循環(huán)水電解化學(xué)處理技術(shù)

1、循環(huán)水電化學(xué)處理設(shè)備技術(shù)淺析吳作成（北京環(huán)能工程技術(shù)有限責(zé)任公司 北京 100083）摘要：本文簡單介紹了國內(nèi)循環(huán)水處理出現(xiàn)的新技術(shù)-電化學(xué)循環(huán)水處理技術(shù)，介紹了國內(nèi)應(yīng)用較多的EST電化學(xué)水處理設(shè)備的技術(shù)原理，構(gòu)造及應(yīng)用建議。關(guān)鍵詞：循環(huán)水，電化學(xué)，結(jié)垢，腐蝕，殺菌，電極，1、引言目前，電化學(xué)循環(huán)水處理技術(shù)在民用循環(huán)水系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛，如中央空調(diào)系統(tǒng)中的冷媒水系統(tǒng)。國內(nèi)研發(fā)的電化學(xué)裝置也在武鋼制氧循環(huán)水處理中開始了實踐應(yīng)用。其具有除垢、防垢、殺菌滅藻、緩蝕的功能。電化學(xué)循環(huán)水處理技術(shù)還沒有在工業(yè)循環(huán)水處理中得到普遍應(yīng)用，必然有其存在的技術(shù)和管理問題。電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備無論是國內(nèi)還是國外產(chǎn)品

2、，其原理是相同的，筆者以國內(nèi)民用及工業(yè)循環(huán)水處理應(yīng)用較多的以色列艾格錫EST電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備為例，介紹其工作原理，設(shè)備構(gòu)造及應(yīng)用建議，供循環(huán)水處理工作者研究應(yīng)用電化學(xué)水處理技術(shù)參考。2、EST電化學(xué)設(shè)備構(gòu)造及工作過程1）、設(shè)備構(gòu)造EST電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備構(gòu)造見圖2-1。圖2-1 EST 電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備構(gòu)造示意圖 反應(yīng)室 電極 刮刀驅(qū)動馬達 刮刀 進水閥 排污閥 進氣口（氣動） 電源 出水閥 排氣/進氣閥刮刀陽極水垢陰極 排出水垢 圖2-2 EST電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備內(nèi)部示意圖 2）設(shè)備工作過程電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)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3

3、6英寸，是帶TiNiO電極的反應(yīng)室，電動馬達/氣缸，刮刀、自控閥門和專用的控制電源系統(tǒng)組成。水處理器中的水垢預(yù)沉積過程，發(fā)生在反應(yīng)室內(nèi)壁附近，電動馬達/氣缸推動刮刀將反應(yīng)室內(nèi)的預(yù)先沉積下來的水垢和其它沉積物污染物從反應(yīng)室內(nèi)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(jù)水質(zhì)調(diào)整），其工作過程見圖2-2，,反應(yīng)室內(nèi)部效果參見圖2-3，圖2-4.圖2-3循環(huán)水處理48小時反應(yīng)室效果圖 圖2-4刮垢后反應(yīng)室的內(nèi)壁效果3、電化學(xué)設(shè)備水處理原理通過電化學(xué)水處理技術(shù)，利用水及水中礦物質(zhì)的電化學(xué)特性，通過電解來調(diào)節(jié)水中礦物質(zhì)的平衡，而實現(xiàn)阻垢、防腐和防治微生物的目的

4、，處理效果不隨被處理水的條件或組成而發(fā)生變化，是一種綠色環(huán)保的循環(huán)冷卻水處理技術(shù)。3.1、電解過程中典型的化學(xué)反應(yīng)1）、陰極電化學(xué)反應(yīng)反應(yīng)室中維持一定的工作電流。結(jié)果是，在陰極（反應(yīng)室內(nèi)壁）附近形成高濃度的氫氧根，這種升高的pH環(huán)境（pH高達13），讓易結(jié)垢的礦物質(zhì)預(yù)先結(jié)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(xué)環(huán)境，和用石灰處理形成的冷石灰軟化環(huán)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

5、成 氫氧化鈣: Ca(OH)2(垢) 碳酸鈣: CaCO3(垢)2）、陽極電化學(xué)反應(yīng)電流也將一部分的氯離子轉(zhuǎn)化成氯氣，在冷卻水中形成持續(xù)殺菌效果的次氯酸。同時產(chǎn)生臭氧、氧自由基、氫氧根自由基和雙氧水。這一系列產(chǎn)物提供了殺生效應(yīng)，結(jié)合安培電流及局部高的和低的（陽極）pH區(qū)域，維持了EST內(nèi)部一個事實的消毒環(huán)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OH0OH- e- OH0過氧化氫2H2O 2 e- H2O2 + 2H+氧自由基2H2O 2 e- O0

6、 + 2 H+3.2、阻垢、緩蝕、殺菌滅藻技術(shù)原理1）電化學(xué)水處理設(shè)備利用水電化學(xué)的基本原理為基礎(chǔ)，在反應(yīng)室內(nèi)利用水及水中的礦物質(zhì)的電化學(xué)特性，電極（陽極）和反應(yīng)室（陰極）內(nèi)壁附近分別制造出氧化反應(yīng)環(huán)境和還原反應(yīng)環(huán)境，從而實現(xiàn)預(yù)先沉積水垢并去除和在線產(chǎn)生殺菌滅藻物質(zhì)。2）在反應(yīng)室內(nèi)壁附近水被電解產(chǎn)生OH根， 使PH值升高到14，在高堿性環(huán)境下水中鈣離子以碳酸鈣水垢形式析出并附著在內(nèi)壁上，隨著反應(yīng)室內(nèi)壁沉積水垢增多，定期將沉積的水垢刮掉排出循環(huán)水系統(tǒng)，維持循環(huán)水中礦物質(zhì)平衡，實現(xiàn)水質(zhì)穩(wěn)定。3）在設(shè)備陽極附近水中的氯離子被氧化，產(chǎn)生游離氯（0.1mg/L），以及臭氧、雙氧水等物質(zhì)，有效殺滅進入反應(yīng)

7、室中的微生物和持續(xù)控制整個循環(huán)水系統(tǒng)中細菌和藻類的滋生。4)利用水蒸發(fā)過程中的堿度自然上升的特點，通過適當(dāng)?shù)膒H值調(diào)節(jié)，維系循環(huán)水處于堿性環(huán)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(fā)生。5)電化學(xué)水處理設(shè)備解決了循環(huán)水系統(tǒng)的結(jié)垢、腐蝕和微生物污染問題，而循環(huán)水系統(tǒng)不需要再添加化學(xué)阻垢劑、緩蝕劑和殺菌滅藻藥劑；電化學(xué)水處理是沒有任何污染的綠色環(huán)保水處理技術(shù)，避免了循環(huán)水系統(tǒng)排污水中因添加化學(xué)藥劑造成的二次污染，減少了污水處理的負擔(dān)。4、設(shè)備運行控制技術(shù)1）利用朗格里爾飽和指數(shù) LSI預(yù)測結(jié)垢循環(huán)水采用用化學(xué)藥劑處理的目標(biāo)是讓所有的物質(zhì)都處于溶解平衡狀態(tài)，并且用朗格里爾飽和指數(shù) - L

8、SI 進行循環(huán)水結(jié)垢預(yù)測，同理，電化學(xué)采用水中礦物去除技術(shù)保持循環(huán)水中礦物質(zhì)的平衡狀態(tài)，故此同樣可采用朗格里爾飽和指數(shù) - LSI 進行循環(huán)水結(jié)垢預(yù)測來管理和控制設(shè)備的運行狀態(tài)，達到控制循環(huán)水結(jié)垢的目的。2）采用電阻測試技術(shù)控制水垢預(yù)沉積的排除在EST電解水處理器中的水垢預(yù)沉積過程，發(fā)生在反應(yīng)室內(nèi)壁附近。 由于使用了電阻測試系統(tǒng)，預(yù)沉積的水垢只在反應(yīng)室內(nèi)壁附近沉積很薄的一層。通過這個系統(tǒng)，反應(yīng)室內(nèi)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(tǒng)為了確保水垢不會太厚，設(shè)計了自動刮刀來定期將水垢刮掉排出反應(yīng)室。3）在線電導(dǎo)和pH值檢測控制技術(shù)設(shè)備配備在線pH傳感器和pH值調(diào)節(jié)裝置、

9、在線電導(dǎo)率檢測系統(tǒng)，及水質(zhì)調(diào)節(jié)裝置等。5、設(shè)備應(yīng)用要點1)、電解水處理器利用水垢預(yù)沉積和氯離子及氧離子的氧化產(chǎn)物，用于工業(yè)循環(huán)冷卻水、中央空調(diào)循環(huán)水、工業(yè)制造冷卻水系統(tǒng)，從而解決結(jié)垢和微生物控制的問題。2)、電化學(xué)水處理技術(shù)是根據(jù)循環(huán)水系統(tǒng)工藝要求，通過對補充水和循環(huán)水水質(zhì)的分析計算來量身制定循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)穩(wěn)定的技術(shù)方案。3)、電化學(xué)循環(huán)水處理系統(tǒng)對技術(shù)控制管理要求與化學(xué)水處理技術(shù)相同，并且必須符合循環(huán)水生產(chǎn)運行的特性要求，否則不能發(fā)揮設(shè)備的結(jié)垢、腐蝕、微生物控制性能而造成失敗。4)、電化學(xué)設(shè)備的在線儀表及自動化控制系統(tǒng)要求可靠穩(wěn)定有效才能保證設(shè)備有效運行。5)、電化學(xué)設(shè)備的維護管理是設(shè)備安全

10、可靠運行的基礎(chǔ)保證。6)、單臺電化學(xué)水處理設(shè)備處理能力較小，國外電化學(xué)水處理設(shè)備在國內(nèi)尚未見到在大規(guī)模循環(huán)水處理系統(tǒng)中應(yīng)用。國產(chǎn)設(shè)備在大規(guī)模循環(huán)水量處理系統(tǒng)中應(yīng)用案例也很少，其具體效果及穩(wěn)定可靠性有待考察。只有多年積累的實踐經(jīng)驗做基礎(chǔ)，才能制造出符合水處理性能要求的設(shè)備，故此設(shè)備選型制定水處理方案要慎重，最好采用化學(xué)處理技術(shù)做補充，設(shè)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(wěn)妥方案。6.結(jié)語1）電化學(xué)循環(huán)水處理設(shè)備，自動化操作程度高，同時實現(xiàn)阻垢、防止生物污染、防腐，設(shè)備維護方便簡單，應(yīng)該是一個很有前景的循環(huán)水處理技術(shù)。2）電化學(xué)水處設(shè)備是綠色環(huán)保水處理技術(shù)，不會給冷卻水帶來二次污染

11、，循環(huán)水系統(tǒng)的排污水經(jīng)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(xué)水處理設(shè)備用于循環(huán)水處理系統(tǒng)需要技術(shù)人員定期分析運行數(shù)據(jù)并進行管控，在技術(shù)管理上沒有降低要求。4）豐富的現(xiàn)場應(yīng)用實踐經(jīng)驗和科學(xué)的管理是電化學(xué)設(shè)備成功應(yīng)用的基本條件。5）電化學(xué)應(yīng)用于循環(huán)水處理時間較短，尚未得到大型工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，其售價和維護成本化學(xué)藥劑法處理比較不占優(yōu)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(shè)備投資及運行管理費用等因素決定。參考文獻1、王晨晨，施杰，肖丙雁,電化學(xué)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定處理技術(shù)的原理及應(yīng)用, 寶鋼技術(shù)2012年02期2、肖丙雁丁宗琪王萬俊謝世紹,電化學(xué)技術(shù)在穩(wěn)定冷卻循環(huán)水水質(zhì)中的應(yīng)用, 環(huán)境科學(xué)與管理2010年02期.3、張安龍 李凱 王飛朋 揭樂標(biāo) 楊雯燕, 板式電化學(xué)水