一種防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)及其使用方法與流程

本發(fā)明屬于電化學法水處理技術(shù)領域，特別是一種防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)：

我國是一個水資源貧乏的國家，年降水量為630mm，低于全球陸面平均的834mm，年平均淡水資源總量為2.8萬億m³，人均占有水量僅為2300m³，居世界第109位，是世界上人均占有水資源最貧乏的13個國家之一。而我國又是一個農(nóng)業(yè)大國，總供水量的64％被用于農(nóng)業(yè)灌溉。滴灌由于其精細、水的利用率高等優(yōu)點，受到廣泛的關(guān)注。因此，用再生水滴灌是一種合理的灌水模式。

我國的滴灌技術(shù)還處于初級階段，還未完全掌握灌水器設計和制作的關(guān)鍵技術(shù)；再加上由于灌水器是利用壓力系統(tǒng)按照作物需水要求，通過配水管道系統(tǒng)的狹長流道或微孔后，將水和作物生長所需肥水養(yǎng)分以均勻地、小流量地、準確地直接輸送到植物、作物根部的土壤表面或土層中，使作物根部的土壤經(jīng)常保持在最佳水、肥、氣狀態(tài)的灌水用器具，而再生水中含有大量的顆粒物、營養(yǎng)鹽分、有機物、微生物等物質(zhì)，灌水器堵塞問題越發(fā)嚴重，已經(jīng)嚴重限制和制約滴灌技術(shù)的發(fā)展以及推廣。

加拿大Andrew最早發(fā)現(xiàn)了可以用電化學方法來抑制微生物的生長，他們使用銅和鉑金屬來進行微生物的富集，發(fā)現(xiàn)無論是將銅還是鉑金屬進行陽極極化都可以減少微生物的附著情況(GORDON A S,GERCHAKOV S M,UDEY L R.THE EFFECT OF POLARIZATION ON THE ATTACHMENT OF MARINE-BACTERIA TO COPPER AND PLATINUM SURFACES.CANADIAN JOURNAL OF MICROBIOLOGY,1981,27(7):698～703)。

中國專利CN203461886U公開了一種水處理裝置，可以起到高效除垢與殺菌滅藻的效果。

中國專利CN202705125U公開了一種有效地解決供用水設備的防垢除垢和殺菌滅藻的一種電子水處理器。

中國專利CN2670350Y公開了一種智能型電子水處理器，包括：電源、與電源聯(lián)接的副機及控制系統(tǒng)；控制系統(tǒng)中設有可編程時控器，因此可按預先自行設定的操作程序完全自動地進行水處理器的除垢防垢。

陽極在此電化學系統(tǒng)中由于通電的作用，消耗極快，因此本發(fā)明的出發(fā)點是為了可以便捷地拆卸、更換陽極。另外，該電化學系統(tǒng)的操作較為簡單，應用比較廣泛，而本發(fā)明應用于解決再生水滴灌時灌水器的堵塞問題，在通電時，使得再生水中的易成垢的鈣鎂硬度離子，以及易聚集的微生物等從再生水中脫離，安全、綠色、高效地解決了灌水器的堵塞問題。再生水的重復利用，在一定程度上緩解了水資源短缺的情況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種可以拆卸更換陽極的防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)。

本發(fā)明的另一目的是提供使用防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)進行凈水的方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)，與滴灌系統(tǒng)6連接，該電化學凈水系統(tǒng)包括電化學裝置1、電源2、蠕動泵3、進水瓶4和出水瓶5；

電化學裝置1包括陽極7、陰極8、殼體9、進水口11、出水口12、取樣口13、排污口14和排氣口15；

陰極8放置在殼體9內(nèi)，貼在殼體9的內(nèi)壁上；

陽極7位于殼體9內(nèi)，陽極7與殼體9可拆卸地連接；

陽極7和陰極8與電源2相連；

殼體9頂端設置排氣口15，殼體9底端設置排污口14，在殼體9上設置取樣口13；

殼體9下部設置進水口11，上部設置出水口12；

進水瓶4、蠕動泵3和電化學裝置1的進水口11順序連通，電化學裝置1的出水口12與出水瓶5連通，出水瓶5與滴灌系統(tǒng)6連通。

殼體9的材質(zhì)為有機玻璃，殼體9的高徑比為5:1-3:1。

殼體9的有效高度為325mm，有效直徑為80mm，高徑比為4:1。

陽極7為鈦基形穩(wěn)電極，陰極8為不銹鋼。

陽極7為Ti/SnO₂+Sb₂O₃或Ti/IrO₂+RuO₂。

陽極7與殼體9通過螺紋10連接。

陽極7位于殼體9的軸線位置。

一種使用所述的防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)進行凈水的方法，包括如下步驟：

a.將待凈化的水裝入進水瓶4；

b.打開電源2，調(diào)節(jié)電壓，電壓范圍為0-7V；

c.打開蠕動泵3，使待凈化的水進入電化學裝置1，并將蠕動泵3的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至合適值，轉(zhuǎn)速范圍為0-100r/m，控制處理時間；

d.達到設定的預設處理時間0-48h時，停止反應。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明應用于再生水滴灌系統(tǒng)的灌水器堵塞問題，與傳統(tǒng)的控制堵塞技術(shù)—化學加氯法相比，只需使用電能，無需添加任何化學試劑，不會污染環(huán)境，清潔、綠色、無污染。

(2)在電解條件下，陽極的損耗極大，本發(fā)明的陽極與反應器的有機玻璃外殼間采用螺紋連接，方便陽極的拆卸、清洗以及更換。

(3)本發(fā)明可以通過控制與凈水系統(tǒng)連接的電源的電壓、蠕動泵的轉(zhuǎn)速來改變凈水系統(tǒng)的反應電壓、進水流速以及水力停留時間，簡單、方便、快捷，僅在施加低壓條件下便可以去除再生水中的鈣鎂等硬度離子和微生物，從而緩解了滴灌灌水器堵塞的情況。

(4)本發(fā)明的電化學裝置的殼體為有機玻璃，陽極為鈦基形穩(wěn)電極，陰極為不銹鋼，并且該系統(tǒng)只需一個很小的電壓即可，安全、綠色，且無需添加任何化學試劑，不會為環(huán)境帶來額外的污染，可以保護環(huán)境。

附圖說明

圖1為防控灌溉堵塞的電化學方法示意圖；

圖2為電化學反應器的示意圖。

附圖標記：

1電化學裝置 2電源 3蠕動泵

4進水瓶 5出水瓶 6滴灌系統(tǒng)

7陽極 8陰極 9殼體

10螺紋 11進水口 12出水口

13取樣口 14排污口 15排氣口

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

如圖1所示，一種防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)，與滴灌系統(tǒng)6連接，用于控制滴灌系統(tǒng)6的灌水器生物堵塞和化學堵塞問題。該凈水系統(tǒng)包括電化學裝置1、電源2、蠕動泵3、進水瓶4和出水瓶5。

如圖2所示，電化學裝置1包括陽極7、陰極8、殼體9、進水口11、出水口12、取樣口13、排污口14和排氣口15。

殼體9的材質(zhì)為有機玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，具有較好的透明性、化學穩(wěn)定性；殼體9的高徑比為5:1-3:1，優(yōu)選地，殼體9的有效高度為325mm，有效直徑為80mm，高徑比為4:1。

陽極7為鈦基形穩(wěn)電極，如Ti/SnO₂+Sb₂O₃、Ti/IrO₂+RuO₂，陰極8為不銹鋼。

陰極8放置在殼體9內(nèi)，貼在殼體9的內(nèi)壁上。

陽極7位于殼體9內(nèi)，優(yōu)選地，陽極7位于殼體9的軸線位置；陽極7與殼體9可拆卸地連接。本實施例中，陽極7上端和下端均設置螺紋10，與殼體9通過螺紋10連接，用于固定陽極7，避免在高速水流下發(fā)生位移，并方便陽極7的拆卸、清洗以及更換。

陽極7和陰極8與外接的電源2相連。

殼體9頂端設置排氣口15，排氣口15處連接氣袋用來收集產(chǎn)生的氣體；殼體9底端設置排污口14；在殼體9上設置取樣口13；在取樣口13、排污口14處連接硅膠管并用止水夾夾緊。

殼體9下部設置進水口11，上部設置出水口12。進水口11在下，出水口12在上，可以消除重力對待處理水的影響，使水混合更加均勻。

進水瓶4、蠕動泵3和電化學裝置1的進水口11順序通過硅膠管連通，電化學裝置1的出水口12與出水瓶5通過硅膠管連通，出水瓶5與滴灌系統(tǒng)6連通。

再生水通過蠕動泵3由電化學裝置1的進水口11進入電化學裝置1內(nèi)，電化學裝置1的陽極7和陰極8與外接電源2相連，在電化學裝置1內(nèi)形成一個穩(wěn)定的電場。通過調(diào)節(jié)蠕動泵3的轉(zhuǎn)速來控制水力在電化學裝置1內(nèi)停留的時間。待處理完畢后，水由出水口12流出電化學裝置1進入出水瓶5，從而獲得已經(jīng)殺菌、得到軟化的水質(zhì)。

電化學凈水系統(tǒng)在控制堵塞過程中，可以通過控制外部連接的電源2改變電化學凈水系統(tǒng)施加的電壓，電壓范圍為0-7V。

電化學凈水系統(tǒng)在控制堵塞過程中，可以通過控制蠕動泵3的轉(zhuǎn)速來改變電化學裝置1的進水的速率。

電化學裝置1在通電情況下，水中的成垢離子因為電化學作用結(jié)垢從廢水中脫離而沉積在陰極8的壁上。微生物及藻類也由于電化學作用及電化學作用后產(chǎn)生物質(zhì)的綜合作用而死亡，殘渣最終從電化學裝置1底部的排污口14排出，達到去除水垢、殺菌滅藻的效果。

一種使用防控灌溉堵塞的電化學凈水系統(tǒng)進行凈水的方法，包括如下步驟：

a.將待凈化的水裝入進水瓶4；

b.打開電源2，調(diào)節(jié)電壓，電壓范圍為0-7V；

c.打開蠕動泵3，使待凈化的水進入電化學裝置1，并將蠕動泵3的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至合適值，轉(zhuǎn)速范圍為0-100r/m，控制處理時間；

d.達到設定的預設處理時間0-48h時，停止反應。

實施例1

將再生水裝入到進水瓶4中，再生水從北京信通碧水再生水有限公司獲得，采用美國深池曝氣污水再生與回用(簡稱DCWWRR)生態(tài)處理工藝，通過蠕動泵3使再生水進入到電化學裝置1內(nèi)。

陽極選用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

實驗表明，在陽極為Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反應電壓為4V，處理時間為48h時，殺菌率可以達到72％，硬度降低率也可以達到24.47％，堿度與原水相比也有所降低。

實施例2

將人工配好的高硬度高堿度水(由分析純試劑CaCl₂和NaHCO₃按1:2摩爾比在純凈水中配制而成，總硬度范圍為0.004-0.007mol/L，總堿度范圍為250-400mg/L)裝入到進水瓶4中，由蠕動泵3將人工配水打入到電化學裝置1中。

陽極選用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

實驗表明，在陽極為Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反應電壓為4V，處理時間為48h時，水的硬度降低率達到17.32％，堿度降低率達27.54％。

實施例3

將再生水裝入到進水瓶4中，再生水從北京信通碧水再生水有限公司獲得，采用美國深池曝氣污水再生與回用(簡稱DCWWRR)生態(tài)處理工藝，通過蠕動泵3使再生水進入到電化學裝置1內(nèi)，設置水力在電化學裝置1中停留時間為48h。

陽極選用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

實驗表明，在陽極為Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反應電壓為4V，處理時間為48h時，殺菌率可以達到90％以上，水的硬度降低率也可以達到50.34％，堿度與原水相比也有所降低。

實施例4

將再生水裝入到進水瓶4中，再生水從北京信通碧水再生水有限公司獲得，采用美國深池曝氣污水再生與回用(簡稱DCWWRR)生態(tài)處理工藝，通過蠕動泵3使再生水進入到電化學裝置1內(nèi)。

陽極選用Ti/IrO₂+RuO₂。

實驗表明，在陽極為Ti/IrO₂+RuO₂，反應電壓為7V，處理時間為48h時，殺菌率為99.95％，硬度去除率為66.21％，堿度去除率為88.81％。