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循环水电化学处理设备技术

2019-05-15 09:58

  循环水电化学处理设备技术

  关键词:循环水,电化学,结垢,腐蚀,杀菌,电极

  目前,电化学循环水处理技术在民用循环水系统中应用十分广泛,如中央空调系统中的冷媒水系统。国内研发的电化学装置也在武钢制氧循环水处理中开始了实践应用。其具有除垢、防垢、杀菌灭藻、缓蚀的功能。

  电化学循环水处理技术还没有在工业循环水处理中得到普遍应用,必然有其存在的技术和管理问题。

  电化学循环水处理设备无论是国内还是国外产品,其原理是相同的,笔者以国内民用及工业循环水处理应用较多的以色列艾格锡EST电化学循环水处理设备为例,介绍其工作原理,设备构造及应用建议,供循环水处理工作者研究应用电化学水处理技术参考。

  电化学设备构造及工作过程

  1)、设备构造

  电化学循环水处理设备构造见图2-1。

循环水电化学处理设备技术

  电化学循环水处理设备构造示意图

  ①反应室

  ②电极

  ③刮刀驱动马达

  ④刮刀

  ⑤进水阀

  ⑥排污阀

  ⑦进气口(气动)

  ⑧电源

  ⑨出水阀

  ⑩排气/进气阀

  2)设备工作过程

  电化学循环水处理设备(EST)本身是一个碳钢制造的圆柱状的容器,直径大约为24英寸,深为36英寸,是带TiNiO电极的反应室,电动马达/气缸,刮刀、自控阀门和专用的控制电源系统组成。

  水处理器中的水垢预沉积过程,发生在反应室内壁附近,电动马达/气缸推动刮刀将反应室内的预先沉积下来的水垢和其它沉积物污染物从反应室内壁上刮下并排掉,从而彻底降低水中的硬度及碱度,这个动作是完全自动操作,每天可以操多次(根据水质调整),其工作过程见图2-2,,反应室内部效果参见图2-3,图2-4.

循环水电化学处理设备技术

  图2-3循环水处理48小时反应室效果图

循环水电化学处理设备技术

  图2-4刮垢后反应室的内壁效果

  3、电化学设备水处理原理

  通过电化学水处理技术,利用水及水中矿物质的电化学特性,通过电解来调节水中矿物质的平衡,而实现阻垢、防腐和防治微生物的目的,处理效果不随被处理水的条件或组成而发生变化,是一种绿色环保的循环冷却水处理技术。

  3.1、电解过程中典型的化学反应

  1)、阴极电化学反应

  反应室中维持一定的工作电流。结果是,在阴极(反应室内壁)附近形成高浓度的氢氧根,这种升高的pH环境(pH高达13),让易结垢的矿物质预先结垢,并从水中析出。实际上,阴极附近局部的高氢氧根浓度形成的化学环境,和用石灰处理形成的冷石灰软化环境类似。

  2H2O(l)+ 2e- H2(气) + 2OH-(aq)

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

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

  Ca2+(aq) 钙离子可能形成 氢氧化钙:Ca(OH)2(垢) 碳酸钙: CaCO3(垢)

  2)、阳极电化学反应

  电流也将一部分的氯离子转化成氯气,在冷却水中形成持续杀菌效果的次氯酸。同时产生臭氧、氧自由基、氢氧根自由基和双氧水。这一系列产物提供了杀生效应,结合安培电流及局部高的和低的(阳极)pH区域,维持了EST内部一个事实的消毒环境。

  生成氧气

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

  游离氯

  Cl- – e- Cl0

  氯气

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

  臭氧

  O2 + 2HO- – 2e-O3(g) + H2O

  自由基OH0

  OH- – e- OH0

  过氧化氢

  2H2O – 2 e- H2O2 + 2H+

  氧自由基

  2H2O – 2 e- O0 + 2 H+

  3.2、阻垢、缓蚀、杀菌灭藻技术原理

  1)电化学水处理设备利用水电化学的基本原理为基础,在反应室内利用水及水中的矿物质的电化学特性,电极(阳极)和反应室(阴极)内壁附近分别制造出氧化反应环境和还原反应环境,从而实现预先沉积水垢并去除和在线产生杀菌灭藻物质。

  2)在反应室内壁附近水被电解产生OH根,使PH值升高到14,在高碱性环境下水中钙离子以碳酸钙水垢形式析出并附着在内壁上,随着反应室内壁沉积水垢增多,定期将沉积的水垢刮掉排出循环水系统,维持循环水中矿物质平衡,实现水质稳定。

  3)在设备阳极附近水中的氯离子被氧化,产生游离氯(≥0.1mg/L),以及臭氧、双氧水等物质,有效杀灭进入反应室中的微生物和持续控制整个循环水系统中细菌和藻类的滋生。

  4)利用水蒸发过程中的碱度自然上升的特点,通过适当的pH值调节,维系循环水处于碱性环境而降低腐蚀;同时水中的镁离子浓缩后将很好防止腐蚀的发生。

  5)电化学水处理设备解决了循环水系统的结垢、腐蚀和微生物污染问题,而循环水系统不需要再添加化学阻垢剂、缓蚀剂和杀菌灭藻药剂;电化学水处理是没有任何污染的绿色环保水处理技术,避免了循环水系统排污水中因添加化学药剂造成的二次污染,减少了污水处理的负担。

  4、设备运行控制技术

  1)利用朗格里尔饱和指数 – LSI预测结垢

  循环水采用用化学药剂处理的目标是让所有的物质都处于溶解平衡状态,并且用朗格里尔饱和指数 - LSI 进行循环水结垢预测,同理,电化学采用水中矿物去除技术保持循环水中矿物质的平衡状态,故此同样可采用朗格里尔饱和指数 - LSI 进行循环水结垢预测来管理和控制设备的运行状态,达到控制循环水结垢的目的。

  2)采用电阻测试技术控制水垢预沉积的排除

  在EST电解水处理器中的水垢预沉积过程,发生在反应室内壁附近。 由于使用了电阻测试系统,预沉积的水垢只在反应室内壁附近沉积很薄的一层。通过这个系统,反应室内壁上会一直残留一薄层水垢,这有利于提高水垢的沉积效率。同时,系统为了确保水垢不会太厚,设计了自动刮刀来定期将水垢刮掉排出反应室。

  3)在线电导和pH值检测控制技术

  设备配备在线pH传感器和pH值调节装置、在线电导率检测系统,及水质调节装置等。

  5、设备应用要点

  1)、电解水处理器利用水垢预沉积和氯离子及氧离子的氧化产物,用于工业循环冷却水、中央空调循环水、工业制造冷却水系统,从而解决结垢和微生物控制的问题。

  2)、电化学水处理技术是根据循环水系统工艺要求,通过对补充水和循环水水质的分析计算来量身制定循环水系统水质稳定的技术方案。

  3)、电化学循环水处理系统对技术控制管理要求与化学水处理技术相同,并且必须符合循环水生产运行的特性要求,否则不能发挥设备的结垢、腐蚀、微生物控制性能而造成失败。

  4)、电化学设备的在线仪表及自动化控制系统要求可靠稳定有效才能保证设备有效运行。

  5)、电化学设备的维护管理是设备安全可靠运行的基础保证。

  6)、单台电化学水处理设备处理能力较小,国外电化学水处理设备在国内尚未见到在大规模循环水处理系统中应用。国产设备在大规模循环水量处理系统中应用案例也很少,其具体效果及稳定可靠性有待考察。只有多年积累的实践经验做基础,才能制造出符合水处理性能要求的设备,故此设备选型制定水处理方案要慎重,最好采用化学处理技术做补充,设备投运后逐步减少药剂投加直至最后撤出药剂不失为一个稳妥方案。

  6.结语

  1)电化学循环水处理设备,自动化操作程度高,同时实现阻垢、防止生物污染、防腐,设备维护方便简单,应该是一个很有前景的循环水处理技术。

  2)电化学水处设备是绿色环保水处理技术,不会给冷却水带来二次污染,循环水系统的排污水经过简单沉淀后,可用于绿化浇灌等,减少污水排放量,降低污水处理的费用。

  3)电化学水处理设备用于循环水处理系统需要技术人员定期分析运行数据并进行管控,在技术管理上没有降低要求。

  4)丰富的现场应用实践经验和科学的管理是电化学设备成功应用的基本条件。

  5)电化学应用于循环水处理时间较短,尚未得到大型工业循环水处理系统的应用,其售价和维护成本化学药剂法处理比较不占优势,其能否得到用户选择的认可,需要由实践中的使用效果,设备投资及运行管理费用等因素决定。

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