一种电化学水软化-诱导结晶-反渗透耦合水处理系统

本发明属于电化学水处理，涉及一种电化学水软化-诱导结晶-反渗透耦合水处理系统。

背景技术：

1、反渗透水处理技术是一种绿色水处理技术，其优势在于膜分离不涉及化学试剂的投加，污染物截留率极高(脱盐率可达99％)、出水水质好，并且占地小、处理高效、运营维护简单、处理过程不受水质和外界条件的限制，在苦咸水处理、海水淡化和废水深度处理中得到了广泛的应用。

2、然而，作为反渗透水处理技术的核心，反渗透膜在工程实践中表现出许多缺陷，如：

3、膜污染问题：反渗透膜在截留污染物的同时，这些污染物也附着在膜上。污染物与膜、污染物与污染物之间存在相互作用，在膜表面形成污染层，导致膜通量迅速下降。

4、频繁的膜清洗：膜清洗可以去除反渗透膜表面大部分的可逆污染物，但膜清洗需要消耗大量水资源，与废水减量化的初衷背道而驰。此外，膜清洗可能需要投加额外的化学清洗剂，目前常用的清洗方法为酸+螯合剂或碱+螯合剂的形式，产生的酸性或碱性废水可能造成二次污染。

5、水体污染高产水率低：水体污染物浓度较高时，反渗透膜的产水率急剧下降。家用反渗透净水机以市政自来水为进水，产水率可达80％以上；市政废水深度处理过程中反渗透膜的产水率大多在50～65％之间；海水淡化用的工业级反渗透膜，其产水率在35％左右；部分直接用于苦咸水处理的反渗透膜，产水率更低。

6、高成本：当前家用反渗透膜的单价大多在数百元，而国产工业级反渗透膜的单价大多在1000-3000左右，进口工业级反渗透膜单价可高达5000元以上，频繁清洗和更换膜将带来极高的物料成本。

7、反渗透膜的上述缺陷还造成了反渗透工艺使用高压管路、高能耗、高成本等缺陷。园区和企业对工业废水减量化的需求越来越旺盛。

8、因此，对现有的反渗透水处理系统进行优化，在尽可能降低反渗透净水成本的同时，推动废水减量化，可以为企业降低排污成本、提高经济效益。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明具体是通过如下技术方案来实现的。

2、一种电化学水软化-诱导结晶-反渗透耦合水处理系统，包括：电化学子系统、诱导结晶柱、缓冲水槽、反渗透模块；

3、电化学子系统用于对电化学子系统内的污染水施加电流电压从而降低水体硬度、去除水中的cod、抑制水中微生物和藻类生长繁殖；

4、诱导结晶柱用于作为诱导剂，为水垢晶体的生长提供成核位点，诱导电化学子系统内产生的水垢颗粒进行水垢结晶；

5、缓冲水槽用于依靠重力让水垢颗粒进行进一步的沉淀；

6、反渗透模块用于通过半渗透膜去除水中的溶解性固体、有机物、无机物、细菌、病毒、盐分、胶体及溶解性杂质；

7、电化学子系统的入水口连通至污染水源，电化学子系统的出水口连通至诱导结晶柱的上部入水口，诱导结晶柱的下部出水口设置于缓冲水槽中，缓冲水槽的出水口连通至反渗透模块的入水口，反渗透模块的净水排放口连通至净水收集装置；

8、电化学子系统设有第一电极、第二电极、电解槽，第一电极、第二电极沿电解槽的长度方向间隔交错设置，第一电极、第二电极分别电连接至直流电源的正极与负极，第一电极为形稳阳极，形稳阳极包括dsa电极，其他电化学稳定性较好的阳极在本系统中都可以使用；

9、诱导结晶柱呈立柱状，诱导结晶柱内填充有多孔吸附剂。

10、优选的，所述第一电极为钌铱钛电极，第二电极为板状或网状的纯钛或不锈钢电极。

11、优选的，所述第一电极、第二电极等间距间隔设置，第一电极、第二电极完全浸没在电解槽内的污染水中。

12、优选的，所述电化学子系统的工作模式包括：恒流供电模式、恒压供电模式、指数衰减供电模式；

13、当电化学子系统的工作模式为恒流供电模式时，电化学子系统的通电时电流值i不变、通电时间为t1；

14、当电化学子系统的工作模式为恒压供电模式时，电化学子系统的通电时电压值u不变、通电时间为t2；

15、当电化学子系统的工作模式为指数衰减供电模式时，电化学子系统的通电电流随污染水流量和tds的变化为：

16、

17、式(9)中，i0为电流，k1为硬度去除系数，tds为水体总溶解性固体含量，tds0为标准总溶解性固体含量，q为污染水进水流量；k1和tds0为常数，不同工况下k1不同；不同污水排放标准下tds0不同。

18、优选的，所述电化学子系统的处理方式包括：间歇式处理、连续流处理。

19、优选的，所述电解槽底部设有漏斗状下凹的水垢收集仓，水垢收集仓的底部设有水垢排出口；反渗透模块上设有浓水回流口，浓水回流口用于排出反渗透模块过滤后的浓水，浓水回流口连通至电化学子系统的入水口。

20、更优的，所述电化学子系统的入水口处设有第一水泵，反渗透模块的入水口处设有第二水泵，反渗透模块的入水口处、电化学子系统的入水口处还分别设有集成传感器模块，集成传感器模块包括：流量计、tds传感器、电子ph计、电子orp计。

21、更优的，所述电化学子系统的入水口处、电化学子系统的出水口处、水垢排出口处、缓冲水槽的出水口处均分别设有水阀，水阀包括电磁阀。

22、优选的，所述直流电源的电压范围为0v～220v、电流范围为0a～20a。

23、优选的，所述缓冲水槽为长方体状或圆柱体状，缓冲水槽的高度大于长方体长宽或圆柱体直径。

24、本发明的有益效果是：

25、1.本发明提供一种具有长寿命、多功能、低成本、低能耗、高水回收率、高脱盐率的水软化-诱导结晶-反渗透水处理系统，本发明第一电极具有良好的催化氧化活性，可以降解水体中的有机物，减少反渗透模块的有机污染物负荷。第一电极可以将水中的氯离子氧化为次氯酸根、氯自由基等活性氯产物，有效氯浓度和氧化还原电位的提高可以杀灭水体中的藻类和病原体等微生物。本发明第二电极表面发生析氢反应，ph升高使水体中硬度离子沉淀，并在经过诱导结晶系统时被过滤去除，水体硬度大大降低，减少反渗透模块的无机污染物负荷。

26、2.本发明的第一电极采用dsa电极能够保证水软化-诱导结晶-反渗透耦合水处理系统的长时间安全稳定运行。本发明的第二电极采用网状或板状的纯钛或不锈钢电极，造价便宜、机械稳定性和电化学稳定性强，网状电极可以为析氢反应和水垢结晶提供更多位点。

27、3.本发明诱导结晶柱内的非均相诱导剂可以诱导水垢晶体的形成，提高硬度去除率，并过滤水垢颗粒。

28、4.本发明的缓冲水槽可以使预处理后的污水充分混合，缓解电化学模块和反渗透模块因处理能力波动导致的流量差，保证连续流反应系统的正常运行，降低反渗透系统的水力负荷。同时，缓冲水槽可以使诱导结晶系统中未完全沉积的水垢颗粒通过ostwald熟化转变为大尺寸的晶粒，并通过重力沉降在槽底。

29、5.本发明的反渗透装置使用商用的工业级反渗透系统，包括外壳、高压泵和反渗透膜，以达到96％以上的高脱盐率，并排出反渗透浓水。浓水可以回流进入电化学装置，也可以进一步处理或处置。