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循環水電化學處理設備技術

發布時間:2019-05-15 09:58 瀏覽次數:

  循環水電化學處理設備技術

  關鍵詞:循環水,電化學,結垢,腐蝕,殺菌,電極

  目前,電化學循環水處理技術在民用循環水系統中應用十分廣泛,如中央空調系統中的冷媒水系統。國內研發的電化學裝置也在武鋼制氧循環水處理中開始了實踐應用。其具有除垢、防垢、殺菌滅藻、緩蝕的功能。

  電化學循環水處理技術還沒有在工業循環水處理中得到普遍應用,必然有其存在的技術和管理問題。

  電化學循環水處理設備無論是國內還是國外產品,其原理是相同的,筆者以國內民用及工業循環水處理應用較多的以色列艾格錫EST電化學循環水處理設備為例,介紹其工作原理,設備構造及應用建議,供循環水處理工作者研究應用電化學水處理技術參考。

  電化學設備構造及工作過程

  1)、設備構造

  電化學循環水處理設備構造見圖2-1。

循環水電化學處理設備技術

  電化學循環水處理設備構造示意圖

  ①反應室

  ②電極

  ③刮刀驅動馬達

  ④刮刀

  ⑤進水閥

  ⑥排污閥

  ⑦進氣口(氣動)

  ⑧電源

  ⑨出水閥

  ⑩排氣/進氣閥

  2)設備工作過程

  電化學循環水處理設備(EST)本身是一個碳鋼制造的圓柱狀的容器,直徑大約為24英寸,深為36英寸,是帶TiNiO電極的反應室,電動馬達/氣缸,刮刀、自控閥門和專用的控制電源系統組成。

  水處理器中的水垢預沉積過程,發生在反應室內壁附近,電動馬達/氣缸推動刮刀將反應室內的預先沉積下來的水垢和其它沉積物污染物從反應室內壁上刮下并排掉,從而徹底降低水中的硬度及堿度,這個動作是完全自動操作,每天可以操多次(根據水質調整),其工作過程見圖2-2,,反應室內部效果參見圖2-3,圖2-4.

循環水電化學處理設備技術

  圖2-3循環水處理48小時反應室效果圖

循環水電化學處理設備技術

  圖2-4刮垢后反應室的內壁效果

  3、電化學設備水處理原理

  通過電化學水處理技術,利用水及水中礦物質的電化學特性,通過電解來調節水中礦物質的平衡,而實現阻垢、防腐和防治微生物的目的,處理效果不隨被處理水的條件或組成而發生變化,是一種綠色環保的循環冷卻水處理技術。

  3.1、電解過程中典型的化學反應

  1)、陰極電化學反應

  反應室中維持一定的工作電流。結果是,在陰極(反應室內壁)附近形成高濃度的氫氧根,這種升高的pH環境(pH高達13),讓易結垢的礦物質預先結垢,并從水中析出。實際上,陰極附近局部的高氫氧根濃度形成的化學環境,和用石灰處理形成的冷石灰軟化環境類似。

  2H2O(l)+ 2e- H2(氣) + 2OH-(aq)

  CO2(aq)+OH-(aq) HCO3-(aq)

  HCO3-(aq) + OH- (aq) CO32-(aq) +H20(液)

  Ca2+(aq) 鈣離子可能形成 氫氧化鈣:Ca(OH)2(垢) 碳酸鈣: CaCO3(垢)

  2)、陽極電化學反應

  電流也將一部分的氯離子轉化成氯氣,在冷卻水中形成持續殺菌效果的次氯酸。同時產生臭氧、氧自由基、氫氧根自由基和雙氧水。這一系列產物提供了殺生效應,結合安培電流及局部高的和低的(陽極)pH區域,維持了EST內部一個事實的消毒環境。

  生成氧氣

  4HO- O2(g) + 2H20 + 4e-

  游離氯

  Cl- – e- Cl0

  氯氣

  2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e-

  臭氧

  O2 + 2HO- – 2e-O3(g) + H2O

  自由基OH0

  OH- – e- OH0

  過氧化氫

  2H2O – 2 e- H2O2 + 2H+

  氧自由基

  2H2O – 2 e- O0 + 2 H+

  3.2、阻垢、緩蝕、殺菌滅藻技術原理

  1)電化學水處理設備利用水電化學的基本原理為基礎,在反應室內利用水及水中的礦物質的電化學特性,電極(陽極)和反應室(陰極)內壁附近分別制造出氧化反應環境和還原反應環境,從而實現預先沉積水垢并去除和在線產生殺菌滅藻物質。

  2)在反應室內壁附近水被電解產生OH根,使PH值升高到14,在高堿性環境下水中鈣離子以碳酸鈣水垢形式析出并附著在內壁上,隨著反應室內壁沉積水垢增多,定期將沉積的水垢刮掉排出循環水系統,維持循環水中礦物質平衡,實現水質穩定。

  3)在設備陽極附近水中的氯離子被氧化,產生游離氯(≥0.1mg/L),以及臭氧、雙氧水等物質,有效殺滅進入反應室中的微生物和持續控制整個循環水系統中細菌和藻類的滋生。

  4)利用水蒸發過程中的堿度自然上升的特點,通過適當的pH值調節,維系循環水處于堿性環境而降低腐蝕;同時水中的鎂離子濃縮后將很好防止腐蝕的發生。

  5)電化學水處理設備解決了循環水系統的結垢、腐蝕和微生物污染問題,而循環水系統不需要再添加化學阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻藥劑;電化學水處理是沒有任何污染的綠色環保水處理技術,避免了循環水系統排污水中因添加化學藥劑造成的二次污染,減少了污水處理的負擔。

  4、設備運行控制技術

  1)利用朗格里爾飽和指數 – LSI預測結垢

  循環水采用用化學藥劑處理的目標是讓所有的物質都處于溶解平衡狀態,并且用朗格里爾飽和指數 - LSI 進行循環水結垢預測,同理,電化學采用水中礦物去除技術保持循環水中礦物質的平衡狀態,故此同樣可采用朗格里爾飽和指數 - LSI 進行循環水結垢預測來管理和控制設備的運行狀態,達到控制循環水結垢的目的。

  2)采用電阻測試技術控制水垢預沉積的排除

  在EST電解水處理器中的水垢預沉積過程,發生在反應室內壁附近。 由于使用了電阻測試系統,預沉積的水垢只在反應室內壁附近沉積很薄的一層。通過這個系統,反應室內壁上會一直殘留一薄層水垢,這有利于提高水垢的沉積效率。同時,系統為了確保水垢不會太厚,設計了自動刮刀來定期將水垢刮掉排出反應室。

  3)在線電導和pH值檢測控制技術

  設備配備在線pH傳感器和pH值調節裝置、在線電導率檢測系統,及水質調節裝置等。

  5、設備應用要點

  1)、電解水處理器利用水垢預沉積和氯離子及氧離子的氧化產物,用于工業循環冷卻水、中央空調循環水、工業制造冷卻水系統,從而解決結垢和微生物控制的問題。

  2)、電化學水處理技術是根據循環水系統工藝要求,通過對補充水和循環水水質的分析計算來量身制定循環水系統水質穩定的技術方案。

  3)、電化學循環水處理系統對技術控制管理要求與化學水處理技術相同,并且必須符合循環水生產運行的特性要求,否則不能發揮設備的結垢、腐蝕、微生物控制性能而造成失敗。

  4)、電化學設備的在線儀表及自動化控制系統要求可靠穩定有效才能保證設備有效運行。

  5)、電化學設備的維護管理是設備安全可靠運行的基礎保證。

  6)、單臺電化學水處理設備處理能力較小,國外電化學水處理設備在國內尚未見到在大規模循環水處理系統中應用。國產設備在大規模循環水量處理系統中應用案例也很少,其具體效果及穩定可靠性有待考察。只有多年積累的實踐經驗做基礎,才能制造出符合水處理性能要求的設備,故此設備選型制定水處理方案要慎重,最好采用化學處理技術做補充,設備投運后逐步減少藥劑投加直至最后撤出藥劑不失為一個穩妥方案。

  6.結語

  1)電化學循環水處理設備,自動化操作程度高,同時實現阻垢、防止生物污染、防腐,設備維護方便簡單,應該是一個很有前景的循環水處理技術。

  2)電化學水處設備是綠色環保水處理技術,不會給冷卻水帶來二次污染,循環水系統的排污水經過簡單沉淀后,可用于綠化澆灌等,減少污水排放量,降低污水處理的費用。

  3)電化學水處理設備用于循環水處理系統需要技術人員定期分析運行數據并進行管控,在技術管理上沒有降低要求。

  4)豐富的現場應用實踐經驗和科學的管理是電化學設備成功應用的基本條件。

  5)電化學應用于循環水處理時間較短,尚未得到大型工業循環水處理系統的應用,其售價和維護成本化學藥劑法處理比較不占優勢,其能否得到用戶選擇的認可,需要由實踐中的使用效果,設備投資及運行管理費用等因素決定。

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