[发明专利]用于使用动态电场主要通过取代来处理水的装置和方法

说明书

技术领域

本发明的实施例一般涉及水处理，且更具体地说，涉及一种用于处理水以防止在利用水的过程中结垢的装置和过程。

背景技术

由于钙在地球的地壳中的自然出现，自然地在水中出现钙。淡水河流可能有高达100ppm的钙离子浓度。钙的量决定水的硬度。元素钙易于在室温下与水反应以根据以下反应机理形成氢氧化钙(Ca(OH)₂)和氢气：

Ca+2H₂O–>Ca(OH)₂+H₂   (1)

地球也有大量的水可渗透通过的石灰石和其它基于方解石的沉积物。在正常情况下，碳酸钙在水中的溶解度为14mg/L。然而，在存在二氧化碳(CO₂)的情况下，根据以下反应机理在水中形成碳酸(H₂CO₃)：

CO₂+H₂O<–>H₂CO₃   (2)

在存在碳酸的情况下，碳酸钙的溶解度增加了约五倍，且更容易地溶解在水中以根据以下反应机理形成钙(Ca²⁺)和碳酸氢盐(HCO₃^-)离子：

CaCO₃+H₂CO₃<–>Ca(HCO₃)₂   (3)

Ca(HCO₃)₂<–>Ca²⁺(aq)+2HCO₃^-(aq)   (4)

虽然钙是膳食矿物质，其存在于水中不会对人体造成实质性的危害，但是钙存在于水中或更具体地钙和碳酸氢盐离子的存在可能会影响依赖于使用水的系统。例如，随着温度升高，二氧化碳在水中的密度降低，且反应(2)和(3)的平衡条件向左侧移位，从而使得碳酸钙形成并从水中沉淀。因而，水系统中的热表面变得易受例如家用热水器和工业生产过程中使用的锅炉中所述表面上固体的积垢或沉积的影响。

运输并利用水的管道系统和/或过程可常常由于积垢而积聚矿物沉积物。例如，当存在于水性流中的矿物离子结合以形成沉降到管道系统和/或过程的表面上的颗粒时，发生微粒积垢。当离子离开水溶液时，沉淀积垢可产生，并形成变得粘附于管道或工艺设备的内表面的硬结晶沉积物或结垢。

积垢可导致工艺性能的劣化。例如，热交换器中的结垢引起热交换器的效率降低。关于这些系统中结垢的问题可由水系统中的逆溶解性效应进一步加剧。例如，某些无机化合物(例如CaCO₃)在水中的溶解度随着水温的增加而降低，从而使得溶解的矿物离子从水中沉淀并变得沉积在设备的表面处。

防止在管道系统和工艺设备中结垢的现有技术的方法主要涉及使用物理水处理方法来从水去除矿物质，例如，在将水引入管道系统或工艺设备之前从水本体沉淀离子化合物。本体沉淀水处理技术通常涉及将晶种颗粒引入水，所述晶种颗粒与水中的离子结合以形成可更容易地从流中沉淀的较大颗粒。

按照惯例，脱钙技术也依赖于使用化学物质来处理水，以阻碍积垢或通过添加使得更容易沉淀在下游过程中的水中离子与不容易沉淀在下游过程中的离子交换的特殊盐。

某些现有技术的处理技术也已采用了电场以促进将Ca²⁺离子吸引到HCO₃^-离子并激发固体从水流沉淀。然而，并未证明电场能有效逆转工艺系统中结垢的形成，因为它们通常不能在水中提供足够强的电场来诱导本体沉淀。

现有技术的本体沉淀方法也已利用感应电场来刺激溶解的矿物离子碰撞，以试图加快这些水处理系统中这些组合的离子的组合和所得沉淀。

本领域中需要用于从水去除矿物质以防止在进一步利用处理过的水的管道系统和过程中积垢的改进的过程和处理设备。本领域中还需要无需在水中使用化学处理或添加剂地去除水中的离子。

发明内容

因此，提供本发明的实施例以处理水。经处理水可例如用于下游设备或过程以减少或消除结垢。