一种防控灌溉堵塞的电化学净水系统及其使用方法与流程

本发明属于电化学法水处理技术领域，特别是一种防控灌溉堵塞的电化学净水系统及其使用方法。

背景技术：

我国是一个水资源贫乏的国家，年降水量为630mm，低于全球陆面平均的834mm，年平均淡水资源总量为2.8万亿m³，人均占有水量仅为2300m³，居世界第109位，是世界上人均占有水资源最贫乏的13个国家之一。而我国又是一个农业大国，总供水量的64％被用于农业灌溉。滴灌由于其精细、水的利用率高等优点，受到广泛的关注。因此，用再生水滴灌是一种合理的灌水模式。

我国的滴灌技术还处于初级阶段，还未完全掌握灌水器设计和制作的关键技术；再加上由于灌水器是利用压力系统按照作物需水要求，通过配水管道系统的狭长流道或微孔后，将水和作物生长所需肥水养分以均匀地、小流量地、准确地直接输送到植物、作物根部的土壤表面或土层中，使作物根部的土壤经常保持在最佳水、肥、气状态的灌水用器具，而再生水中含有大量的颗粒物、营养盐分、有机物、微生物等物质，灌水器堵塞问题越发严重，已经严重限制和制约滴灌技术的发展以及推广。

加拿大Andrew最早发现了可以用电化学方法来抑制微生物的生长，他们使用铜和铂金属来进行微生物的富集，发现无论是将铜还是铂金属进行阳极极化都可以减少微生物的附着情况(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)。

中国专利CN203461886U公开了一种水处理装置，可以起到高效除垢与杀菌灭藻的效果。

中国专利CN202705125U公开了一种有效地解决供用水设备的防垢除垢和杀菌灭藻的一种电子水处理器。

中国专利CN2670350Y公开了一种智能型电子水处理器，包括：电源、与电源联接的副机及控制系统；控制系统中设有可编程时控器，因此可按预先自行设定的操作程序完全自动地进行水处理器的除垢防垢。

阳极在此电化学系统中由于通电的作用，消耗极快，因此本发明的出发点是为了可以便捷地拆卸、更换阳极。另外，该电化学系统的操作较为简单，应用比较广泛，而本发明应用于解决再生水滴灌时灌水器的堵塞问题，在通电时，使得再生水中的易成垢的钙镁硬度离子，以及易聚集的微生物等从再生水中脱离，安全、绿色、高效地解决了灌水器的堵塞问题。再生水的重复利用，在一定程度上缓解了水资源短缺的情况。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可以拆卸更换阳极的防控灌溉堵塞的电化学净水系统。

本发明的另一目的是提供使用防控灌溉堵塞的电化学净水系统进行净水的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种防控灌溉堵塞的电化学净水系统，与滴灌系统6连接，该电化学净水系统包括电化学装置1、电源2、蠕动泵3、进水瓶4和出水瓶5；

电化学装置1包括阳极7、阴极8、壳体9、进水口11、出水口12、取样口13、排污口14和排气口15；

阴极8放置在壳体9内，贴在壳体9的内壁上；

阳极7位于壳体9内，阳极7与壳体9可拆卸地连接；

阳极7和阴极8与电源2相连；

壳体9顶端设置排气口15，壳体9底端设置排污口14，在壳体9上设置取样口13；

壳体9下部设置进水口11，上部设置出水口12；

进水瓶4、蠕动泵3和电化学装置1的进水口11顺序连通，电化学装置1的出水口12与出水瓶5连通，出水瓶5与滴灌系统6连通。

壳体9的材质为有机玻璃，壳体9的高径比为5:1-3:1。

壳体9的有效高度为325mm，有效直径为80mm，高径比为4:1。

阳极7为钛基形稳电极，阴极8为不锈钢。

阳极7为Ti/SnO₂+Sb₂O₃或Ti/IrO₂+RuO₂。

阳极7与壳体9通过螺纹10连接。

阳极7位于壳体9的轴线位置。

一种使用所述的防控灌溉堵塞的电化学净水系统进行净水的方法，包括如下步骤：

a.将待净化的水装入进水瓶4；

b.打开电源2，调节电压，电压范围为0-7V；

c.打开蠕动泵3，使待净化的水进入电化学装置1，并将蠕动泵3的转速调节至合适值，转速范围为0-100r/m，控制处理时间；

d.达到设定的预设处理时间0-48h时，停止反应。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明应用于再生水滴灌系统的灌水器堵塞问题，与传统的控制堵塞技术—化学加氯法相比，只需使用电能，无需添加任何化学试剂，不会污染环境，清洁、绿色、无污染。

(2)在电解条件下，阳极的损耗极大，本发明的阳极与反应器的有机玻璃外壳间采用螺纹连接，方便阳极的拆卸、清洗以及更换。

(3)本发明可以通过控制与净水系统连接的电源的电压、蠕动泵的转速来改变净水系统的反应电压、进水流速以及水力停留时间，简单、方便、快捷，仅在施加低压条件下便可以去除再生水中的钙镁等硬度离子和微生物，从而缓解了滴灌灌水器堵塞的情况。

(4)本发明的电化学装置的壳体为有机玻璃，阳极为钛基形稳电极，阴极为不锈钢，并且该系统只需一个很小的电压即可，安全、绿色，且无需添加任何化学试剂，不会为环境带来额外的污染，可以保护环境。

附图说明

图1为防控灌溉堵塞的电化学方法示意图；

图2为电化学反应器的示意图。

附图标记：

1电化学装置 2电源 3蠕动泵

4进水瓶 5出水瓶 6滴灌系统

7阳极 8阴极 9壳体

10螺纹 11进水口 12出水口

13取样口 14排污口 15排气口

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，一种防控灌溉堵塞的电化学净水系统，与滴灌系统6连接，用于控制滴灌系统6的灌水器生物堵塞和化学堵塞问题。该净水系统包括电化学装置1、电源2、蠕动泵3、进水瓶4和出水瓶5。

如图2所示，电化学装置1包括阳极7、阴极8、壳体9、进水口11、出水口12、取样口13、排污口14和排气口15。

壳体9的材质为有机玻璃，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，具有较好的透明性、化学稳定性；壳体9的高径比为5:1-3:1，优选地，壳体9的有效高度为325mm，有效直径为80mm，高径比为4:1。

阳极7为钛基形稳电极，如Ti/SnO₂+Sb₂O₃、Ti/IrO₂+RuO₂，阴极8为不锈钢。

阴极8放置在壳体9内，贴在壳体9的内壁上。

阳极7位于壳体9内，优选地，阳极7位于壳体9的轴线位置；阳极7与壳体9可拆卸地连接。本实施例中，阳极7上端和下端均设置螺纹10，与壳体9通过螺纹10连接，用于固定阳极7，避免在高速水流下发生位移，并方便阳极7的拆卸、清洗以及更换。

阳极7和阴极8与外接的电源2相连。

壳体9顶端设置排气口15，排气口15处连接气袋用来收集产生的气体；壳体9底端设置排污口14；在壳体9上设置取样口13；在取样口13、排污口14处连接硅胶管并用止水夹夹紧。

壳体9下部设置进水口11，上部设置出水口12。进水口11在下，出水口12在上，可以消除重力对待处理水的影响，使水混合更加均匀。

进水瓶4、蠕动泵3和电化学装置1的进水口11顺序通过硅胶管连通，电化学装置1的出水口12与出水瓶5通过硅胶管连通，出水瓶5与滴灌系统6连通。

再生水通过蠕动泵3由电化学装置1的进水口11进入电化学装置1内，电化学装置1的阳极7和阴极8与外接电源2相连，在电化学装置1内形成一个稳定的电场。通过调节蠕动泵3的转速来控制水力在电化学装置1内停留的时间。待处理完毕后，水由出水口12流出电化学装置1进入出水瓶5，从而获得已经杀菌、得到软化的水质。

电化学净水系统在控制堵塞过程中，可以通过控制外部连接的电源2改变电化学净水系统施加的电压，电压范围为0-7V。

电化学净水系统在控制堵塞过程中，可以通过控制蠕动泵3的转速来改变电化学装置1的进水的速率。

电化学装置1在通电情况下，水中的成垢离子因为电化学作用结垢从废水中脱离而沉积在阴极8的壁上。微生物及藻类也由于电化学作用及电化学作用后产生物质的综合作用而死亡，残渣最终从电化学装置1底部的排污口14排出，达到去除水垢、杀菌灭藻的效果。

一种使用防控灌溉堵塞的电化学净水系统进行净水的方法，包括如下步骤：

a.将待净化的水装入进水瓶4；

b.打开电源2，调节电压，电压范围为0-7V；

c.打开蠕动泵3，使待净化的水进入电化学装置1，并将蠕动泵3的转速调节至合适值，转速范围为0-100r/m，控制处理时间；

d.达到设定的预设处理时间0-48h时，停止反应。

实施例1

将再生水装入到进水瓶4中，再生水从北京信通碧水再生水有限公司获得，采用美国深池曝气污水再生与回用(简称DCWWRR)生态处理工艺，通过蠕动泵3使再生水进入到电化学装置1内。

阳极选用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

实验表明，在阳极为Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反应电压为4V，处理时间为48h时，杀菌率可以达到72％，硬度降低率也可以达到24.47％，碱度与原水相比也有所降低。

实施例2

将人工配好的高硬度高碱度水(由分析纯试剂CaCl₂和NaHCO₃按1:2摩尔比在纯净水中配制而成，总硬度范围为0.004-0.007mol/L，总碱度范围为250-400mg/L)装入到进水瓶4中，由蠕动泵3将人工配水打入到电化学装置1中。

阳极选用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

实验表明，在阳极为Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反应电压为4V，处理时间为48h时，水的硬度降低率达到17.32％，碱度降低率达27.54％。

实施例3

将再生水装入到进水瓶4中，再生水从北京信通碧水再生水有限公司获得，采用美国深池曝气污水再生与回用(简称DCWWRR)生态处理工艺，通过蠕动泵3使再生水进入到电化学装置1内，设置水力在电化学装置1中停留时间为48h。

阳极选用Ti/SnO₂+Sb₂O₃。

实验表明，在阳极为Ti/SnO₂+Sb₂O₃，反应电压为4V，处理时间为48h时，杀菌率可以达到90％以上，水的硬度降低率也可以达到50.34％，碱度与原水相比也有所降低。

实施例4

将再生水装入到进水瓶4中，再生水从北京信通碧水再生水有限公司获得，采用美国深池曝气污水再生与回用(简称DCWWRR)生态处理工艺，通过蠕动泵3使再生水进入到电化学装置1内。

阳极选用Ti/IrO₂+RuO₂。

实验表明，在阳极为Ti/IrO₂+RuO₂，反应电压为7V，处理时间为48h时，杀菌率为99.95％，硬度去除率为66.21％，碱度去除率为88.81％。