第41卷第4期廣州化工2013年2月Guangzhou Chemical IndustryFebruary 2013循環(huán)水垢的A電源電解法去除工藝?yán)钌?王海峰,郭斌(責(zé)州大學(xué)材料與冶金學(xué)院,貴州貴陽55000摘要:工業(yè)冷卻循環(huán)水的除垢問題,因存在二次污染、操作復(fù)雜、成本高等難點,一直有沒得到完滿的解決。A電源電法除水垢的工藝路線,很好的解決了這一問題并得到了小范圍內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用。通過對相關(guān)電化學(xué)參數(shù)的調(diào)整變化,得出了其對于結(jié)垢、除垢效果的影響規(guī)律和最佳工藝參數(shù),并對其機(jī)理做了初步分析和討論,填補(bǔ)了電化學(xué)除水垢的理論空白。實驗結(jié)果表明,A電源電解法對于循環(huán)水垢的去除具有良好功效,是一種綠色環(huán)保工藝。關(guān)鍵詞:電解法除垢;工藝機(jī)理;電化學(xué)參數(shù);綠色環(huán)保中圖分類號:TQ141文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1001-9677(2013)04-0104-03Circulation Scale Removal Technology of A Power Source Electrolytic ProcessLI Sen, WANG Hai-feng, GUO BinMaterials and Engineering Institute, Guizhou University, Guzhou Guiyang 550000, China)Abstract: Industrial recirculating cooling water of descaling problems had not good solution because of secondary pollution, operation complexity, and high cost. A kind of A power source electrolytic process scaling technology route wasproposed, which was a very good solution to solve the problem. Through the experimental research of different electrochemical parameters for scaling, descaling effect was obtained with the best craft parameter, and its mechanism was preliminaryanalyzed and discussed. The experimental results showed that a power electrolytic rocess for the removal of the circulatingscale with good effect, was a green technologyKey words: electrochemical descaling; reaction mechanism; experimental parameters; environmental protection據(jù)資料顯示,工業(yè)用水量的70%~80%將用于冷卻循環(huán)環(huán)CO2+OH一+HCO3節(jié)上{,所以提高循環(huán)水的利用率將極大的減緩用水壓力。提HCO3+OH—心CO3+H2O高循環(huán)水的利用率最理想的方式便是減少排放提高濃縮倍數(shù)同時水中Ca2、M2等與上述陰離子基團(tuán)在陰極板界面而減少排放必然出現(xiàn)管道和設(shè)備的結(jié)垢問題。管道結(jié)垢將會造區(qū)域鍵合生成CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2、Mg(OH)2沉淀析成垢向腐蝕、降低設(shè)備的換熱效率,且存在安全隱患2。而出1常用的化學(xué)除垢、高壓水除垢、機(jī)械除垢、超聲波除垢等方法1.2分子結(jié)晶動力學(xué)理論存在除垢效果有限、工作量大、操作復(fù)雜、二次污染、成本高中的一個或多個問題。目前雖有關(guān)于電化學(xué)除垢研究的相關(guān)一般而言CaCO3及MgCO3晶型通常為排列整齊、結(jié)構(gòu)致報道,但對于其反應(yīng)機(jī)理、作用規(guī)律并未有深入的研究。且研密、質(zhì)地堅硬的方解石型,難以去除。而在電場的作用下,促究緊限于除垢、緩蝕、殺菌滅藻中的某一方向。本實驗所提出使CaCO3及MgCO3在陰極板表面的結(jié)晶形式轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為疏松的在循環(huán)水中插入特殊電極材料、加載特殊電源電解的方法,的紋石型球狀結(jié)晶并使其體積增大4-15倍,使其不容易附著具有自動化程度高、操作簡單、低耗、高效、環(huán)境友好的特且便于剝離去除331點,且兼有緩蝕、殺菌之功效,必將創(chuàng)造良好的社會效益。1.3分子極化理論1機(jī)理初步分析水是極性分子,氧有更高的電負(fù)性,對電子的吸引力很強(qiáng)。在常態(tài)下共價鍵結(jié)合的氫氧鍵電子云會偏向氧原子。在電1.1電化學(xué)反應(yīng)過程及伴隨反應(yīng)理論場力的作用下受極化作用影響,電子云將更加偏向氧。從而在在電流的作用下水在陰極發(fā)生電解反應(yīng)生成OH,從而在水分子內(nèi)部形成明顯的正負(fù)電荷中心,將循化水中的正負(fù)離陰極板界面上形成一個堿性區(qū)域,這將增大CO2的溶解度從而子、基團(tuán)隔離包圍。進(jìn)0的生成網(wǎng)時新生5CM用離子以2研究方汁v□凵中國煤化工E陰極板表面濃度逐漸升高,水中溶解的CO2在極板界面區(qū)域發(fā)由分析純CNMHG:2的比例在蒸餾水生如下反應(yīng)中配置過飽和溶液,靜置、抽濾后置于反應(yīng)器中,通過A電源作者簡介:李森(1988-),男,在讀研究生,主要從事工業(yè)冷卻循環(huán)水處理方面的研究工作。第41卷第4期李森等:循環(huán)水垢的A電源電解法去除工藝105電解。對電解時間、電壓、電流、極板間距做單因素實驗,通表2電流密度對除垢效果的影響過硬度、電導(dǎo)率、溶解性總固體的變化可得出各因素對除垢效電流密電導(dǎo)率溶解性總硬度果的影響。/(m2)/(scm)固體/(mg/L)L)3實驗結(jié)果分析310588.03560.503.1電解時間的影響534.48設(shè)定極板間距為100m,電流密度為50Mm2,測定原水的電導(dǎo)率、溶解性總固體、硬度值分別為4388/cm、215mgL、484.4464067mg/L,電解后其變化情況如表1所示,其圖像如圖1。從表1、圖1可以看出,隨著電解時間的增加水樣硬度、溶解性總固體電導(dǎo)率、溶解性總固體呈下降趨勢。在電解時間150~180min電導(dǎo)率之間可以發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率、溶解性總固體基本無變化,硬度也有趨于穩(wěn)定的表現(xiàn)。所以并非隨著時間的延長各參數(shù)可以無限下降,而是控制在某一范圍內(nèi)。表1電解時間對除垢效果的影響電解時間電導(dǎo)率溶解性總硬度/(固體/(mgL)/(mg/L電流密度(A/m570.00520.51圖2電流密度對除垢效果的變化圖像470.21由表2及圖2可知,電流密度控制在55A/m2以下各參數(shù)值呈下降趨勢,高于55A/m2時電導(dǎo)率和溶解性總固體有上升的情況,且硬度下降速率也明顯降低。同時電流密度在55Am2180145360.32圖像斜率最大電解效率最高,所以將電流密度控制在此值最為合理。另外可以看到電流密度在25~40Am2時,出現(xiàn)與實驗3.1中90~120min時的相同情況。究其原因除上述兩點之外還可以解釋為隨著電場強(qiáng)度的升高,離子的遷移速度與水的電解一溶解性總固體程度的一個競爭。因為電場強(qiáng)度越高傳質(zhì)越快,而電解程度也越大。這一點同樣可解釋為何電流密度在55Am2硬度下降速率明顯降低。3.3極板間距的影響設(shè)定電流密度為50A/m2,電解時間為60min,測定原水極板間距mm的電導(dǎo)率、溶解性中固體、硬度值分別為30 I Hscm、144mg/L、圖1電解時間對除垢效果的變化圖像626mg/L,電解后其變化情況如表3所示。當(dāng)電極間距為50mm,電解60min后,可使模擬循環(huán)水的在90-120min之間電導(dǎo)率和溶解性總固體有略微上升趨硬度值降低到一個很低水平,而150mm、125mm時的減少量勢,而硬度依然下降,出現(xiàn)反常。分析認(rèn)為以下兩原因可解釋很小;但極板間距不能無限減小,因為極板距離太小時,兩極這一現(xiàn)象:(1)硬度主要是由水樣中Ca2'、Mg2濃度所決定,容易接觸而造成短路。當(dāng)極板間距為100m時,圖線斜率最而電導(dǎo)率、溶解性總固體是所有溶解在水中的離子決定的。大,硬度急劇變化,因此最佳極板問距為100m。與前面兩組(2)加載電源后由于水被電解有OH-等離子生成,同時水樣實驗對比在同等效果下有兩點優(yōu)勢:(1)電流密度可控制在最中Ca2、Mg2等離子被沉淀析出。所以電導(dǎo)率和溶解性總低,降低了能耗。(2)在相同電流密度下具有更高的除垢效體值存在一個電解和沉淀的競爭,而硬度值并不受此影響。另率外在電解時間120~150mn內(nèi)各圖線斜率最大,說明除垢效率另外,當(dāng)電流時間與電解時間均相同的情況下,縮短極板最佳。從以上分析可知,電解時間可從電解的效率和徹底性來間距可使電導(dǎo)率和溶解性總固體呈降低趨勢,但并不明顯。前控制。如果要獲得好的能耗比可將電解時間控制在120~兩組單因素實驗也存在同類現(xiàn)象。分析認(rèn)為是以下原因引起150min內(nèi),如果想達(dá)到一個比較徹底的除垢結(jié)果可將時間控的:(1)加載A電源后溶解在水中的Ca2離子在陰極板上與制在150-180mn內(nèi)。綜合考慮可將電解時間控制在1mnco3結(jié)合形成CaCO3沉淀,而硬度值是有此直接單獨決定的內(nèi)作為參考點。電導(dǎo)率和溶解性總固體并不如此。(2)當(dāng)各電化學(xué)參數(shù)向有利3.2電流密度的影響于提高電解效率市設(shè)定極間距為100mm,電解時間為60min,測定原水的電數(shù)目增多,加悅中國煤化工會使電導(dǎo)率和溶解導(dǎo)率、溶解性中固體、硬度值分別為36s/cm、150mg/1、性總固體及硬厙CNMHG于槽內(nèi)溫度變化不65659mg/L,電解后其變化情況如表2、圖2所示。而溫度對于各參數(shù)值有明顯影響,電導(dǎo)率和溶解性總固體廣州化工2013年2月表3極板間距對除垢效果的影響(1)A電源電解法可使循環(huán)水的硬度值明顯下降,電導(dǎo)率極板間距溶解性綜和溶解性總固體呈總體下降趨勢,方便可行。/(μs/cm)固體/(mg/L)/(mg/L)(2)電解時間越長除垢越徹底,但并非無限降低?？蓪⑵?0.00526.47控制在150mn作為參考點。532.48(3)電流密度越大除垢效果越明顯,但考慮能耗可將電流密度選擇在55Mm2。528.49(4)基板間距不可無限縮短,選擇在100mm時,在同等576.52條件下可使除垢效率最高、能耗最低。286596.51參考文獻(xiàn)[1]葉平,王文樣祥,曾志,等循環(huán)水冷卻水除垢技術(shù)綜述[冂].廣東化工,2010,37(6):70-71l一溶解性總固體[2] Forster M, Augustin W. 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