电化学工业循环冷却水处理技术 - 循环水处理

2016-07-27 17:49:58 user2

电化学水处理技术在循环水处理?#20302;?#20013;的应用

循环水?#20302;?#26159;冶金工业、石油工业、化工工业以及建筑的空调?#20302;?#24517;不可少的能源介质之一。提高循环水的利用率将极大减缓用水压力,然而减少循环水的排放,提高其浓缩倍数,必然会带来管道和设备的结垢、腐蚀以及微生物大量滋生等问题。目前,对于工业循环水处理?#20302;常?#20026;减少因循环水中盐类等的浓缩而对管道及设备造成的不利影响,普遍使用投加化学药剂的方法来保持水质稳定,以提高循环水?#20302;?#30340;浓缩倍数。然而,这种方法所使用的药剂昂贵,运行?#26432;?#39640;。电化学水处理技术利用水及水中矿物质的电化学特性,通过调节水中矿物质的平衡,解决了工业循环水的结垢、腐蚀、微生物滋生三大问题,从根本上解决投加化学药剂带来的环境污染。

1电化学水处理技术的工作原理

电化学水处理技术的主要工作原理是利用电化学的氧化还原反应,将水中的Ca2+、Mg2+以固体?#38382;?#25490;除,降低水体的硬度,同时产生氧化性物质,抑制循环水?#20302;?#20013;菌藻的滋生,达到杀菌灭藻功能。目前,国内外对于电化学循环水处理技术的机理研宄主要集中在以下两个方面:

1.1电化学除垢原理

在电流的作用下水在阴极发生电解反应生成OH-,见式(1)、式(2)。由阴极反应产生的OH-离子,打破阴极附近溶液中碱度与硬度的平衡,溶液中的HCO3-离子转化为CO32-离子,见式(3)。同时水中的Ca2+、Mg2+等成垢离子在静电引力的作用下向阴极区迁移,?#30452;?#29983;成CaCO3、Mg(OH)2沉淀析出,见式(4)、式(5)。

(1)      O2+2 H2O+4e→4OH-

(2)     2H2O+2e→H2+2OH-

(3)     OH-+ HCO3-→CO32-+ H2O

(4)     Ca2++CO32-→CaCO3

(5)     Mg2++2OH-→Mg(OH)2

同时在电场的作用下,CaCO3在阴极板表面的结晶?#38382;?#30001;坚硬的方解石结构转变为较为疏松的文石型结构,更易于剥离去除。

1.2电化学杀菌原理

研?#31354;?#35748;为电化学消?#38745;?#19981;是一个简单的过程,其包括了物理、化学和生物等多种作用机制与反应历程,可以认为是多种因素共同作用完成的。其中主要涉及如电解氯化、活性基团作用?#21462;?/p>

在电场的作用下,水中的?#22756;?#23376;会被氧化成氯气、次氯酸、次氯酸根等自由氯组分,见式(6)、式(7)、式(8)。一般认为,电解氯化作用,主要通过次氯酸起作用。次氯酸为很小的中性分子,只有它才能扩散到带负电的细菌表面,并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部。当次氯酸到达细菌内部?#20445;?#33021;起氧化作用破坏细菌的酶?#20302;?#32780;使细菌死亡。在电催化反应中,通过电解水以及溶解在水中的氧气在电极表面生成一些短寿命的中间产物,即臭氧(式9)、羟基自由基(式10)、过氧化氢(式11)?#33073;?#33258;由基(式12)等,这些强氧化性的物质能使微生物细胞中的多种成分发生氧化,从而使微生物产生不可逆的变化而死亡。

(6)        2Cl- -2e→Cl2

(7)        Cl-+H2O-2 e→HClO +H+

(8)        Cl-+2OH-- 2 e→ClO+ H2O

(9)        O2 + 2OH--2e→O3+ H2O

(10)    OH- - e→OH0

(11)    2H2O- 2 e→H2O2 + 2H+

(12)    H2O -2 e→O0 + 2 H+

2 电化学水处理设备工作方式

2.1 电化学水处理设备的安装

EST电化学水处理设备采用旁路安装,在不改变现有工艺情况下,可以直?#30828;?#32852;在?#36127;?#25152;有的现有循环水?#20302;成希?#35265;图1)。处理单元相对紧凑,安装场地占用面积小,不需要土建施工。

 

图1 EST电化学水处理装置流程图

2.2电化学水处理设备工作流程

电化学水处理设备利用水垢预沉积和?#22756;?#23376;的氧化产物,用于工业循环冷却水、中央空调循环水等,从而取代软化树脂或者化学药剂解决结垢和微生物控制的问题。其主要构成部件有: 反应室、阳极、驱动电机、刮刀、进出口、排污阀及控制部分等(见图2)。

冷却水在反应室内,经过电化学作用发生下列反应:(1)在阴极(反应室内壁)附近形成一个强碱性环?#24120;?#20351;碳酸钙从水中析出,与沉积的重金属离子一起附着在内壁上。(2)电流导致悬浮颗粒失稳,形成?#27927;?#32110;体沉淀下来。(3)在阳极附近,?#22756;?#23376;被电解氧化生成游离?#28982;?#32773;次氯酸。(4)在阳极附近同时生成氢氧根自由基、氧自由基、臭氧和双氧水,这些物质进一步强化了在反应室内和整个水?#20302;?#30340;杀菌灭藻效果。(5)当设备工作时间达到设定值或者水中电导?#20351;?#39640;?#20445;?#25511;制?#20302;?#23601;启动自动刮垢、排污和清洗程序。进水阀门自动关闭,同时排污阀门开启,电机启动刮刀刮掉反应室内壁的软质水垢,与沉淀物一起排出反应室。然后进水阀门开启,刮刀停止运动,将水垢和沉淀物彻底清洗干净。大约2-5分钟后,排污阀门自动关闭,设备恢复正常工作。

 

图2 电化学水处理设备内部结构

2.3 投用前后循环水水质比较

某企业实施循环水处理技术升级改造项目,使用该电化学水处理设备一套,到目前为?#22434;?#35774;备运行稳定,循环水各项指标均有明显改观,水质明显变清,透明度高,水垢去除看得见。设备自动化程度高,运行稳定,与投加药?#26009;?#27604;运行费用减少75%。设备?#23545;?#21069;、后循环水各项指标平均数据对比见表1。装置?#23545;?#21518;,循环水总铁离子质量浓度逐步降低并趋于稳定,循环水的总碱?#21462;?#24635;硬?#21462;l-浓度和电导?#31034;?#26377;一定程度的降低。

 

表1 设备?#23545;?#21069;、后循环水各项指标平均数据对比

项目

?#23545;?#21069;

?#23545;?#21518;

PH

8.53

8.36

总碱度(mg/L)

220

171

总硬度(mg/L)

445

390

总铁(mg/L)

1.60

0.33

Cl-浓度(mg/L)

82

60

电导率(μs/cm)

845

684

 

3电化学水处理设备使用优势

(1)电解?#20302;?#30001;微电脑控制,全自动化操作,维护方便简单,占地面积小,重量轻,安装方便灵活。

(2)免加化学水处理药剂,绿色环保,无污染物排放,节水,节能,提高生产效?#30465;?#19982;使用化学水处理药剂比较,节水≥40%、节能≥23%、提高生产效?#30465;?%;绿色环保,排水经过沉淀澄清即可循环利用。

(3)提高生产效?#30465;?#30005;化学设备通过LSI、RSI软件?#20302;?#25511;制运行,确保换热器水侧结垢物质厚度在0.1mm左右。在防腐蚀同?#20445;?#30830;保热?#25442;?#25928;率始终达到设计能力的98%以上,热?#25442;?#22120;3年内不需要清洗。

(4)经济实用。单台设备处理量50m3/h-100m3/h,电极寿命≥3年,杀菌灭藻效果是药剂的10倍以上,设备投资回报周期在1年左右。


4结论与展望

电化学循环水技术的研究与应用,取代了用添加化学药剂方式处理循环水,从源头上解决了循环水污染的根本问题,?#29615;?#38754;让循环水?#20302;?#36816;行更加稳定,另?#29615;?#38754;彻底解决循环水排污引起的环保问题,节?#23478;?#21058;费用,节约补充水费用的同?#20445;?#33410;省巨额的污水处理与排放费用;优化循环水?#20302;?#30340;同?#20445;?#22823;幅度降低企业污水?#20302;?#30340;巨额投资与运行费用,有着极其重要的环保与经济价值。

面对越来越严峻的水资源危机与水污染现状,电化学水处理设备将具有很高的?#26049;?#24615;和应用前景。

 

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