[发明专利]一种电化学水质稳定与净化方法及装置

权利要求书

1.一种电化学水质稳定与净化装置，其特征在于，所述的电化学水质稳定与净化装置包括循环水槽、电极、pH传感器、电导率传感器、碱度传感器、钙离子传感器、碳酸氢根传感器、浮位球、光电传感器、单色光源和微控制器；

所述的循环水槽为上端开口的反应槽，其上设有进水口，连接外部进水管路；循环水槽下部设有固体物出口和出水口，固体物出口用于定期排出反应生成的沉淀物，出水口用于排出处理后的水；

所述的电极为阴极和阳极一体结构，可根据需求互换角色，为第一电极和第二电极；第一电极和第二电极外表面具有溜槽和凸起，溜槽上设有通孔，溜槽用于投放和定向输送药剂，凸起部位有利于放电电解；第一电极外依次包裹有离子交换膜和陶瓷膜，第二电极包围于第一电极外；根据电解需要，改变阴极和阳极的角色，保证阴极和阳极的面积比为10～5000：1，调节电源电压使电流密度为0.1-1000mA/cm²；

所述的pH传感器、电导率传感器、碱度传感器、钙离子传感器和碳酸氢根传感器插入至循环水槽的水体中，相互间不影响检测，实现pH、电导率、碱度、钙离子浓度和碳酸氢根浓度的实时监测；

所述的浮位球通过开关控制，固定于循环水槽的内壁，用于定位入水高度；

所述的光电传感器和单色光源对称布置于循环水槽的外侧，二者配合测量水体中水藻浓度，所述的单色光源的波长为300～1000nm；

所述的电极、pH传感器、电导率传感器、碱度传感器和光电传感器均连接至微控制器，微控制器实现各部分的实时监测和控制；

所述的第一电极和第二电极的材质为复合导电碳基材料、导电塑料或导电合金，为圆柱或方形实体或空心结构。

2.根据权利要求1所述的电化学水质稳定与净化装置，其特征在于，所述的微控制器为PLC，辅以触摸屏、继电器或光电耦合器、开关、AD转换器运作。

3.根据权利要求1或2所述的电化学水质稳定与净化装置，其特征在于，电化学水质稳定与净化装置中使用的电源可由太阳能转化为电能提供。

4.一种电化学水质稳定与净化方法，步骤如下：

(1)藻类污染程度指数WZI与设定值进行对比：

确定设定值为1，当WZI值比设定值1大时，将大面积电极设置为阳极，电解电压设为0.1-60V，在阳极溜槽内通入0.01-2.5mol/L氯化钠或氯化钾，加快氧化物质析出进入溶液，对藻类进行有效去除；当WZI小于设定值1时，表示藻类去除完毕；

(2)通过微处理器判断WZI值小于设定值1后，等待1-20分钟；由pH传感器、电导率传感器、碱度传感器、钙离子传感器、碳酸氢根传感器检测水体的相关参数；根据公式(a)、(b)、(c)计算腐蚀指数WFI，判断水质腐蚀性；

pH_j＝lg(Alk)+5.14； (a)

pH_s＝pK₂-pK_s-lgc(Ca²⁺)-lg c(HCO₃^-)； (b)

WFI＝(2pH_s-pH_j)/6.6； (c)

式中：pH_j表示溶解碱性物质达到饱和时的pH值，Alk表示碱度，pH_s表示碳酸钙溶液达到饱和时的pH值；pK₂是碳酸钙的第二级电离的平衡常数；pK_s是碳酸钙的溶度积常数；

当WFI小于1时，阳极电极溜槽通入0.01-2.5mol/L硫酸盐、碳酸盐和磷酸盐溶液，根据水质情况调节硫酸盐与碳酸盐的质量比为0.1-100，碳酸盐与磷酸盐的质量比为0.1-100，阴极电极溜槽通入0.01-2.5mol/L硫酸钠溶液；调节pH值和离子含量，直到WFI值大于1，检测钙离子、硫酸根离子和碳酸根离子浓度；通过判断硫酸根离子浓度与碳酸根离子浓度的比值t与1000的关系，由系统判断选择公式(d)、(e)计算结垢指数WGI；

当t1000时：WGI＝(k*Ksp/[Ca²⁺]m/[CO₃^2-]m/8)-1 (d)

当t≤1000时：WGI＝(k*Ksp/[Ca²⁺]m/[SO₄^2-]m/8)-1 (e)

其中，Ksp表示碳酸钙的离子积常数；k值由水中溶解性固体总量TDS决定，或根据水质具体试验确定k值；

(1)当TDS≧5000，k＝7.2；

(2)当3000≤TDS≤5000，k＝6.8；

(3)当TDS3000时，k＝6.4；

若WGI≥1，易结垢，调整大面积为阴极，溜槽通入0.01-1mol/L的碳酸盐、碳酸氢盐或二氧化碳，去除钙、镁等离子，降低溶液中硬度；维持电压不变，为0.1-60V；调节硬度值，使WGI1，待该结垢指数稳定后继续检测水中的绿藻含量、pH值。