第41卷第4期廣州化工Vol.41 No.42013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鹾７澹?郭斌(貴州大學(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(diǎn)，一直有沒得到完滿的解決。A電源電解法除水垢的工藝路線，很好的解決了這-問題并得到了小范圍內(nèi)的工業(yè)應(yīng)用。通過對(duì)相關(guān)電化學(xué)參數(shù)的調(diào)整變化，得出了其對(duì)于結(jié)垢、除垢效果的影響規(guī)律和最佳工藝參數(shù)，并對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，A電源電解法對(duì)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(hào): TQ914. 1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B文章編號(hào): 100 -9677(2013)04 -0104 -03Circulation Scale Removal Technology of A Power Source Electrolytic Processu Sen, WANG Hai -feng, GUO Bin( Materials and Engineering Institute , Guizhou University , Guzhou Guiyang 550000 , China)Abstract: Industrial recirculating cooling water of descaling problems had not good solution because of secondary pol-lution, 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 electrochem-cal 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 + 0H-→HCO;節(jié)上川，所以提高循環(huán)水的利用率將極大的減緩用水壓力。提HCO; +0H"--→CO3° +H20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(shí)水中Ca2*、Mg2* 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(huì)造區(qū)域鍵 合生成CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2、Mg( 0H)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(-31。 而出4。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(dòng)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-般而言CaCO3及MgCO,晶型通常為排列整齊、結(jié)構(gòu)致中的一個(gè)或多個(gè)問題”。目前雖有關(guān)于電化學(xué)除垢研究的相關(guān)密、質(zhì)地堅(jiān)硬的方解石型，難以去除。而在電場(chǎng)的作用下，促報(bào)道，但對(duì)于其反應(yīng)機(jī)理、作用規(guī)律并未有深人的研究。且研使CaCO,及MgCO,在陰極板表面的結(jié)晶形式轉(zhuǎn)變?yōu)檩^為疏松究緊限于除垢、緩蝕、殺菌滅藻中的某-方向。 本實(shí)驗(yàn)所提出.的在循環(huán)水中插人特殊電極材料、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(dòng)化程度高、操作簡(jiǎn)單、低耗、高效、環(huán)境友好的特且便于剝離去除[' 8。點(diǎn)，且兼有緩蝕、殺菌之功效，必將創(chuàng)造良好的社會(huì)效益。1.3 分子極化理論水是極性分子，氧有更高的電負(fù)性，對(duì)電子的吸引力很1機(jī)理初步分析強(qiáng)。在常態(tài)下共價(jià)鍵結(jié)合的氫氧鍵電子云會(huì)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(chǎng)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0H~，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(gè)堿性區(qū)域，這將增大CO2的溶解度從而子、基團(tuán)隔離包圍。促進(jìn)CO5的生成。同時(shí)新生CO3-與Ca*、Mg*等陽離子以2研究方法 .離子鍵的形式鍵合,形成沉淀析出。隨著電解的進(jìn)行，OH在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)由分析純的CaCl2、NaHCO,按摩爾比1 :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(jiǎn)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。05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電解。對(duì)電解時(shí)間、電壓、電流、極板間距做單因素實(shí)驗(yàn)，通表2電流密度對(duì)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(duì)除垢效電流密電導(dǎo)率溶解性總硬果的影響。/(Nm2)/(μv/em)固體/(mg/L)/(mg/L)03147588. 033實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析253048560. 503.1電解時(shí)間的影響1o51534. 485529440496.45設(shè)定極板間距為100 mm,電流密度為s0 Nm',測(cè)定原水的電導(dǎo)率、溶解性總固體、硬度值分別為438 uμs/cm、215 mg/L、70484.44640. 67 mg/L,電解后其變化情況如表I所示，其圖像如圖1。從表1、圖1可以看出，隨著電解時(shí)間的增加水樣硬度、- +常解性總固體電導(dǎo)率、溶解性總固體呈下降趨勢(shì)。在電解時(shí)間150 ~ 180 min700一電導(dǎo)事之間可以發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率、溶解性總固體基本無變化，硬度也有趨00于穩(wěn)定的表現(xiàn)。所以并非隨著時(shí)間的延長(zhǎng)各參數(shù)可以無限下降，而是控制在某- -范圍內(nèi)。表1電解時(shí)間對(duì)除垢效果的影響200電解時(shí)間.電導(dǎo)事硬度/min/(p/cm)1020304050607080電流密度(A/m)388186570. 00圈2電流密度對(duì)除垢效果的變化圖像366173520.519026158470.21由表2及圖2可知，電流密度控制在55 Nm2以下各參數(shù)120342163430. 32值呈下降趨勢(shì)，高于55 A/m2時(shí)電導(dǎo)率和溶解性總固體有上升15008149380.00的情況，且硬度下降速率也明顯降低。同時(shí)電流密度在55 Nm21800214360.32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 ~40 A/m2時(shí)，出現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)3.1中90 ~ 120 min時(shí)的相同情況。究其原因除上述兩點(diǎn)之外還可以解釋為隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的升高，離子的遷移速度與水的電解500-溶解性總固體程度的一-個(gè)競(jìng)爭(zhēng)。因?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度越高傳質(zhì)越快，而電解程度也400越大。這一點(diǎn)同樣可解釋為何電流密度在55 A/m2硬度下降速一電導(dǎo)率的300率明顯降低。3.3極板間距的影響10。5010015設(shè)定電流密度為s0 Mm',電解時(shí)間為60 min,測(cè)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301 μs/cm、144 mg/L、團(tuán)1電解時(shí)間對(duì)除垢效果的變化圖像622. 56 mg/L,電解后其變化情況如表3所示。當(dāng)電極間距為50 mm,電解60 min后，可使模擬循環(huán)水的在90 ~ 120 min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(gè)很低水平,而150 mm、125 mm時(shí)的減少量勢(shì)，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?yàn)闃O板距離太小時(shí)，兩極這- -現(xiàn)象: (1)硬度主要是由水樣中Ca*、Mg*濃度所決定，容 易接觸而造成短路。當(dāng)極板間距為100 mm時(shí)，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，因此最佳極板間距為100 mm。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(shí)水樣實(shí)驗(yàn)對(duì)比在同等效果下有兩點(diǎn)優(yōu)勢(shì): (1)電流密度可控制在最中Ca2*、Mg'*等離子被沉淀析出。所以電導(dǎo)率和溶解性總固低，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一一個(gè)電解和沉淀的競(jìng)爭(zhēng)，而硬度值并不受此影響。另率。外在電解時(shí)間120 ~ 150 min內(nèi)各圖線斜率最大，說明除垢效率另外，當(dāng)電流時(shí)間與電解時(shí)間均相同的情況下，縮短極板最佳。從以上分析可知，電解時(shí)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(shì)，但并不明顯。前控制。如果要獲得好的能耗比可將電解時(shí)間控制在120 ~兩組單因素實(shí)驗(yàn)也存在同類現(xiàn)象。分析認(rèn)為是以下原因引起:150 min內(nèi)，如果想達(dá)到一個(gè)比較徹底的除垢結(jié)果可將時(shí)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~ 180 min內(nèi)。綜合考慮可將電解時(shí)間控制在150 min co,- 結(jié)合形成CaCO,沉淀，而硬度值是有此直接單獨(dú)決定的，內(nèi)作為參考點(diǎn)。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的方向改變時(shí)，相同時(shí)間內(nèi)陰陽極反應(yīng)的粒子設(shè)定極間距為100 mm,電解時(shí)間為60 min,測(cè)定原水的電數(shù)目增多，加快了Ca2+的濃度減小速度，也會(huì)使電導(dǎo)率和溶解導(dǎo)率、溶解性中固體、硬度值分別為316 us/cm、150 m/I、性總固體及硬度降低。(3) 電解過程中，由于槽內(nèi)溫度變化不656. 59 mg/L,電解后其變化情況如表2、圖2所示。-，而溫度對(duì)于各參數(shù)值有明顯影響，電導(dǎo)率和容解性總固體尤為明顯。.106廣州化工2013年2月表3極板間距對(duì)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)率極板間距電導(dǎo)率溶解性綜硬度和溶解性總固體呈總體下降趨勢(shì)，方便可行。/(μx/cm)固體/( mg/L)/(mg/L)(2)電解時(shí)間越長(zhǎng)除垢越徹底，但并非無限降低。可將其控制在150 min作為參考點(diǎn)。50.006912526.47(3)電流密度越大除垢效果越明顯，但考慮能耗可將電流75.0028113532. 48密度選擇在55 A/m’。100. 0068528.49(4)基板間距不可無限縮短，選撣在100 mm時(shí)，在同等125. 00283576. 52條件下可使除垢效率最高、能耗最低。150. 00286596. 51參考文獻(xiàn)[1] 葉平,王文祥,曾志,等.循環(huán)水冷卻水除垢技術(shù)綜述[J].廣東化600工,2010 ,37(6) :70 -71.-◆-溶解性總固體2] Forster M, Augustin w. 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