專利名稱：減少或防止形成水垢的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種減少或防止由水溶液形成水垢的方法以及一種實(shí)施此方法的電解設(shè)備。
由水溶液形成水垢主要?dú)w諸于天然水的鈣和鎂的含量，并無(wú)論是在工商企業(yè)中還是在家務(wù)中存在的一個(gè)普遍的問(wèn)題，因?yàn)樯伤敢鸢嘿F的維修費(fèi)用并縮短儀器設(shè)備的使用壽命。為避免這一問(wèn)題通常添加防止形成水垢的化學(xué)制品，或例如借助于離子交換技術(shù)、反滲透、電解等分離導(dǎo)致水垢形成的物質(zhì)。
此外還已知使用雙極性電極可在電解過(guò)程中充分利用空間-時(shí)間，這種雙極性電極可設(shè)計(jì)為導(dǎo)電和非導(dǎo)電微粒的固定床或?qū)щ娢⒘５牧骰?。這些方法例如在Electrochimica Acta 22,347-352(1977)和Electrochimica Acta 22,1087-1091(1977)中作了介紹，用于制造次溴酸鹽、用于環(huán)氧化苯乙烯、用于合成癸二酸的二甲酯以及用于由海水制造次氯酸鹽。然而在水處理中迄今沒(méi)有使用雙極性電極。
此外由GB-A-1 409 419已知一種使用雙極性固定床電極的電解方法，用于對(duì)水溶液中的有害物質(zhì)如鉻酸、氰化物或硝酸鹽作凈化處理，按此方法在電解質(zhì)中添加化合物，它或它的反應(yīng)產(chǎn)物與有害物質(zhì)起反應(yīng)生成無(wú)害的化合物。此雙極性電極由非金屬導(dǎo)電微粒組成并最好還能含有非導(dǎo)電微粒。
在JP-A-04/027 491中介紹了一種具有雙極性固定床電極的電解槽，為了便于更換固定床它的上端可以翻開(kāi)。
在US-A-4 123 339中還介紹了從水介質(zhì)中電化學(xué)去除污染離子，但在這種方法中使用鐵或不溶解的鐵的化合物構(gòu)成的電極，并在直流電作用下在陽(yáng)極放出鐵離子和在陰極生成氫氧化物，因此與污染的離子一起形成了一種不可溶解的物質(zhì)并可被分離出來(lái)。借助于電壓反向可達(dá)到使電極均勻地消耗。
US-A-3 915 822介紹了一種電化學(xué)槽，它在反應(yīng)區(qū)包含至少一個(gè)導(dǎo)電微粒的床和它有多個(gè)電極，電極確定了相鄰的化學(xué)分段，在這些分段內(nèi)可維持不同的電壓梯度。這種電化學(xué)槽適用于金屬回收、吸收和解吸有機(jī)化合物、廢水氧化、合成有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物等。
在DE-C-4 107 708中建議了一種方法，用于借助于空化和交變電場(chǎng)處理流水防止鈣沉積，按此方法，通過(guò)空化在要處理的水中形成一些區(qū)域，這些區(qū)域內(nèi)的壓力明顯低于周?chē)鷫毫Γ瑥亩鴳?yīng)導(dǎo)致當(dāng)?shù)嘏懦鋈茉谒械腃O2氣體并因而導(dǎo)致干擾碳酸平衡及惡化鈣的溶解度，以及在此方法中，經(jīng)如此處理的水在至少兩個(gè)電極之間流過(guò)。通過(guò)使用具有某種結(jié)構(gòu)如毛粒的表面的電極，應(yīng)能用低電壓達(dá)到期望的處理效果。然而實(shí)踐證明，采用這種方法并不能明顯減少鈣沉積。
此外由EP-A-0 171 357已知一種使水軟化的電化學(xué)方法，其中在陰極周?chē)膲A的pH促使形式上為它們的氧化物和氫氧化物的Ca和Mg離子沉淀，它們沉積在布置在電極之間的多孔惰性材料上。為了使此多孔材料再生，電極的極性可以轉(zhuǎn)換。
因?yàn)檫@些已知的能有效防止或減少由水溶液生成水垢的方法，其先決條件是要添加化學(xué)制品或者要全部或基本上分離出導(dǎo)致生成水垢的物質(zhì)，所以它們往往并不適合或不怎么適合用于水處理。尤其在飲用水處理中通常要求不改變或只是微量改變飲水的天然含鹽量。
現(xiàn)在出人意料地發(fā)現(xiàn)，若水溶液在一電解設(shè)備中預(yù)處理以及這種電解設(shè)備有一雙極性電極和在電極中直流電流方向周期性變換，那么就可以顯著減少或完全防止生成水垢。在比較試驗(yàn)中確證，例如，借助于這種預(yù)處理，在下游的鍋爐中基本上或完全避免了形成水垢。這一發(fā)現(xiàn)特別令人意外的還在于，即使水的含鹽量和pH值實(shí)際上保持不變卻仍能產(chǎn)生同樣的效果。此外令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在電極上施加交流電時(shí)也出現(xiàn)這種效果。對(duì)這種效果迄今還不能解釋清楚。有可能是由于碳酸平衡的小量變動(dòng)延緩了方解石沉淀的運(yùn)動(dòng)，從而在通常在管道和水暖設(shè)備中的逗留時(shí)間的情況下明顯地減少或防止了形成水垢。
因此本發(fā)明涉及一種減少或防止由水溶液形成水垢的方法，按此方法將傾向于形成水垢的水溶液輸入電解箱，電解箱有至少兩個(gè)電極和在電極之間附加的一個(gè)雙極性電極，以及當(dāng)這種水溶液流過(guò)此電解箱后獲得了一種經(jīng)處理的形成水垢的傾向明顯降低了的水溶液，這種方法的特點(diǎn)在于，在電極上施加直流電壓，其中至少一個(gè)電極作為陽(yáng)極連接以及至少一個(gè)電極作為陰極連接，這些電極按時(shí)間間隔以這樣的方式變換極性，即，使得輸入的水的成分基本保持不變；或在電極上施加交流電壓。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，由于過(guò)程參數(shù)和可使用的設(shè)備基本類似，所以術(shù)語(yǔ)“電極”和“電解箱”既可用于直流電運(yùn)行也可用于交流電運(yùn)行，并包括電解業(yè)專家熟知的那些或下面所說(shuō)明的電極和電解箱。在本發(fā)明的范圍內(nèi)術(shù)語(yǔ)“交流電壓”和“交變電流”具體指的是頻率一般為典型的約50Hz的交流電壓和交變電流。在本發(fā)明的范圍內(nèi)水的成分基本不變指的是，經(jīng)處理的水溶液的含鹽量，尤其是有形成水垢傾向的鹽的含量，與輸入的傾向于生成水垢的水溶液的含鹽量沒(méi)有明顯差別。因?yàn)樵诎幢景l(fā)明的方法中基本上可以避免分離溶解的鹽，所以經(jīng)處理的溶液的總硬度與輸入的溶液的總硬度差別不大。
按本發(fā)明的方法基本上可以是一種不需要維護(hù)地用于減少或完全防止由傾向于形成水垢的水溶液生成水垢的方法，在此過(guò)程中基本上不改變?nèi)芤汉}量或pH值或無(wú)需添加化學(xué)軟化劑，以及不同時(shí)產(chǎn)生鹽例如方解石或極硬的水作為廢料。這種方法原則上適用于處理任何傾向于生成水垢的水溶液。最優(yōu)先的應(yīng)用領(lǐng)域是飲用水處理(也就是處理其硬度主要?dú)w諸于存在鈣和鎂離子的水)，在這種情況下盡管基本上或完全防止了形成水垢，仍能基本上保持天然水質(zhì)。另一個(gè)優(yōu)先使用領(lǐng)域是對(duì)用于洗衣機(jī)、沖洗機(jī)和其他設(shè)備中的水進(jìn)行預(yù)處理，迄今在這些設(shè)備中通常須添加軟化劑。
因此按本發(fā)明方法的一個(gè)最佳的方面涉及處理在碳酸鹽、碳酸氫和硫酸鈣、硫酸鎂方面有天然含量的水。
采用按本發(fā)明的方法可以避免同時(shí)產(chǎn)生鹽沉淀例如方解石或由于電極的極性變換導(dǎo)致除去沉淀而產(chǎn)生形式上的極硬的水作為廢料，也就是說(shuō)此方法的特征在于，輸入電解箱的全部水溶液流過(guò)電解箱后形成水垢的傾向顯著降低，以及基本上不同時(shí)產(chǎn)生作為廢料的方解石或極硬水。因?yàn)榘凑者@種新方法基本上可以避免分離溶解的鹽，所以按本發(fā)明處理后的水溶液有這樣一種總硬度，即它最好不高于約1°dH(德國(guó)硬度)，尤其是最高約0.5°dH，它低于輸入的水溶液的總硬度。因?yàn)榘幢景l(fā)明的方法水溶液的pH值也沒(méi)有明顯改變，所以經(jīng)處理的溶液具有這樣的pH值，它最好與輸入的溶液的pH值的差別最多約0.05。
上面提及的在用直流電運(yùn)行情況下電極的極性變換，促使在電解箱內(nèi)磁場(chǎng)方向和電流方向的改變。合乎目的的是可借助于普通的和專業(yè)人員最常用的調(diào)節(jié)和控制器通過(guò)轉(zhuǎn)換所施加的直流電壓的極性來(lái)實(shí)現(xiàn)這種改變。
極性變換可按每一次相同的時(shí)間間隔，例如每2秒鐘，或也可按不同長(zhǎng)度的時(shí)間間隔，例如交替地按較短(例如30秒)和較長(zhǎng)(例如45秒)的時(shí)間間隔周期性地進(jìn)行。時(shí)間間隔的長(zhǎng)短并非關(guān)鍵；但業(yè)已證實(shí)可靠的是一般最多間隔約60秒，最好約1至60秒。
按最簡(jiǎn)單和優(yōu)先的實(shí)施形式，直流電可通過(guò)兩個(gè)交替地連接為陰極和陽(yáng)極的電極輸入和導(dǎo)出。但如果需要也可以使用兩個(gè)以上的電極，例如三個(gè)電極，其中總是有兩個(gè)作為陽(yáng)極和一個(gè)作為陰極連接；或采用四個(gè)電極，其中各有兩個(gè)連接作為陽(yáng)極或作為陰極。在用交流電運(yùn)行時(shí)也可按類似的方式使用兩個(gè)或多個(gè)電極。
直流電壓或交流電壓的最佳值主要取決于電極間距，但通常在每厘米電極間距為約5至20V的范圍內(nèi)。水溶液的流量與電流強(qiáng)度取決于設(shè)備的尺寸、含鹽量、電壓等，但它們并非關(guān)鍵。不過(guò)此方法一般按這樣的方式運(yùn)行，即，流過(guò)電解箱的電流的電流強(qiáng)度與輸入的水溶液流量之比最高約為2A·h/m3，其中優(yōu)先的范圍為約0.5至1.5A·h/m3，尤其是約1.0至1.3A·h/m3。此外一般最好使此方法在電流恒定的情況下實(shí)施，在這種情況下例如對(duì)于電極間距約2cm的小型設(shè)備而言，業(yè)已證實(shí)合用的是電流強(qiáng)度最高約4A，最好最高約2A。典型的是電流強(qiáng)度可約為1-2A，電壓約為20-40V以及流量約0.05至3m3/h。
在設(shè)備第一次投入運(yùn)行時(shí)，生成水垢的傾向的強(qiáng)烈減小通常只能逐漸形成，這可能是因?yàn)橹挥性陔姌O和雙極性電極上沉積了某個(gè)最小量的方解石時(shí)才能完全產(chǎn)生可達(dá)到的效果。然而人們發(fā)現(xiàn)如果在電解箱第一次投入運(yùn)行或電解箱經(jīng)清洗后(或更換了雙極性電極)向電解箱輸入傾向于形成水垢的水溶液；在電極上施加直流電壓；以及電極交替地按較短的較長(zhǎng)的時(shí)間間隔變換極性，直至經(jīng)處理的水溶液形成水垢的傾向得到明顯的降低時(shí)，那么通常在流過(guò)約3-4m3水溶液時(shí)便已經(jīng)達(dá)到了最佳效果。
一些電解設(shè)備適用于實(shí)施按本發(fā)明的方法，它們包括進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和電解箱，電解箱有至少兩個(gè)電極和一個(gè)設(shè)在這兩個(gè)電極之間的雙極性電極，上述兩個(gè)電極中在施加直流電壓的情況下至少一個(gè)作為陰極和至少一個(gè)作為陽(yáng)極連接，此外此設(shè)備的特征在于，電極或連接在交流電源上，或通過(guò)一調(diào)節(jié)器按這樣的方式連接在直流電源上，即，電極可按時(shí)間間隔變換極性。用交流電運(yùn)行的設(shè)備是新的并同樣是本發(fā)明的對(duì)象。因此本發(fā)明同樣涉及一種電解設(shè)備，它包括進(jìn)水系統(tǒng)、出水系統(tǒng)和電解箱，電解箱有至少兩個(gè)電極和一個(gè)設(shè)在電極之間的雙極性電極，在這種情況下此設(shè)備的特征在于，電極連接在交流電源上。以下的說(shuō)明只要沒(méi)有另外強(qiáng)調(diào)說(shuō)明，則既適用于用交流電也適用于用直流電運(yùn)行的電解設(shè)備。
電解箱最好能相對(duì)于進(jìn)水系統(tǒng)和相對(duì)于出水系統(tǒng)借助于一個(gè)制有通孔的外套隔開(kāi)。通孔的大小和形狀應(yīng)最好選擇為，使水溶液的流動(dòng)受到盡可能小的阻擋，但另一方面在使用雙極性微粒電極時(shí)盡可能沒(méi)有微粒能逸出。外套最好用塑料制造，通孔最好能有小圓孔或小縫的形狀。水壓對(duì)于按本發(fā)明的方法并非關(guān)鍵。不過(guò)電解箱和進(jìn)水及出水系統(tǒng)最好設(shè)計(jì)為使壓降盡可能低。
原則上所有通常使用的材料都適合作為電極材料，只要它們應(yīng)用在水處理中是無(wú)害的。通常優(yōu)先用石墨。但同樣可以使用其他材料，例如貴金屬或鍍貴金屬或混合氧化物層的鈦鋼。電極間距并非關(guān)鍵并可例如為約2cm。
施加在電極上的直流或交流電壓可根據(jù)選擇垂直或平行于水溶液的流動(dòng)方向作用。
適用的雙極性的電極專業(yè)人員也是熟知的。按一種優(yōu)先的實(shí)施形式，設(shè)在電極之間的腔內(nèi)的雙極性電極例如是固定床電極，在這種情況下此固定床可主要由導(dǎo)電微粒和非導(dǎo)電微粒組成。適用于作為導(dǎo)電微粒的例如石墨、活性碳、合成碳和貴金屬或其他不放出離子的金屬，其中活性碳和尤其是石墨已證明是特別適合的。適用于作為非導(dǎo)電微粒的原則上包括任何惰性的和不溶于水的非導(dǎo)電材料，尤其是礫石、玻璃和塑料。導(dǎo)電和非導(dǎo)電微粒的微粒大小并非關(guān)鍵；不過(guò)一般優(yōu)先采用具有平均微粒尺寸為約0.5至2mm的材料。為避免短路的危險(xiǎn)，在固定床內(nèi)導(dǎo)電微粒與非導(dǎo)電微粒的容積比最好不大于約1∶1；特別優(yōu)先的比值通常是約1∶2。在采用固定床時(shí)電極最好能直接插入固定床中，以及水溶液最好能從上向下或水平地流過(guò)固定床。
此外例如也可以采用石墨棒來(lái)替代微粒床，為避免短路，石墨棒設(shè)有絕緣材料例如尼龍制的環(huán)并排列成堆疊。例如在Electrochimica Acta22,347-352(1977)中介紹了這樣一種雙極性電極。
按照另一種優(yōu)先的實(shí)施形式，雙極性電極可設(shè)計(jì)為由導(dǎo)電微粒構(gòu)成的流水床，在此實(shí)施形式中水溶液最好從下向上通過(guò)流化床流動(dòng)。在這種實(shí)施形式中流量最好選擇為如此之高，以致僅僅通過(guò)流動(dòng)便造成足夠的渦流。因?yàn)榻柚跍u流避免了短路，因此原則上沒(méi)有必要使用非導(dǎo)電微粒。不過(guò)，如果需要，流化床除導(dǎo)電微粒外也可以包含非導(dǎo)電微粒，在這里上面結(jié)合固定床提及的材料均為優(yōu)先的。特別優(yōu)先的是采用一種僅僅用石墨微粒組成的流化床。
此外，最好也可以采用由導(dǎo)電材料制的多孔薄片作為雙極性電極，它們平行于電極排列。為了使薄片相互之間和與電極之間保持隔開(kāi)，最好能使用由非導(dǎo)電材料例如塑料、玻璃和類似材料制的定距器。
與三維電極不同，在雙極性電極的情況下電流始終被迫既流過(guò)雙極性電極的導(dǎo)電材料也通過(guò)液態(tài)介質(zhì)。在惰性材料與導(dǎo)電材料之間的三角形空隙內(nèi)和在導(dǎo)電材料的孔隙中，存在極高的達(dá)若干千V/m的電場(chǎng)強(qiáng)度。由Onsager的研究(J.Chem.Phys.2,599-615(1934))已知，這種高的場(chǎng)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致改變離解常數(shù)。也許是這種高的場(chǎng)強(qiáng)造成更高的堿性，由此可能導(dǎo)致形成種晶。
原則上在按本發(fā)明的方法中，當(dāng)用直流電運(yùn)行時(shí)，在陽(yáng)極和雙極性電極的陽(yáng)極作用面上或在陰極和雙極性電極的陰極作用面上，發(fā)生如在正常的電解時(shí)相同的電化學(xué)反應(yīng)，也就是由水生成氧和由碳酸氫鹽生成二氧化碳或由水生成氫和由碳酸氫鹽生成碳酸鹽。在陽(yáng)極和雙極性電極陽(yáng)極作用面上的氧化作用，為了按本發(fā)明的方法能同時(shí)起殺菌的作用因而也是允許的。此外，碳酸鹽的生成導(dǎo)致析出方解石，以及在水中存在的鎂離子在雙極性電極的三角形空隙區(qū)內(nèi)作為氫氧化鎂析出。
但是在按本發(fā)明的方法中由于電極的極性變換，可能的沉積物重新溶解，從而有效地防止了固定床電極的閉塞，此外還避免了水溶液的含鹽量明顯改變。不過(guò)如果需要也可以按這樣的方式運(yùn)行此方法，即同時(shí)進(jìn)行鹽的部分沉淀。若如上所述在極性變換之間遵照交替的較短和較長(zhǎng)的時(shí)間間隔，則做到使沉淀物不再全部進(jìn)入溶液中，而有一部分留在電解設(shè)備中。因?yàn)椴豢赡娴某恋砦锏谋壤S間隔之差增大而增加，因此所期望的含鹽量可按此方式輕易地調(diào)整。
因此通過(guò)上述多種機(jī)理的共同作用，按本發(fā)明可以明顯減少或完全防止形成水垢或沉淀方解石，并與此同時(shí)做到使水的成分基本保持不變，或，如果需要，有目的地減少水的含鹽量。
按本發(fā)明用于用直流電運(yùn)行的電解設(shè)備的一種最佳實(shí)施形式用縱剖面表示在

圖1中，其中，為了看得更清楚起見(jiàn)，外殼1、接頭2和可更換的筒3逐個(gè)畫(huà)出。
圖1表示一個(gè)可更換的筒3，它有一個(gè)用于未處理的水溶液的腔4、一個(gè)用于已處理的水溶液的腔5以及一個(gè)電極室，室內(nèi)設(shè)有兩個(gè)石墨電極6和一個(gè)由導(dǎo)電與非導(dǎo)電微粒組成的雙極性固體床電極7，以及電極室相對(duì)于用于未處理或已處理水溶液的腔各借助一個(gè)外套8、9隔開(kāi)，外套具有形式上為小孔或縫的通孔。電極6通過(guò)電流接線頭10與圖中沒(méi)有表示的調(diào)節(jié)器連接，調(diào)節(jié)器可按時(shí)間間隔變換電極的極性以及調(diào)節(jié)器本身則與一直流電源連接。如箭頭和設(shè)備的畫(huà)成虛線的軸線所示，筒3從下面插入外殼1內(nèi)并用鎖緊螺母11固定。外殼1主要包括一套管12，并在其另一端有一塊用于屏蔽電磁場(chǎng)的放電板13和有一個(gè)可向上移的鎖緊螺母14，借助此螺母將接頭2固定在外殼1上，接頭2有用于未處理的水溶液的進(jìn)口15及用于已處理的水溶液的出口16。筒3最好能有一個(gè)外部包殼17，它對(duì)外封閉了用于水溶液的腔4、5。若沒(méi)有這種包殼17，那么由套管12承擔(dān)這一任務(wù)。套管12和筒3的外部包殼17有圓柱體的形狀，以及最好制有通孔的外套8、9也能共同具有至少近似于一個(gè)圓柱體的形狀，其中，用于未處理和已處理溶液的腔4、5通過(guò)一些隔板彼此隔開(kāi)，這些隔板布置在圖紙平面上方和下方以及在外套8、9與包殼17或套管12之間。
若將一種水溶液經(jīng)進(jìn)口15輸入圖1所示的設(shè)備，則溶液從腔4通過(guò)外套8的通孔流入電極室，基本上平行于電場(chǎng)地流過(guò)固定床，以及在通過(guò)外套9的通孔后經(jīng)腔5和出口16流出。
用于采用交流電運(yùn)行的設(shè)備基本上可以按類似的方式實(shí)現(xiàn)，不過(guò)在這種情況下，為了交流電運(yùn)行通常與用于直流電運(yùn)行相比最好電極面積較小以及電極間距較大。
下面借助于舉例進(jìn)一步說(shuō)明按本發(fā)明的方法及其效果。
例1Mondsee(奧地利)居民飲用水分成兩個(gè)相等的分流。一個(gè)分流通過(guò)可變換極性的電解設(shè)備并接著通過(guò)熱水鍋爐流動(dòng)。另一個(gè)分流不預(yù)處理地直接通過(guò)同一類型的熱水鍋爐流動(dòng)。在兩臺(tái)鍋爐內(nèi)加熱螺旋管獲得相同的加熱功率，以及使用同樣的調(diào)節(jié)器及測(cè)量元件，其中PID調(diào)節(jié)器(Proportional-Integral-Differeential-Regler比例積分微分調(diào)節(jié)器)用于溫度控制。
作為電解設(shè)備采用圖1所示的設(shè)備，它有兩個(gè)石墨電極、2cm的電極間距以及由石墨微粒和礫石按容積比1∶2組成的雙極性固定床電極。試驗(yàn)在直流電壓為40V的條件下進(jìn)行，以及極性交替地每間隔30或45秒進(jìn)行變換。飲水流量為500l/h。在兩臺(tái)鍋爐中的鍋爐溫度調(diào)至70℃。
在水量各流過(guò)約400m3后，兩臺(tái)鍋爐用硝酸進(jìn)行除酸處理并確定鍋爐內(nèi)沉淀出的方解石量。
所采用的Mondsee居民飲用水的總硬度約16.5°dH，碳酸鹽硬度15.5°dH，電導(dǎo)率為530μs/cm(25℃),pH值為7.5(20℃)以及酸容量至pH4.3為5.5mmol/l。由這些數(shù)字按DIN38404-10算出下列值計(jì)算溫度25℃ 70℃緩沖強(qiáng)度 0.86mmol/l 1.09mmol/l飽和指數(shù)0.46 0.83方解石飽和pH值 7.13 6.79方解石沉淀量 34.5mg/l 74.87mg/l如此計(jì)算所示，方解石沉淀量約75mg/l。
效果的計(jì)算按DVGW規(guī)范“Prufverfahren zur Beurteilungder Wirksamkeit von wasserbehandlungs an lagen zur Verminderungvon Steinbiidung”的說(shuō)明進(jìn)行。對(duì)于Mondsee中的水根據(jù)上述比較試驗(yàn)得出的有效系數(shù)為98.5％。
例2試驗(yàn)用Schriesheim(德國(guó))居民的飲用水進(jìn)行。在這里令容積流量1m3/h連續(xù)地通過(guò)在例1中已說(shuō)明的極性可變換的電解設(shè)備流動(dòng)，以及已處理的水為20l/h的一個(gè)分流輸入熱水鍋爐。加在電解設(shè)備上的直流電壓為35V，以及極性變換交替地按間隔30和45秒進(jìn)行。同樣為20l/h的容積流量通過(guò)一個(gè)空段(亦即水不預(yù)處理)后直接通過(guò)第二臺(tái)熱水鍋爐流動(dòng)。在這兩段亦即預(yù)處理的段和空段中，熱水鍋爐有同樣的結(jié)構(gòu)型式，以及加熱螺旋管獲得相同的電功率。在這兩段中的鍋爐溫度借助于相同的調(diào)節(jié)器調(diào)整到一個(gè)溫度為80℃。整個(gè)試驗(yàn)持續(xù)21天。
研究了通過(guò)電解設(shè)備前和后的飲水，在這種情況下得到下列數(shù)據(jù)處理前處理后鈣135mg/l 134mg/l鎂 22.3mg/l 22.7mg/l鈉 21.3mg/l 21.4mg/l氯化物 69mg/l 69mg/l硫酸鹽79.2mg/l 77.7mg/l硝酸鹽36.6mg/l 36.6mg/lpH值(20℃) 7.38 7.37電導(dǎo)率(20℃) 109.2ms/m 109.4ms/m酸容量至pH4.3 5.36mol/m 5.5mol/m這些分析結(jié)果表明，通過(guò)在電解設(shè)備中預(yù)處理，沒(méi)有造成飲水有什么重要的化學(xué)變化。在兩臺(tái)鍋爐內(nèi)(按例1中說(shuō)明的方法)評(píng)估氧化鈣的量得出，通過(guò)具有有效系數(shù)為92.2％的預(yù)處理防止形成水垢，換句話說(shuō)，可在保持水質(zhì)不變的條件下基本上避免生成水垢。
權(quán)利要求
1．減少或防止由水溶液形成水垢的方法，按此方法，將傾向于形成水垢的水溶液輸入一電解箱，電解箱有至少兩個(gè)電極(6)和在這兩個(gè)電極之間的一個(gè)附加的雙極性電極(7)，以及在流過(guò)電解箱后得到了一種形成水垢的傾向顯著降低的經(jīng)處理的水溶液，其特征為在電極上施加直流電壓，其中至少一個(gè)電極作為陽(yáng)極連接以及至少一個(gè)電極作為陰極連接，這些電極按時(shí)間間隔以這樣的方式變換極性，即，使得輸入的水的成分基本保持不變；或在電極上施加交流電壓。
2．按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為被處理的水有碳酸鹽、碳酸氫、硫酸鈣和硫酸鎂的天然含量。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為輸入電解箱的全部水溶液流過(guò)電解箱后形成水垢的傾向顯著降低，以及基本上不產(chǎn)生作為廢料的方解石或極硬的水。
4．按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征為處理過(guò)的水溶液的總硬度最高為1°dH，最好最高為0.5°dH，低于輸入的水溶液的總硬度。
5．按照權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其特征為處理過(guò)的水溶液的pH值與輸入的水溶液的pH值最多差0.05。
6．按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征為在電極(6)上施加直流電壓，以及電極每隔相同的時(shí)間間隔周期性地變換極性。
7．按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征為在電極(6)上施加直流電壓，以及電極按時(shí)間間隔變換極性，其中，在極性變換之間按交替的較短和較長(zhǎng)的時(shí)間間隔。
8．按照權(quán)利要求1至7之一所述的方法，其特征為在電極(6)上施加直流電壓，以及電極按時(shí)間間隔為最多60秒，最好1至60秒變換極性。
9．按照權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其特征為流過(guò)電解箱的電流的電流強(qiáng)度與輸入的水溶液流量之比最高為2 A·h/m3。
10．按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征為流過(guò)電解箱的電流的電流強(qiáng)度與輸入的水溶液流量之比為0.5至1.5A·h/m3，最好為1.0至1.3A·h/m3。
11．按照權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其特征為流過(guò)電解箱的電流的電流強(qiáng)度最高為4A，最好最高為2A。
12．按照權(quán)利要求1至11之一所述的方法，其特征為在電極(6)上施加直流或交流電壓，電壓值為每厘米電極間距5-20V。
13．按照權(quán)利要求1至12之一所述的方法，其特征為采用由石墨、貴金屬或用貴金屬或混合氧化物鍍層的鈦鋼制的電極(6)。
14．按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其特征為采用雙極性固定床電極作為雙極性電極(7)。
15．按照權(quán)利要求14所述的方法，其特征為采用由導(dǎo)電微粒和非導(dǎo)電微粒組成的固定床作為雙極性固定床電極(7)。
16．按照權(quán)利要求15所述的方法，其特征為采用石墨或活性炭的導(dǎo)電微粒和礫石、玻璃或塑料的非導(dǎo)電微粒子。
17．按照權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征為在固定床內(nèi)導(dǎo)電微粒與非導(dǎo)電微粒的容積比最高為1∶1，最好約1∶2。
18．按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其特征為采用由導(dǎo)電材料制的多孔薄片作為雙極性電極(7)，它們平行于電極(6)排列。
19．按照權(quán)利要求18所述的方法，其特征為薄片相互之間和與電極(6)之間通過(guò)用一種非導(dǎo)電材料制的定距器隔開(kāi)。
20．按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其特征為采用由導(dǎo)電微粒構(gòu)成的流化床作為雙極性電極(7)，以及，水溶液由下向上通過(guò)流化床流動(dòng)。
21．按照權(quán)利要求1至20之一所述的方法，其特征為在電解箱第一次投入運(yùn)行或電解箱經(jīng)清洗后向電解箱輸入傾向于形成水垢的水溶液，在電極上施加直流電壓，以及，電極交替地按較短和較長(zhǎng)的時(shí)間間隔變換極性，直至經(jīng)處理的水溶液顯著降低了形成水垢的傾向。
22．實(shí)施按照權(quán)利要求1至21所述方法的電解設(shè)備，包括進(jìn)水系統(tǒng)(4、15)、出水系統(tǒng)(5、16)和電解箱，電解箱有至少兩個(gè)電極(6)和一個(gè)設(shè)在電極(6)之間的雙極性電極(7)，其特征為電極(6)連接在交流電源上。
23．按照權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征為電解箱相對(duì)于進(jìn)水系統(tǒng)(4、15)和相對(duì)于出水系統(tǒng)(5、16)借助于一個(gè)制有通孔的外套(8、9)隔開(kāi)。
24．按照權(quán)利要求22或23所述的設(shè)備，其特征為電極(6)用石墨、貴金屬或用貴金屬或混合氧化物鍍層的鈦鋼制造。
25．按照權(quán)利要求22至24之一所述的設(shè)備，其特征為電極(6)彼此相隔約2cm間距地布置。
26．按照權(quán)利要求22至25之一所述的設(shè)備，其特征為雙極性電極(7)是由導(dǎo)電微粒與非導(dǎo)電微粒組成的固定床。
27．按照權(quán)利要求22至25之一所述的設(shè)備，其特征為，它有用導(dǎo)電材料制的多孔薄片作為雙極性電極(7)，它們平行于電極(6)排列。
28．按照權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征為薄片相互之間以及與電極(6)之間用由非導(dǎo)電材料制的定距器隔開(kāi)。
29．按照權(quán)利要求22至25之一所述的設(shè)備，其特征為雙極性電極(7)是由導(dǎo)電微粒構(gòu)成的流化床，以及進(jìn)水系統(tǒng)(4、15)和出水系統(tǒng)(5、16)設(shè)計(jì)為使水由下向上流過(guò)此流化床。
全文摘要
一種傾向于形成水垢的水溶液通過(guò)電解箱流動(dòng),電解箱有至少兩個(gè)可變換極性的電極(6)和一個(gè)雙極性電極(7),電極(6)按時(shí)間間隔變換極性。也可按另一種方案在電極上施加交流電壓取代直流電壓和有規(guī)律地變換電極的極性。通過(guò)這種處理可顯著減少或完全防止形成水垢,而溶液的含鹽量基本保持不變。本方法特別適用于減少或防止由天然水形成水垢,基本上不影響水的質(zhì)量。
文檔編號(hào)C02F1/461GK1233231SQ97198863
公開(kāi)日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1997年10月8日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月15日
發(fā)明者于爾根·約翰, 恩斯特·奧伯豪澤爾, 赫爾穆特·伊勞斯切克, 安德列亞斯·魏斯貝克 申請(qǐng)人:安德列亞斯·魏斯貝克