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循環水處理系統中電化學水處理技術的應用
時間:2017-02-09 來源:藍河藍
循環水系統是冶金工業、石油工業、化工工業以及建筑的空調系統必不可少的能源介質之一。提高循環水的利用率將極大減緩用水壓力,然而減少循環水的排放,提高其濃縮倍數,必然會帶來管道和設備的結垢、腐蝕以及微生物大量滋生等問題。
目前,對于工業循環水處理系統,為減少因循環水中鹽類等的濃縮而對管道及設備造成的不利影響,普遍使用投加化學藥劑的方法來保持水質穩定,以提高循環水系統的濃縮倍數。
然而,這種方法所使用的藥劑昂貴,運行成本高。電化學水處理技術利用水及水中礦物質的電化學特性,通過調節水中礦物質的平衡,解決了工業循環水的結垢、腐蝕、微生物滋生三大問題,從根本上解決投加化學藥劑帶來的環境污染。
目前,對于工業循環水處理系統,為減少因循環水中鹽類等的濃縮而對管道及設備造成的不利影響,普遍使用投加化學藥劑的方法來保持水質穩定,以提高循環水系統的濃縮倍數。
然而,這種方法所使用的藥劑昂貴,運行成本高。電化學水處理技術利用水及水中礦物質的電化學特性,通過調節水中礦物質的平衡,解決了工業循環水的結垢、腐蝕、微生物滋生三大問題,從根本上解決投加化學藥劑帶來的環境污染。
電化學水處理技術的工作原理
電化學水處理技術的主要工作原理是利用電化學的氧化還原反應,將水中的Ca2+、Mg2+以固體形式排除,降低水體的硬度,同時產生氧化性物質,抑制循環水系統中菌藻的滋生,達到殺菌滅藻功能。目前,國內外對于電化學循環水處理技術的機理研宄主要集中在以下兩個方面:
電化學除垢原理
在電流的作用下水在陰極發生電解反應生成OH-,見式(1)、式(2)。由陰極反應產生的OH-離子,打破陰極附近溶液中堿度與硬度的平衡,溶液中的HCO3-離子轉化為CO32-離子,見式(3)。同時水中的Ca2+、Mg2+等成垢離子在靜電引力的作用下向陰極區遷移,分別生成CaCO3、Mg(OH)2沉淀析出,見式(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↓
同時在電場的作用下,CaCO3在陰極板表面的結晶形式由堅硬的方解石結構轉變為較為疏松的文石型結構,更易于剝離去除[2-3]。
電化學殺菌原理
研究者認為電化學消毒并不是一個簡單的過程,其包括了物理、化學和生物等多種作用機制與反應歷程,可以認為是多種因素共同作用完成的。其中主要涉及如電解氯化、活性基團作用等。
在電場的作用下,水中的氯離子會被氧化成氯氣、次氯酸、次氯酸根等自由氯組分,見式(6)、式(7)、式(8)。一般認為,電解氯化作用,主要通過次氯酸起作用。次氯酸為很小的中性分子,只有它才能擴散到帶負電的細菌表面,并通過細菌的細胞壁穿透到細菌內部。當次氯酸到達細菌內部時,能起氧化作用破壞細菌的酶系統而使細菌死亡。在電催化反應中,通過電解水以及溶解在水中的氧氣在電極表面生成一些短壽命的中間產物,即臭氧(式9)、羥基自由基(式10)、過氧化氫(式11)和氧自由基(式12)等,這些強氧化性的物質能使微生物細胞中的多種成分發生氧化,從而使微生物產生不可逆的變化而死亡。
(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+
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