器，可根據(jù)刮刀對硬垢的刮除情況，改變電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，有利于硬垢的刮除。但該專利的結(jié)果只是將已形成的硬垢刮除，并沒有提高電化學除垢的效率。

6、公開號為cn?217077074?u的專利文件公開了“一種循環(huán)冷卻水電化學處理裝置”。裝置包括設(shè)備主體，設(shè)備主體為中空結(jié)構(gòu)，設(shè)備主體內(nèi)沿循環(huán)冷卻水流向依次設(shè)置有進水區(qū)、電化學反應(yīng)區(qū)、泥垢沉淀區(qū)和出水區(qū)，進水區(qū)、電化學反應(yīng)區(qū)、泥垢沉淀區(qū)和出水區(qū)依次連通，設(shè)備主體內(nèi)還設(shè)有集泥排放區(qū)，電化學反應(yīng)區(qū)、泥垢沉淀區(qū)底部均和集泥排放區(qū)連通；電化學反應(yīng)區(qū)內(nèi)垂直于循環(huán)冷卻水流向豎直設(shè)置有可插拔式陰陽電極，其中陽極為dsa電極，陰極為腐蝕電極。本實用新型將循環(huán)冷卻水的電化學除垢、電化學殺菌消毒與泥垢分離于一體，安裝簡單，電極更換方便，實用性強。但該方法用到了dsa電極，耗電量相對較大。

7、王學本，王慶生，吳作成.高爐煤氣洗滌水鋅垢的熱力學分析及處理技術(shù)[j](工業(yè)水處理，2007，27(4)：57-60.)，該論文針對高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)容易形成鋅垢的問題,從熱力學角度,利用有關(guān)熱力學原理和數(shù)據(jù),進行了化學熱力學分析,從理論上找出洗滌水系統(tǒng)的鋅垢成因。采用復(fù)配絮凝劑和復(fù)合水質(zhì)穩(wěn)定劑進行了試驗,研究出適合于高爐煤氣洗滌水系統(tǒng)的鋅垢去除新技術(shù)。試驗結(jié)果表明,新型的水質(zhì)穩(wěn)定劑完全達到了良好的處理效果。但該方法采用化學藥劑，成本高且給水系統(tǒng)帶來二次污染。

8、郭麗娜.電化學除垢技術(shù)在焦化廢水處理循環(huán)冷卻水中的應(yīng)用分析[j](山西化工，2023，11(43)：126-128.)，該論文以電化學除垢技術(shù)為基礎(chǔ)，首先對該技術(shù)方案下所需的電化學實驗裝置進行設(shè)計；而后結(jié)合理論分析，通過大量實驗對電化學除垢技術(shù)方案的主要指標參數(shù)進行優(yōu)化選擇；最后應(yīng)用優(yōu)化后的參數(shù)進行實驗。實驗結(jié)果表明：本次電化學除垢技術(shù)在各項主要技術(shù)指標上均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)加藥處理技術(shù)模式，證明本次設(shè)計的電化學除垢技術(shù)方案具有一定優(yōu)勢，預(yù)計其將具有潛在的應(yīng)用價值。但該方法只限于實驗室小試，中試效果有待進一步驗證。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種濁環(huán)水系統(tǒng)中電化學除鋅垢反應(yīng)器及方法，提供一種新型抗腐蝕性強的電極，使?jié)岘h(huán)水系統(tǒng)中的鋅垢去除效果更好，可明顯提升電化學法鋅垢去除效率，具有安全、環(huán)保、高效、降低成本的特點。

2、為了達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種濁環(huán)水系統(tǒng)中電化學除鋅垢反應(yīng)器，包括鹽酸噴淋器、微氣泡發(fā)生裝置、陰極和陽極，所述陰極為高熵合金材料，所述陽極為納米零價鐵；所述陰極與陽極為同心套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒為陰極，外筒為陽極；所述微氣泡發(fā)生裝置在所述同心套筒結(jié)構(gòu)的底部，所述鹽酸噴淋器在所述同心套筒結(jié)構(gòu)的頂部。

4、所述陰極與陽極的極板間距為10～20cm。

5、所述陰極直徑為φ20～30cm，所述陽極直徑為φ30～40cm。

6、所述陰極上均勻布置有20～30個直徑為φ3～5cm圓孔。

7、所述高熵合金材料中化學成分按質(zhì)量百分計為：ti：9％～10％，fe：19.5％～20％，cu：20％～22％，co：13％～15％，zn：9.0％～9.5％，cr：13％～15％，mo：10％～13％，h：1.0％～1.2％。該材料內(nèi)部為一種柱狀晶體結(jié)構(gòu)，從而使該高熵合金材料呈現(xiàn)出極強的向流體介質(zhì)釋放自由電子和使流體介質(zhì)產(chǎn)生極化效應(yīng)的獨特功能。

8、陽極材料為納米零價鐵，納米零價鐵價格低廉，導(dǎo)電性強，具有耐腐蝕性。

9、陰極板與陽極板呈同心圓柱體放置(同心套筒結(jié)構(gòu))，這樣的結(jié)構(gòu)可使電化學反應(yīng)作用充分發(fā)揮，使除垢效果顯著增強，陰極板中間的區(qū)域，hcl與zn2+可充分反應(yīng)，進一步去除鋅垢。

10、陰極板上面均勻分布著多個圓孔，可增大陰極的接觸面積，加快反應(yīng)速率。

11、一種凈環(huán)水系統(tǒng)高效電化學除垢方法，具體包括：濁環(huán)水流經(jīng)反應(yīng)器的初始流速為：8m3/h≤流速＜10m3/h，運行1～2h后流速調(diào)整為：10m3/h≤流速≤15m3/h，高流速運行時間設(shè)置為10～20min，高低流速交替運行，起始電壓設(shè)置為7～9v，運行1～2h后電壓調(diào)整為4～6v；

12、反應(yīng)器底部通過微氣泡發(fā)生裝置通入20～50μm的微氣泡，頂部通過鹽酸噴淋器噴灑1～2mol/l?hcl溶液，調(diào)節(jié)濁環(huán)水ph4～6。

13、微氣泡的設(shè)置可使頂部噴灑的hcl溶液在微氣泡的作用下混合更充分完全，微氣泡還可起到氣浮的作用，使成垢離子和松軟脫落的水垢隨氣泡上浮到水面而被去除。

14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

15、本發(fā)明解決了陰極板易結(jié)垢的問題，使電化學反應(yīng)速率明顯提高。本發(fā)明的電化學反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)簡單，處理成本低，反應(yīng)高效，徹底解決了濁環(huán)水系統(tǒng)鋅垢腐蝕難題。

16、本發(fā)明既在電化學除垢裝置的結(jié)構(gòu)上進行了優(yōu)化，又創(chuàng)新性的采用了一種高熵合金材料作為電極，使電極抗腐蝕能力顯著增強，當流體介質(zhì)以一定流速流經(jīng)該高熵合金材料后，高熵合金材料可向流體釋放電子，改變流體靜電位，使流體產(chǎn)生極化現(xiàn)象，使流體中的陰、陽離子不易結(jié)合形成垢，同時能使已經(jīng)板結(jié)的垢塊逐漸溶解、脫落，達到防垢、除垢的功能，特別針對鋅垢，處理效果顯著，本發(fā)明經(jīng)濟高效，無二次污染。