申请/专利权人：山西大学

申请日：2017-11-27

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN108033518B

主分类号：C02F1/461

分类号：C02F1/461;C02F1/72;B01J23/89;C02F103/42;C02F101/38;C02F101/34;C02F101/36

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2018.06.08#实质审查的生效;2018.05.15#公开

摘要：本发明提供了一种降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置。所述方法，步骤包括：1在降解罐或槽内设置低压直流电源的电解装置，并在电解装置的阳极极板和阴极极板之间填充降解尿素的催化剂；2利用管道将游泳池中过滤后的循环水打入降解罐或槽内，经过电解和催化剂降解处理后送回到游泳池。本发明还提供一种降解含氯游泳池水中尿素的装置。本发明在利用低压电解的同时加入活性催化剂，很好地解决了现有技术降解尿素时间长、效率低的问题，而且在降解尿素的同时，也降解了一氯胺、二氯胺、三氯胺等有害有机物。本发明的方法和装置可推广应用于各种含氯游泳池水中尿素的处理。

主权项：1.一种降解含氯游泳池水中尿素的方法，其特征在于，包括如下步骤：1）在降解罐或槽内设置电解装置，在电解装置的阳极极板和阴极极板之间填充降解尿素的催化剂；所述电解装置的电源为低压直流电源；2）利用管道将游泳池中过滤后的循环水打入降解罐或槽内，经过电解和催化剂降解处理后送回到游泳池；所述降解尿素的催化剂，包括载体和活性组分,其活性组分的质量百分含量为0.5%～5%，其余为载体；所述的载体为分子筛或氧化铝小球，其比表面积100-1000m2g；所述活性组分为钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物中几种的混合物；所述钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物混合物，其金属离子摩尔比为钛︰锌︰铁︰铈︰铝︰钙︰钯＝0.1～5︰0.5～5︰0～2︰0～1︰1～5︰0.1～2︰0～1；所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：1载体预处理：在30～60℃下用0.1～0.5moll盐酸或硫酸将载体浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在30～80℃下用0.1～0.5moll氢氧化钠溶液浸泡0.5～2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在120～150℃干燥；2活性成分负载：将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%～20wt%，在30～90℃下将备用载体在负压条件下浸泡0.5～24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠、碳酸钠混合溶液，30～100℃下反应0.5～4小时，30～60℃下陈化12～36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在120～150℃干燥至恒重，在200～600℃煅烧1～48小时，制成成品催化剂；所述催化剂制备步骤2中，钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化物中的可溶盐；所述氢氧化钠、碳酸钠混合溶液浓度为5wt%～20wt%，其中氢氧化钠:碳酸钠重量比为1︰1～3；所述电解和催化剂降解处理的条件：电源工作电压8V～36V，工作电流密度5Am2～50Am2，催化剂加入量为泳池水量的1100000～51000，循环水流量为1m3h～100m3h。

全文数据：一种降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置技术领域[0001]本发明涉及游泳池水中尿素的处理方法，具体属于一种电解催化降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置。背景技术[0002]游泳池水质问题一直是全社会关注的重大公共卫生向题。游泳池水中通常都含有各种细菌、藻类，人体分泌物及排泄物，其中包括汗液、尿液、皮脂等，主要成分有无机盐、尿素、脂肪、蛋白质等，这些成分的存在污染了泳池水质，对人体健康有较大危害，为了保持水质，泳池中需采用各种杀菌灭藻及净化措施，如活性氯消毒、臭氧消毒、紫外消毒、过滤、吸附等，其中活性氯消毒是使用最为广泛也是效果较好的杀菌灭藻方法，常用试剂为次氯酸钠、氯气、二氯异氰脲酸钠、三氯异氰脲酸，但是泳池中尿素的存在为杀菌灭藻带来困扰。[0003]随着人们健康意识的增强，去泳池锻炼的人越来越多。尤其是夏季，游泳池水中的尿素随着人流的增加，往往大幅超标。尿素是细菌及藻类生长的营养物质，其含量的增加会加速水中细菌及藻类生长速度，加速水质恶化，造成杀菌灭藻困难，为维持杀菌灭藻效果，必须增加消毒剂用量，带来新的刺激，造成恶性循环。尿素因为其化学性质比较稳定，急需有效的去除方法。[0004]目前游泳池水质处理主要的几种方式，石英砂过滤、活性炭过滤、投放含活性氯或活性氧的药剂以及紫外线消毒杀菌。石英砂过滤和紫外线装置对尿素消除无任何效果。活性炭能够吸附一部分尿素，但是活性炭吸附没有选择性，水中其他杂质如钙、镁离子也会被吸附，降低其效率，同时其饱和吸附量有限，必须定时更新才能保证吸附性，因此成本比较高使用不方便。[0005]含氯消毒剂在常规条件下对水中尿素有一些氧化作用，但会与尿素等含氮物质生成的一氯胺、二氯胺、三氯胺等有害物质。这些有害物是造成游泳池水对皮肤及呼吸道刺激的主要原因之一，在尿素超标时易致氯胺的大量积累，引起人体过敏，产生刺痒等各种症状，这使得如何在使用含氯消毒剂的泳池中去除尿素的向题更加受到关注。[0006]有报道利用低压电解的方法去处理含氯游泳池水中尿素的技术，是用电化学氧化法使得尿素含量降低的技术，具有清洁、干净、无残留的优点。但是该技术仍然存在降解效率低，降解时间长的问题。发明内容[0007]本发明的目的是提供一种降解含氯游泳池水中尿素的方法，以解决目前处理含氯游泳池水存在的降解效率低、处理时间长的问题，以及因添加药剂处理带来二次污染等问题。[0008]本发明的另一目的是提供一种能有效降解含氯游泳池水中尿素的装置。[0009]本发明提供的一种降解含氯游泳池水中尿素的方法，包括如下步骤：[0010]1在降解罐或槽内设置电解装置，在电解装置的阳极极板和阴极极板之间填充降解尿素的催化剂;所述电解装置的电源为低压直流电源；[0011]2利用管道将游泳池中过滤后的循环水打入降解罐或槽内，经过电解和催化剂降解处理后送回到游泳池。[0012]所述电解和催化剂降解处理的条件：电源工作电压8V〜60V，工作电流密度1AV〜100Am2,催化剂加入量为泳池水量的1100000〜51000,循环水流量为lm3h〜l〇〇m3h。[0013]所述电源工作电压优选8V〜36V，工作电流密度优选5Am2〜50Am2。[0014]所述游泳池水中氯元素含量应为0.lmgL〜5mgL，尿素浓度彡50mgL。[0015]所述电解装置的阳极极板为石墨或金属，阴极极板为金属；[0016]所述管道采用金属管或PVC塑料管，金属管道直接接地，PVC塑料管时管道中设置接地金属线。[0017]所述降解罐或槽的容积为0.2m3〜2m3,罐或槽串联的数量为1〜1〇个。[0018]所述降解尿素的催化剂，其催化剂组成包括载体和活性组分，其活性组分的质量百分含量为0.5%〜5%，其余为载体。所述的载体为分子筛、氧化铝小球，其比表面积100-1000m2g。所述活性组分为钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物中几种的混合物，其金属离子摩尔比为钛:锌:铁:铺:招:钥:钮=0.1〜5:0•5〜5:0〜2:0〜1:1〜5:0.1〜2:0〜1。催化剂颗粒的尺寸为WOmm。[0019]所述催化剂的制备方法，包括以下步骤：[0020]1载体预处理[0021]在3〇〜60°C下用0.1〜0.5moll盐酸或硫酸将载体浸泡0.5〜2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在3〇〜80°C下用0•1〜0•5moll氢氧化钠溶液浸泡〇•5〜2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在120〜150°C干燥；[0022]⑵活性成分负载[0023]将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性盐按照比例配成混合溶液，混合溶液浓度为5wt%〜20wt%，在30〜90°C下将备用载体在负压条件下浸泡0.5〜24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠、碳酸钠混合溶液，30〜100°C下反应0.5〜4小时，30〜60°C下陈化12〜36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在120〜150°C干燥至恒重，在200〜600°C煅烧1〜48小时，制成成品催化剂。[0024]所述催化剂制备步骤⑵中，钛、锌、铁、铈、钮、招、轉水溶性盐为硫酸盐、硝酸盐或氯化物中的可溶盐。所述氢氧化钠、碳酸钠混合溶液浓度为5wt%〜20wt%，其中氢氧化钠：碳酸钠重量比为1:1〜3。[0025]本发明提供的一种降解游泳池水中尿素的装置，包括不锈钢罐体、直流电源;所述罐体的中部为直筒，上下部为椭圆封头，在上椭圆封头顶部开口并设有法兰，在法兰中间连接多向阀，多向阀分别与进水管、回水管、排水管、布水管相连;布水管从多向阀向下延伸至罐体内下端，并连接进水分布器;所述布水管外部设有绝缘套管，绝缘套管外部设有圆筒形阳极网；在罐体直筒内与阳极网之间填充降解尿素的催化剂，在罐体下椭圆封头内填充石英砂;在罐体下椭圆封头设有检修排水口、接地线;所述上椭圆封头设有阴极接线柱和阳极穿线管；[0026]所述直流电源的阴极用导线与罐体的阴极接线柱连接，直流电源的阳极用导线通过阳极穿线管与圆筒形阳极网相连；[0027]所述进水管管路上安装第一截止阀和流量计，回水管管路上安装第二截止阀，泳池水循环管管路上安装第三截止阀；泳池循环水可通过进水管、多向阀的外管进入罐体上部，经罐体内催化剂缝隙流入进水分布器，再通过布水管、多向阀、回水管最后进入泳池中。[0028]与现有技术相比本发明的有益效果:本发明提供的一种降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置，在利用低压电解法的基础上加入活性催化剂，利用低电压直流电流激发催化剂进行氧化降解反应，有效去除含氯游泳池水中的尿素，很好地解决了现有技术反应时间长，降解效率低的问题。而且在降解尿素的同时，也降解了一氯胺、二氯胺、三氯胺等有害有机物，该方法可以推广应用于各种含氯游泳池水中尿素的处理。本发明的装置设计巧妙，结构简单，经济有效。附图说明[0029]图1本发明降解游泳池水中尿素的装置的结构示意图（主视剖面图）[0030]图2本发明降解游泳池水中尿素的装置中的进水分布器的结构示意图（图1的A向图）[0031]1-第一截止阀，2-直流电源，3-多向阀，4-阴极接线柱，5-阳极穿线管，6-罐体、7-布水管，S-绝缘套管，9_圆筒形阳极网，10-催化剂，11-石英砂，12-第二截止阀，13-检修排水口，14-第三截止阀，15-法兰，16-接地线，17-排水管，18-外管。具体实施方式[0032]实施例1[0033]—种降解含氯游泳池水中尿素的方法，步骤包括：[0034]1在0.2m3不锈钢降解罐内设置电解装置，在电解装置的阳极极板石墨和阴极极板（不锈钢罐体）之间填充降解尿素的催化剂25kg;接通低压直流电源；控制工作电压60V，电流密度100Am2，[OO35]2利用不锈钢管道将游泳池中过滤后的循环水用循环泵以每小时2〇m3h流量打入降解罐内，经过电解和催化剂降解处理后送回到游泳池。[0036]在50mX25mX1•5m泳池中，泳池水的氯元素含量为〇•5mgL,泳池水中原始尿素含量为8mgL，经12〇小时运行后尿素含量降为2•OmgL，降解效果明显。[0037]所述降解尿素的催化剂通过如下方法制备得到：[0038]步骤一:载体预处理[0039]在60°C温度下用0_5molL盐酸溶液将比表面积为25〇m2g的氧化铝小球浸泡2小时，然后用去离子水洗去酸根，再在8〇°C温度下用0•5mo11氢氧化钠溶液浸泡2小时，然后用去离子水洗去氢氧根，在15TC干燥后备用。[0040]步骤二:活性成分负载[0041]将钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙水溶性硝酸盐按照5:5:2:0.2:1:0.1:1比例配成混合溶液，混合溶液浓度为15wt%，在90°C下将备用载体在负压条件下浸泡24小时，滤去多余溶液，加入过量氢氧化钠和碳酸钠按1:3组成的混合溶液，其浓度为20wt%，在l〇TC下反应2小时，60°C下陈化36小时，滤去多余溶液，然后用去离子水洗至中性，在15rC干燥至恒重，在6〇〇°C煅烧48小时，制成氧化铝小球负载的钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙复合氧化物成品催化剂，分别为Ti〇2l_2%，ZnO1.2%，Fe2〇30.9%，Ce020_l%，Pd00_36%，A12〇30.03%，CaO0.16%，活性物总含量4%，催化剂比表面积230m2g。[0042]实施例2[0043]一种降解含氯游泳池水中尿素的装置[0044]如图1所示，包括不锈钢罐体6、直流电源2;包括不锈钢罐体6、直流电源2;所述罐体6的中部为直筒，上下部为椭圆封头，在上椭圆封头顶部开口并设有法兰15,在法兰15中间连接多向阀3,多向阀3分别与进水管、回水管、排水管17、布水管7相连;布水管7从多向阀3向下延伸至罐体6内下端，并连接进水分布器;所述布水管7外部设有绝缘套管8，绝缘套管8外部设有圆筒形阳极网9;在罐体6直筒内与阳极网9之间填充催化剂10,在罐体6下椭圆封头内填充石英砂11;在罐体6下椭圆封头上设有检修排水口13、接地线16;所述上椭圆封头还设有阴极接线柱4和阳极穿线管5;所述直流电源2的阴极用导线与罐体6的阴极接线柱4连接，直流电源2的阳极用导线通过阳极穿线管5与圆筒形阳极网9相连;所述进水管管路上安装第一截止阀1和流量计，回水管管路上安装第二截止阀14，泳池水循环管管路上安装第三截止阀12;处理泳池循环水时，接通直流电源2,调整多向阀3,开启第一截止阀1、第三截止阀14,调节第二截止阀12,泳池循环水可通过进水管、多向阀3的外管18进入罐体6内上部，经罐体6内催化剂10缝隙流入进水分布器，再通过布水管7、多向阀3、回水管进入泳池中。[0045]需要反冲洗时，调整多项阀3,开启第一截止阀1，关闭第三截止阀14,调节第二截止阀12，泳池循环水通过进水管、多向阀3进入布水管7、进水分布器、经罐体6内催化剂10的缝隙，流入罐体6的上部，再通过多向阀3、排水管17外排。[0046]所述绝缘套管8、进水分布器、进水管、回水管、泳池水循环管、排水管17的材质均为PVC〇[0047]所述检修排水口13位于罐体下封头23直径处，外接同尺寸不诱钢管，管长5〜10cm，管内填装不锈钢丝网过滤层，防止填料及催化剂漏出，管口外接等直径球阀。[0048]所述直流电源采用8V〜60V电流1〜100A可调直流电源。[0049]所述阳极穿线管5的材质与罐体一致，外部用同材质管帽密封，管帽上开巾8皿孔，待阳极线穿出后用防水胶密封。[0050]所述圆筒形阳极网9采用金属。[0051]所述催化剂为降解尿素的催化剂，其为球形或颗粒状，尺寸范围3_5mm。所述石英砂尺寸范围5〜10mm。催化剂与石英砂体积比为10:1。[0052]实施例3[0053]在50mX25mX1•5m泳池中，泳池水的氯元素含量为0.3mgL，用循环栗以每小时20m3h流量将泳池水通过塑料管道管道中加入接地金属线打入1〇个2m3降解罐降解罐结构同实施例2的装置），10个罐中共加入颗粒状催化剂10000kg;通直流电源，电极阳极为金属阳极，阴极为不锈钢，控制工作电压8V，电流密度lAm2,泳池中原始尿素含量为50mgL，经90小时运行后尿素含量降为20mgL。[0054]实施例4[0055]在50mX25mX1.5in泳池中，泳池水的氯元素含量为lmgL，用循环栗以每小时15m3h流量将泳池水通过不锈钢管道打入1个2m3降解罐降解罐结构同实施例2的装置），罐中加颗粒状催化剂15〇〇kg;通直流电源，电极阳极为石墨阳极，阴极为不锈钢，控制工作电压40V，电流密度6〇Am2,泳池中原始尿素含量为l〇mgL，经120小时运行后尿素含量降为2mgL〇[0056]实施例5[0057]在50mX25mX1.5m泳池中，泳池水的氯元素含量为3mgL，用循环泵以每小时20m3h流量将泳池水通过不锈钢管道打入2个0.5m3降解罐降解罐结构同实施例2的装置），罐中加颗粒状催化剂800kg;通直流电源，电极阳极为石墨阳极，阴极为不锈钢，控制工作电压8V，电流密度50Am2，泳池中原始尿素含量为20mgL，经90小时行后尿素含量降为5mgL。[0058]实施例6[0059]在50mX25mX1.5m泳池中，泳池水的氯元素含量为5mgL，用循环泵以每小时15m3h流量将泳池水通过塑料管道中加入接地金属线打入7个1.5m3降解罐降解罐结构同实施例2的装置），罐中加颗粒状催化剂9000kg;通直流电源，电极阳极为金属阳极，阴极为不锈钢，控制工作电压20V，电流密度40Am2，泳池中原始尿素含量为10tngL，经12〇小时行后尿素含量降为lmgL，降解效果非常明显。

权利要求：1.一种降解含氯游泳池水中尿素的方法，其特征在于，包括如下步骤：1在降解罐或槽内设置电解装置，在电解装置的阳极极板和阴极极板之间填充降解尿素的催化剂;所述电解装置的电源为低压直流电源；2利用管道将游泳池中过滤后的循环水打入降解罐或槽内，经过电解和催化剂降解处理后送回到游泳池。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述电解和催化剂降解处理的条件：电源工作电压8V〜60V，工作电流密度lAm2〜l〇〇Am2,催化剂加入量为泳池水量的11〇〇〇〇〇〜51000，循环水流量为lm3h〜100m3h。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述电源工作电压8V〜36V，工作电流密度5Am2〜50Am2。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述电解装置的阳极极板为石墨或金属，阴极极板为金属。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述降解罐或槽的容积为〇•2m3〜2m3，罐或槽串联数量为1〜10个。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述管道采用金属管或塑料管，金属管道直接接地，塑料管时管道中设置接地金属线。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述游泳池水中氯元素含量为〇.lmgL〜5mgL，尿素浓度为彡50mgL。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述降解尿素的催化剂，包括载体和活性组分，其活性组分的质量百分含量为0.5%〜5%，其余为载体;所述的载体为分子筛或氧化铝小球，其比表面积100-1〇〇〇m2g;所述活性组分为钛、锌、铁、铈、钯、铝、钙氧化物中几种的混合物。9=如权利要求8所述的方法，其特征在于所述钛、锌、铁、铺、钮、招、興氧化物混合物，其金属禹子摩尔比为钦.锋.铁.铺•错丐•钮=0.1〜5:0.5〜5:0〜2:0〜1:1〜5:0.1〜2:0〜1〇10.—种降解含氯游泳池水中尿素的装置，其特征在于，包括不锈钢罐体6、直流电源2;所述罐体6的中部为直筒，上下部为椭圆封头，在上椭圆封头顶部开口并设有法兰15，在法兰（15中间连接多向阀⑶，多向阀⑶分别与进水管、回水管、排水管（17、布水管7相连;布水管7从多向阀〇3向下延伸至罐体⑹内下端，并连接进水分布器;所述布水管⑺外部设有绝缘套管⑻，绝缘套管⑻外部设有圆筒形阳极网⑼；在罐体⑹直筒内与阳极网（9之间填充降解尿素的催化剂（1〇，在罐体（6的下椭圆封头内填充石英砂11;在罐体⑹下椭圆封头设有检修排水口（13、接地线（16;所述上椭圆封头设有阴极接线柱⑷和阳极穿线管5;所述直流电源2的阴极用导线与罐体6的阴极接线柱4连接，直流电源2的阳极用导线通过阳极穿线管⑸与圆筒形阳极网⑼相连；所述进水管管路上安装第一截止阀（1和流量计，回水管管路上安装第二截止阀（14，泳池水循环管管路上安装第三截止阀（12;泳池循环水通过进水管、多向阀（3的外管18进入罐体6上部，再通过罐体⑹内催化剂（10进入进水分布器、布水管7、多向阀（3、回水管，最后进入泳池中。11.如权利要求10所述的一种降解含氯游泳池水中尿素的装置，其特征在于，所述直流电源采用8V〜60V电流1〜100A可调直流电源。

百度查询： 山西大学 一种降解含氯游泳池水中尿素的方法和装置

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