申请日2005.08.31
公开(公告)日2006.05.03
IPC分类号C02F1/28; C02F1/46; C02F1/50; C02F1/70
摘要
本发明涉及水处理活化床及其用途。该活化床包括按水流方向依次装填在床体内的如下结构：1.体积比为1∶1的活性炭纤维/合金纤维复合过滤层：活性炭纤维平均直径10μm，长度1-10cm，;水的实际流速0.8-1m/min，停留时间大于2min;2.陶瓷球活化层：水的实际流速0.6-1m/min，停留时间大于10min;陶瓷球为超强远红外纳米陶瓷球，平均直径为2-5mm;3.特种合金层：可采用特种合金的粉粒或纤维中的一种;水的实际流速0.5-1.2m/min，停留时间为大于1min;合金粉粒直径为0.1-2mm，合金纤维直径为20-100μm，长度为1-10cm;所述特种合金配方是铜、锌、锡、镍含量占97.95%，铬、钼、钒、锰微量元素占2%，具有4f电子的稀土元素铈或钕占0.05%。
权利要求书
1.一种水处理活化床，它包括按水流方向依次装填在床体内的如下结 构：
(1)活性炭纤维/特种合金纤维复合过滤层：活性炭纤维的平均直径为 10μm，长度为1-10mm，所述活性炭纤维/特种合金纤维两种纤维的体积比 为1∶1;水在其中的实际流速设计为0.8-1m/min，停留时间大于2min;
(2)陶瓷球活化层：水在其中的实际流速设计为0.6-1m/min，停留 时间大于10min;所述的陶瓷球为超强远红外纳米陶瓷球，直径为2-5mm;
(3)特种合金层：采用特种合金粉粒或纤维中的一种;水在其中的实 际流速设计为0.5-1.2m/min，停留时间大于1min;
所述特种合金粉粒或纤维均按如下配方冶炼制成：铜50～70%，锌 20～35%，锡5～15%，镍5～10%，铁0.5～1%、锰0.01～0.1%和钕或铈稀 土元素0.01～0.15%;另外还含有硅1～3%，镁1～3%，铬0.1～1.0%，钼 0.1～1.0%和钒0.1～1.0%中一种或多种;各组分之和为100%;所述特种 合金粉粒的直径为0.1-2mm;所述特种合金纤维的直径为20-100μm，长 度为1-10mm。
2.根据权利要求1所述的水处理活化床，其特征在于所述的活性炭纤 维/合金纤维复合过滤层、陶瓷球活化层和特种合金层三层填料依次填装于 一个床体内。
3.根据权利要求1所述水处理活化床，其特征在于所述的活性炭纤维/ 合金纤维复合过滤层、陶瓷球活化层和特种合金层三层填料分别装填于三个 依次用管道连接的床体内。
4.根据权利要求1所述水处理活化床，其特征在于所述的特种合金粉 粒层或特种合金纤维层单独装填于一个床体内，另外的活性炭纤维/特种合 金纤维复合过滤层和陶瓷球活化层两层填料依次填装于另一个床体内，两个 床体有管道连接。
5.一种根据权利要求1-4中任意一项所述的水处理活化床，其特征在 于它用于低中压工业热水锅炉和蒸汽锅炉的水处理系统以及民用水的处理系 统。
说明书
一种水处理活化床及其用途
技术领域
本发明涉及水处理技术，具体为一种锅炉及换热器等给水处理系统中具 有活化净化水并可去除或防止水垢功能的水处理活化床及其用途技术，国际 专利主分类号拟为Int.Cl7.C02F 1/00。
背景技术
锅炉锅体及换热器表面常常存在结垢和腐蚀现象。结垢会造成传热速率 下降、热效率降低和单位成本增加;腐蚀可造成热网设备和锅体锈蚀、剥落， 不仅影响热网的正常运行，而且降低了设备的使用寿命，严重时会发生设备 穿孔，威胁着人身财产的安全。为了减少和防止系统的结垢和腐蚀，保证锅 炉和热网的安全、经济地运行，通常采用设备处理和药剂处理两种方法来解 决该问题。设备处理方法主要包括使用过滤器、软水器、除氧器和冷凝水过 滤器等配套或专用设备，系统复杂，成本增加，操作不便;药剂处理方法主 要是添加阻垢缓蚀剂、游渣分散剂、除氧剂、给水及冷凝水系统的缓蚀剂、 消泡剂等化学药剂，容易产生污染，工艺控制困难。在水的预处理方面，目 前采用的过滤净水方法，常因过滤介质的寿命短，价格高，易被微生物污染 而达不到预期的效果。在水处理缓蚀阻垢方面，目前对低压锅炉，普遍采用 软化水以防止结垢，采用机械除氧器-化学除氧剂(亚硫酸钠)除氧以防止设备 腐蚀。对中、高压锅炉，普遍采用去离子水以防止结垢，采用机械除氧器- 化学除氧剂(亚硫酸钠或联氨)除氧以防止设备腐蚀。这样，锅炉或热网在运 行中就需连续排污或定期排污。连续排污设备复杂，运行成本大幅提高，而 定期排污停机会造成运行效率下降，影响产量，也会产生冲洗废水。离子交 换法离不开钠离子交换器，离子交换剂产生的废水会对人类生存环境造成污 染。我国一般采用的都是盐耗为250-500克/摩尔的钠离子交换器，也就是说 每置换出水中20克的钙离子或12克镁离子就需要使用250-500克食盐。因此这 种离子交换方法对地下水和土壤都具有严重的污染。为了防止污染地下水， 美国采用了先限后禁的政策，先是限制使用钠离子交换器，规定盐耗超过110 克/摩尔的纳离子交换器不允许使用，后又规定盐耗超过90克/摩尔的钠离子 交换器不允许使用，最终是禁止使用钠离子交换器。
总之，在越来越重视环保、强调可持续发展的今天，化学阻垢表现出越 来越明显的局限性。从可持续发展战略出发，以近年提出的绿色化学新概念 为基础，提出了绿色锅炉水处理技术发展战略。该技术的基本思路是：(1) 去掉离子交换器或者尽量少用离子交换器，以尽量减少离子交换剂再生废水 的排放;(2)加入高效缓蚀剂或除氧剂以防止系统腐蚀;(3)加入高效阻垢剂 以防止系统结垢，实现锅水运行期间少排污乃至零排污;(4)加入高效缓蚀 剂.最大限度地回收凝结水。由此可见，以减少排污与高效阻垢缓蚀技术而 达到环保、安全、节能的效果是这一思想的核心。基于此，一些物理阻垢技 术被相继开发，如美国专利6,258,250号文献报道了应用电解原理减少水溶液 中水垢形成的技术：在电解室内，拥有至少两个电极(一个电极为阳极，另 一个为阴极)和一个双极性电极，给电解室加上直流电压，以一定时间间隔 改变电极极性，从而使水溶液的成分不会发生改变;或在电解室加上交流电 压，水溶液通过电解室后，可减少结垢的形成。美国专利5,057,198号介绍了 水以两个流柱的形式通过由电解质膜形成的阳极和阴极电解室的阻垢方法， 运用在水软化领域。美国专利4,345,981号文献则通过电解来预防生物污垢 和结垢的方法，即通过正负极之间一定间隔的转换来清除电极表面的污垢， 同时电解形成氧、氢两种气体，覆盖在金属表面，也可防止污垢在金属表面 的附着。但这些方法对设备要求高、投资成本大，工艺复杂，并存在高能耗 的缺点，且现有的物理处理技术中，没有集净化、缓蚀、阻垢、杀菌功能于 一体的水处理设备。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明主要解决的技术问题是提供一种水处理活 化床及其用途技术。该水处理活化床具有净化、缓蚀、阻垢和杀菌的功能， 并且结构简单，成本低廉，使用寿命长，使用中无排污。本发明水处理活化 床可用于锅炉给水及换热器的水循环系统，使通过此床的补给水或循环水， 分子团与水中杂质分子团的结合形态发生物理和化学性质的变化，达到净化、 杀菌、阻垢除垢、缓蚀、同时保护环境的效果。
本发明解决所述水处理活化床技术问题的技术方案是：设计一种水处理 活化床，它包括按水流方向依次装填在床体内的如下结构：
(1)活性炭纤维/特种合金纤维复合过滤层：活性炭纤维的平均直径为 10μm，长度为1-10mm，所述活性炭纤维/特种合金纤维两种纤维的体积比 为1∶1;水在其中的实际流速设计为0.8-1m/min，停留时间大于2min;
(2)陶瓷球活化层：水在其中的实际流速设计为0.6-1m/min，停留时 间大于10min;所述的陶瓷球为超强远红外纳米陶瓷球，直径为2-5mm;
(3)特种合金层：采用特种合金粉粒或纤维中的一种;水在其中的实际 流速设计为0.5-1.2m/min，停留时间大于1min;
所述特种合金粉粒或纤维均按如下配方冶炼制成：铜50～70%，锌20～ 35%，锡5～15%，镍5～10%，铁0.5～1%、锰0.01～0.1%和钕或铈稀土元 素0.01～0.15%;另外还含有硅1～3%，镁1～3%，铬0.1～1.0%，钼0.1～ 1.0%和钒0.1～1.0%中一种或多种;各组分之和为100%;所述特种合金粉 粒的平均直径为0.1-2mm;所述特种合金纤维的直径为20-100μm，长度为 1-10mm。
本发明解决所述水处理活化床用途技术问题的技术方案是：根据本发明 所述的水处理活化床，其特征在于它用于低中压工业热水锅炉和蒸汽锅炉的 水处理系统以及民用水的处理系统。
与现有技术相比，本发明水处理活化床具有较好地去除或防止水垢并兼 及除菌、净化等其他多项功能，且性能稳定、成本低廉、无能耗、寿命长、 少维护、无污染。