CN204625269U - 具有自净化功能的饮用水电解反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有自净化功能的饮用水电解反应器，它包括反应电极组件、反应器壳体组件，还包括冲洗组件、控制器；其中，应电极组件设置在反应器壳体组件的内部；控制器分别与冲洗组件的冲洗连接口和自动控制阀相连接，同时控制器与反应器壳体组件的电极接线柱相连接；控制器控制反应电极组件)的电解电流、电压、电极极性转换；同时控制自动控制阀的电磁阀的打开或关闭，利用水流对反应电极组件进行反冲洗。本实用新型具有电极转换和自动冲洗功能，采用钛基复合材料电极对原水进行净化处理，不添加任何化学添加剂，除去原水中的重金属、微生物等污染物，增加溶解氧，改善水质，保留原水中有益于人体健康的矿物质和微量元素。

Description

具有自净化功能的饮用水电解反应器

技术领域

本实用新型属于饮用水电解反应器技术领域，涉及一种无隔膜大流量可控自净化快速饮用水处理装置，具体涉及一种具有自净化功能的饮用水电解反应器。

背景技术

水作为一种电解质和溶剂，由于其中含有大量离子、胶体带电基团，所以可以使用电化学方法对其进行净化处理。其基本净化反应机理为：

阴极还原：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

阳极氧化：2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂↑

2Cl^--2e^-→Cl₂

CL₂发生歧化反应：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

由于采用铁基或其它电极进行电解处理，电极反应还伴有其它相应的产物产生，如铁电极的溶解等等，因电极材料不同而有差异。电解反应产生的O₂有抑制厌氧类微生物的生长的作用，HClO具有较强的杀菌灭藻能力，可用于杀菌消毒；部分O₂溶于水增加了产水的溶解氧含量。例如，对于铁电极，还会发生以下反应：

Fe-2e^-→Fe²⁺

Fe²⁺-e^-→Fe³⁺

Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)3↓

目前常见的利用电解方法处理水的工艺主要有以下两种：一是利用可牺牲阳极，即石墨、铁、不锈钢等金属电极制成的电解槽被大量使用于污水处理领域，可以起到絮凝、曝气等作用，有效降低污水的化学需氧量(简称为“COD”)和浊度等指标，并有杀菌消毒的作用。但是由于阳极在电解反应中析出或溶解，并且整体处理选择性低，并不适用于饮用净水领域。二是利用贵金属惰性电极制成有隔膜的电渗析电解槽，其产品多称为电解水机，其阴极产生碱性水，阳极产生酸性水，中间用半透性隔膜将酸碱性水隔开，再并分别引出供不同用途。由于对净水电解电极要求高、价格贵，电解水机多用于家庭小容量制取功能水，而并不完全是饮用净水。

在现有技术中，也未发现电极转换和自动冲洗功能。

实用新型内容

本实用新型采用电化学原理，采用钛基复合材料电极、钛基贵金属材料涂覆层电极或贵金属(如铂)电极对特定指标内的原水进行净化处理，不添加任何化学添加剂，除去原水中的重金属、微生物等污染物，增加溶解氧，改善水质，保留原水中有益于人体健康的矿物质和微量元素，同时增加具有电极转换和冲洗功能。具体的技术方案是：

具有自净化功能的饮用水电解反应器，包括反应电极组件(1)、反应器壳体组件(2)，其特征在于：

还包括冲洗组件(3)、控制器(4)；其中，

所述反应电极组件(1)包括依次相连接的反应电极(5)、电极固定座(6)和电极接线柱(8)；

所述反应器壳体组件(2)包括壳体(9)、顶盖(10)、进水口管路(11)、出水口管路(12)、冲洗连接口(13)；其中，所述顶盖(10)可拆卸地盖合在所述壳体(9)上，所述出水口管路(12)、电极接线柱(8)分别穿过所述顶盖(10)；

所述冲洗组件(3)包括两者相连的自动控制阀(14)和冲洗水出口(15)；

所述反应电极组件(1)设置在所述反应器壳体组件(2)的内部；所述控制器(4)分别与所述冲洗组件(3)的所述冲洗连接口(13)和所述自动控制阀(14)相连接，同时所述控制器(4)与所述反应器壳体组件(2)的所述电极接线柱(8)相连接；

所述控制器(4)控制所述反应电极组件(1)的电解电流、电压、电极极性转换；同时控制所述自动控制阀(14)的电磁阀的打开或关闭，利用水流对所述反应电极组件(1)进行反冲洗；

所述壳体(9)的下部与所述进水口管路(11)和所述冲洗组件(3)相连通；

所述顶盖(10)与所述电极接线柱(8)之间绝缘密封，所述出水口管路(12)与所述顶盖(10)之间密封。

进一步的，所述控制器(4)包括恒流稳压直流电源模块(16)、电极极性转换模块(17)、反冲洗控制模块(18)；其中，所述恒流稳压直流电源模块(16)可根据水质情况给所述电极极性转换模块(17)供电；所述电极极性转换模块(17)可按预先设置的时间自由控制所述反应电极组件(1)的电极极性，同时传给所述反冲洗控制模块(18)正负极转换信号；所述反冲洗控制模块(18)可在所述反应电极组件(1)的电极极性转换时控制水流对所述反应电极组件(1)进行反冲洗，反冲洗的时间和频次可自由设定。

进一步的，所述恒流稳压直流电源模块(16)可提供包括0A～30A/-100V～+100V-DC范围之间任意值；所述反冲洗的电极极性转换时间自由设定，包括0～48h范围之间任意值。

进一步的，所述反应电极(5)为一组或多组的电极板(19)构成；每组所述电极板(19)成对交错使用并具有正极、负极；所述电极板(19)之间由电极固定块(7)支撑固定并隔离绝缘。

进一步的，所述反应电极(5)为2组所述电极板(19)构成。

进一步的，所述电极板(19)上可以开孔，开孔可以是圆形、椭圆形或多边孔。

进一步的，所述电极板(19)的形状可以是板状，还可以是棒状、筒状、网状、蜂窝状或其它能增加反应接触面积的结构；所述电极板(19)的板状也可以是网板、微孔板或多孔板。

进一步的，所述电极板(19)的材料为钛基复合材料、贵金属材料或具有钛基贵金属材料涂覆层的材料。

进一步的，所述贵金属材料为铂、钌或铱。

进一步的，所述反应电极(5)与所述电极固定座(6)之间采用焊接或接插方式相连接；所述电极固定座(6)具有与所述电极板(19)相适应连接的卡槽；所述电极板(19)再通过所述卡槽与所述电极柱(8)相互绝缘并电连接；所述电极固定块(7)与所述卡槽的材料为绝缘材料。

进一步的，所述出水口管路(12)还连接有一段水管或活接头；所述反应器壳体(9)的材料为透明聚砜、UPVC、有机玻璃或金属材料。

进一步的，所述进水口管路(11)与所述出水口管路(12)的水流方向可以互相调换，采用逆流水方式，从所述出水口管路(12)进水，从所述进水口管路(11)出水。

本实用新型的基本净化反应机理为：

阴极还原：2H₂O+2e^-→2OH^-+H₂↑

Mⁿ⁺+nOH^-→M(OH)_n↓(难溶金属离子沉淀)，

Mⁿ⁺+ne^-→M↓(重金属离子析出)；

阳极氧化：2H₂O-4e^-→4H⁺+O₂↑

2Cl^--2e^-→Cl₂

CL₂发生歧化反应：

Cl₂+H₂O→HClO+HCl

其中，Mⁿ⁺代表金属离子(重金属离子以及钙、镁、铁等金属离子为代表)。

在阴极由于水的电解，电极附近产生了较多的OH^-离子，OH^-能与重金属离子反应生成难溶于水的M(OH)_n沉淀析出(少量的钙、镁、铁等金属离子也可以生成氢氧化物沉淀析出)，部分不活泼重金属离子会得到电子还原成单质析出；O₂及反应过程中生成的O·、HO·自由基具有强氧化性，可以降解水中有机物，HClO具有强除菌能力，可用于杀菌消毒；部分O₂溶于水增加了产水的溶解氧含量。故电解反应可以达到降解有机物、杀菌消毒、去除重金属离子、增加水中溶解氧的作用。

电极在反应一段时间后，极板上会附着一些沉积物，电极极板极性转换后，沉积、附着在阴极表面的沉淀物迅速脱落，同时被冲洗水流冲走。

本实用新型有益的技术特点是：采用钛基复合材料电极、钛基贵金属材料涂覆层电极或贵金属(如铂)电极，具有电极材料不溶解、自身不反应、析氧析氯电位低和催化作用，同时在电解反应其中提供电场环境、正负电极附近分别提供氧化、还原环境以及酸碱性环境，有助于电化学反应的进行即氧气、氯气的产生、重金属还原析出、难溶金属氧化物、氢氧化物等物质沉积、有毒有害有机物的氧化还原降解、水分子团重排变小。本实用新型同时具有电极转换和冲洗功能，可应用于各类净水设备的核心部件装置，具有处理能力强，使用寿命长，可控自净化。

本实用新型的技术效果是：在温度一定时，将特定指标内的原水引入饮用水电解反应器，水流经过进水口进入反应器壳体，控制水流流率、反应电极板施加的电流、电压，可在反应器壳体内对原水快速进行电化学氧化还原反应。由于壳体内水流流速较大、并有极板作为扰流器、取消隔膜设计，可认为水流在其中的流型为湍流，反应液经过充分混合和反应，且反应是均匀的。

经过电解反应的原水，可以有效地去除有机污染物，镍、砷等金属、非金属有毒有害离子或基团，大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致病菌群。

外接稳压直流电源可以设定0～48h内的电极极性转换时间，通过电极转换可以有效清除极板上附着的电解析出物和沉淀物，保证电极清洁和反应活性。

本实用新型可以广泛应用于各类饮用净水领域。

附图说明

图1，是本实用新型的结构示意图。

图2，是本实用新型的控制器原理框图。

图3，是本实用新型的反应电极组件结构示意图。

图4，是本实用新型的反应电极板的结构示意图。

其中，1--电极组件、2--反应器壳体组件、3--冲洗组件、4--控制器、5--反应电极、6--电极固定座、7--电极固定块、8--电极接线柱、9--壳体、10--顶盖、11--进水口管路、12--出水口管路、13--冲洗连接口、14--自动控制阀、15--冲洗水出口、16--恒流稳压直流电源模块、17--电极极性转换模块、18--反冲洗控制模块、19--电极板。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的实施例进行详细叙述。

如图1所示，是本实用新型的结构示意图。图中箭头方向为反应器工作时的水流走向，即一般水流从上向下流动，同时也可从下向上流动。所述反应器壳体9的材料为透明聚砜、UPVC、有机玻璃或金属材料制作，耐热耐压，上部由螺纹、密封圈与顶盖10连接。反应电极5固定在电极固定座6上并在反应器壳体9内中心位置，水流由下向上通过反应器壳体9，并完全浸没反应电极5，在其中做湍流流动。由控制器4对反应电极5供电和控制，在反应器壳体9内发生电化学氧化还原反应，并在预定时间内转换电极极性，使电解反应生成的析出物溶出、脱落保护电极，并对电极进行冲洗，延长使用寿命。出水口12将反应后的水引出本实用新型，与后置其它设备连接进一步过滤净化。冲洗连接口13可连接电磁阀类的自动控制阀14，在控制器4控制下，在转换电极极性时打开，将溶出、脱落的有害物质冲洗排出。

通过前置预制净水装置对原水进行初步过滤处理，将达到本实用新型进水水质要求的原水引入本实用新型。进水口管路11与原水进水管路连接，根据材料类型可采用胶粘(PVC-U)、热熔(PPR)、焊接(金属)、活接连接或法兰连接。

电极接线柱8、电极固定座6固定在顶盖10上，电极接线柱8外露外敷绝缘层，电极接线柱8与控制器4连接，电极固定座6在顶盖内部，可以固定反应电极组件1；电极固定块7确保电极间距。

如图2所示，是本实用新型的控制器原理框图。外接电流输入给恒流稳压直流电源模块16，恒流稳压直流电源模块16通过电极极性转换模块17给反应电极5提供电流；电极极性转换模块17控制电流正负极转换；电极极性转换模块17进行电流正负极转换的同时给反冲洗控制模块18正负极转换信号，反冲洗控制模块18控制自动控制阀14打开，进行冲洗，冲洗时间可以设定；冲洗结束，自动控制阀14关闭。

如图3～4所示，分别是本实用新型的反应电极组件结构示意图和反应电极板的结构示意图。反应电极5由钛基复合材料、钛基贵金属材料涂覆层电极或贵金属(如铂)材料构成，正负极材料规格相同，成对通过电极板19的卡槽安装并与电极柱8连接，根据进水处理量可安装多对。电极板19形状可以是棒状、片状、筒状、网状、蜂窝状或其他形状，为增加反应接触面积，电极板19上可以开孔，开孔可以是矩形、圆形、六方孔或其他形状，电极板19也可以是网板、微孔板、多孔板或其它表面积较大的材质。反应电极5可以由一组(1块阳极、1块阴极)电极板19，也可以是2组、3组或多组电极板19构成。

本实例仅为本实用新型的一种实施例，如需进一步改善反应器壳体内的流型，使反应更加均匀，也可采用逆流的进出水方式，即从下进水口进水，上出水口出水，随工程设计需要改变。

与现有技术相比，本实施例所述饮用水电解反应器同时具有对特定指标内的原水进行净化处理、降解有机物、减少重金属、杀菌消毒的作用，同时具有处理量大、设备结构简单、无隔膜流型好的特点，并且通过外接可控稳压直流电源可以对电极进行保护、自净化操作。

Claims (12)

1.具有自净化功能的饮用水电解反应器，包括反应电极组件(1)、反应器壳体组件(2)，其特征在于：

还包括冲洗组件(3)、控制器(4)；其中，

所述反应电极组件(1)包括依次相连接的反应电极(5)、电极固定座(6)和电极接线柱(8)；

所述反应器壳体组件(2)包括壳体(9)、顶盖(10)、进水口管路(11)、出水口管路(12)、冲洗连接口(13)；其中，所述顶盖(10)可拆卸地盖合在所述壳体(9)上，所述出水口管路(12)、电极接线柱(8)分别穿过所述顶盖(10)；

所述冲洗组件(3)包括两者相连的自动控制阀(14)和冲洗水出口(15)；

所述反应电极组件(1)设置在所述反应器壳体组件(2)的内部；所述控制器(4)分别与所述冲洗组件(3)的所述冲洗连接口(13)和所述自动控制阀(14)相连接，同时所述控制器(4)与所述反应器壳体组件(2)的所述电极接线柱(8)相连接；

所述控制器(4)控制所述反应电极组件(1)的电解电流、电压、电极极性转换；同时控制所述自动控制阀(14)的电磁阀的打开或关闭，利用水流对所述反应电极组件(1)进行反冲洗；

所述壳体(9)的下部与所述进水口管路(11)和所述冲洗组件(3)相连通；

所述顶盖(10)与所述电极接线柱(8)之间绝缘密封，所述出水口管路(12)与所述顶盖(10)之间密封。

2.根据权利要求1所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述控制器(4)包括恒流稳压直流电源模块(16)、电极极性转换模块(17)、反冲洗控制模块(18)；其中，所述恒流稳压直流电源模块(16)可根据水质情况给所述电极极性转换模块(17)供电；所述电极极性转换模块(17)可按预先设置的时间自由控制所述反应电极组件(1)的电极极性，同时传给所述反冲洗控制模块(18)正负极转换信号；所述反冲洗控制模块(18)可在所述反应电极组件(1)的电极极性转换时控制水流对所述反应电极组件(1)进行反冲洗，反冲洗的时间和频次可自由设定。

3.根据权利要求2所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述恒流稳压直流电源模块(16)可提供包括0A～30A/-100V～+100V-DC范围之间任意值；所述反冲洗的电极极性转换时间自由设定，包括0～48h范围之间任意值。

4.根据权利要求1所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述反应电极(5)为一组或多组的电极板(19)构成；每组所述电极板(19)成对交错使用并具有正极、负极；所述电极板(19)之间由电极固定块(7)支撑固定并隔离绝缘。

5.根据权利要求4所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述反应电极(5)为2组所述电极板(19)构成。

6.根据权利要求4或5所述的具有自净化功能的饮用水电解反应 器，其特征在于：所述电极板(19)上可以开孔，开孔可以是圆形、椭圆形或多边孔。

7.根据权利要求6所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述电极板(19)的形状可以是板状，还可以是棒状、筒状、网状、蜂窝状或其它能增加反应接触面积的结构；所述电极板(19)的板状也可以是网板、微孔板或多孔板。

8.根据权利要求4、5或7所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述电极板(19)的材料为钛基复合材料、贵金属材料或具有钛基贵金属材料涂覆层的材料。

9.根据权利要求8所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述贵金属材料为铂、钌或铱。

10.根据权利要求4、5、7或9所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述反应电极(5)与所述电极固定座(6)之间采用焊接或接插方式相连接；所述电极固定座(6)具有与所述电极板(19)相适应连接的卡槽；所述电极板(19)再通过所述卡槽与所述电极接线柱(8)相互绝缘并电连接；所述电极固定块(7)与所述卡槽的材料为绝缘材料。

11.根据权利要求10所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述出水口管路(12)还连接有一段水管或活接头；所述反应器壳体(9)的材料为透明聚砜、UPVC、有机玻璃或金属材料。

12.根据权利要求1、2、3、4、5、7、9或11所述的具有自净化功能的饮用水电解反应器，其特征在于：所述进水口管路(11)与所述 出水口管路(12)的水流方向可以互相调换，采用逆流水方式，从所述出水口管路(12)进水，从所述进水口管路(11)出水。