循环水垢的A电源电解法去除工艺

第41卷第4期广州化工Vol.41 No.42013年2月Guangzhou Chemical IndustryFebruary. 2013循环水垢的A电源电解法去除工艺李森，王海峰，,郭斌(贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳55000)摘要:工业冷却循环水的除垢问题，因存在二次污染、操作复杂、成本高等难点，一直有没得到完满的解决。A电源电解法除水垢的工艺路线，很好的解决了这-问题并得到了小范围内的工业应用。通过对相关电化学参数的调整变化，得出了其对于结垢、除垢效果的影响规律和最佳工艺参数，并对其机理做了初步分析和讨论，填补了电化学除水垢的理论空白。实验结果表明，A电源电解法对于循环水垢的去除具有良好功效，是-一种绿色环保工艺。关键词:电解法除垢;工艺机理;电化学参数;绿色环保中图分类号: TQ914. 1文献标识码: B文章编号: 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据资料显示，工业用水量的70% ~ 80%将用于冷却循环环CO2 + 0H-→HCO;节上川，所以提高循环水的利用率将极大的减缓用水压力。提HCO; +0H"--→CO3° +H20高循环水的利用率最理想的方式便是减少排放提高浓縮倍数，同时水中Ca2*、Mg2* 等与上述阴离子基团在阴极板界面而减少排放必然出现管道和设备的结垢问题。管道结垢将会造区域键 合生成CaCO3、MgCO3、Ca(OH)2、Mg( 0H)2沉淀析成垢向腐蚀、降低设备的换热效率,且存在安全隐患(-31。 而出4。常用的化学除垢、高压水除垢、机械除垢、超声波除垢等方法1.2 分子结晶动力学理论存在除垢效果有限、工作量大、操作复杂、二次污染、成本高-般而言CaCO3及MgCO,晶型通常为排列整齐、结构致中的一个或多个问题”。目前虽有关于电化学除垢研究的相关密、质地坚硬的方解石型，难以去除。而在电场的作用下，促报道，但对于其反应机理、作用规律并未有深人的研究。且研使CaCO,及MgCO,在阴极板表面的结晶形式转变为较为疏松究紧限于除垢、缓蚀、杀菌灭藻中的某-方向。 本实验所提出.的在循环水中插人特殊电极材料、加载特殊电源电解的方法，的纹石 型球状结晶并使其体积增大4-15倍，使其不容易附着具有自动化程度高、操作简单、低耗、高效、环境友好的特且便于剥离去除[' 8。点，且兼有缓蚀、杀菌之功效，必将创造良好的社会效益。1.3 分子极化理论水是极性分子，氧有更高的电负性，对电子的吸引力很1机理初步分析强。在常态下共价键结合的氢氧键电子云会偏向氧原子。在电1.1电化学反应过程及伴随反应理论场力的作用下受极化作用影响，电子云将更加偏向氧。从而在在电流的作用下水在阴极发生电解反应生成0H~，从而在水分子内部形成明显的正负电荷中心，将循化水中的正负离阴极板界面上形成-一个碱性区域，这将增大CO2的溶解度从而子、基团隔离包围。促进CO5的生成。同时新生CO3-与Ca*、Mg*等阳离子以2研究方法 .离子键的形式键合,形成沉淀析出。随着电解的进行，OH在阴极板表面浓度逐渐升高，水中溶解的CO2在极板界面区域发由分析纯的CaCl2、NaHCO,按摩尔比1 :2的比例在蒸馏水生如下反应:中配置过饱和溶液，静置、抽滤后置于反应器中，通过A电源作者简介:李森(1988-)， 男，在读研究生，主要从事工业冷却循环水处理方面的研究工作。05第41卷第4期李森等:循环水垢的A电源电解法去除工艺电解。对电解时间、电压、电流、极板间距做单因素实验，通表2电流密度对除垢效果的影响过硬度、电导率、溶解性总固体的变化可得出各因素对除垢效电流密电导率溶解性总硬果的影响。/(Nm2)/(μv/em)固体/(mg/L)/(mg/L)03147588. 033实验结果分析253048560. 503.1电解时间的影响1o51534. 485529440496.45设定极板间距为100 mm,电流密度为s0 Nm',测定原水的电导率、溶解性总固体、硬度值分别为438 uμs/cm、215 mg/L、70484.44640. 67 mg/L,电解后其变化情况如表I所示，其图像如图1。从表1、图1可以看出，随着电解时间的增加水样硬度、- +常解性总固体电导率、溶解性总固体呈下降趋势。在电解时间150 ~ 180 min700一电导事之间可以发现电导率、溶解性总固体基本无变化，硬度也有趋00于稳定的表现。所以并非随着时间的延长各参数可以无限下降，而是控制在某- -范围内。表1电解时间对除垢效果的影响200电解时间.电导事硬度/min/(p/cm)1020304050607080电流密度(A/m)388186570. 00圈2电流密度对除垢效果的变化图像366173520.519026158470.21由表2及图2可知，电流密度控制在55 Nm2以下各参数120342163430. 32值呈下降趋势，高于55 A/m2时电导率和溶解性总固体有上升15008149380.00的情况，且硬度下降速率也明显降低。同时电流密度在55 Nm21800214360.32图像斜率最大电解效率最高，所以将电流密度控制在此值最为合理。另外可以看到电流密度在25 ~40 A/m2时，出现与实验3.1中90 ~ 120 min时的相同情况。究其原因除上述两点之外还可以解释为随着电场强度的升高，离子的迁移速度与水的电解500-溶解性总固体程度的一-个竞争。因为电场强度越高传质越快，而电解程度也400越大。这一点同样可解释为何电流密度在55 A/m2硬度下降速一电导率的300率明显降低。3.3极板间距的影响10。5010015设定电流密度为s0 Mm',电解时间为60 min,测定原水极板间距/mm的电导率、溶解性中固体、硬度值分别为301 μs/cm、144 mg/L、團1电解时间对除垢效果的变化图像622. 56 mg/L,电解后其变化情况如表3所示。当电极间距为50 mm,电解60 min后，可使模拟循环水的在90 ~ 120 min之间电导率和溶解性总固体有略微上升趋硬度值降低到- 一个很低水平,而150 mm、125 mm时的减少量势，而硬度依然下降，出现反常。分析认为以下两原因可解释很小;但极板间距不能无限减小，因为极板距离太小时，两极这- -现象: (1)硬度主要是由水样中Ca*、Mg*浓度所决定，容 易接触而造成短路。当极板间距为100 mm时，图线斜率最而电导率、溶解性总固体是所有溶解在水中的离子决定的。大， 硬度急剧变化，因此最佳极板间距为100 mm。与前面两组(2)加载电源后由于水被电解有OH等离子生成，同时水样实验对比在同等效果下有两点优势: (1)电流密度可控制在最中Ca2*、Mg'*等离子被沉淀析出。所以电导率和溶解性总固低，降低了能耗。(2) 在相同电流密度下具有更高的除垢效体值存在一一个电解和沉淀的竞争，而硬度值并不受此影响。另率。外在电解时间120 ~ 150 min内各图线斜率最大，说明除垢效率另外，当电流时间与电解时间均相同的情况下，缩短极板最佳。从以上分析可知，电解时间可从电解的效率和彻底性来间距可 使电导率和溶解性总固体呈降低趋势，但并不明显。前控制。如果要获得好的能耗比可将电解时间控制在120 ~两组单因素实验也存在同类现象。分析认为是以下原因引起:150 min内，如果想达到一个比较彻底的除垢结果可将时间控的: (1)加载A电源后溶解在水中的Ca2*离子在阴极板上与制在150~ 180 min内。综合考虑可将电解时间控制在150 min co,- 结合形成CaCO,沉淀，而硬度值是有此直接单独决定的，内作为参考点。电导率和溶解性总固体并不如此。(2) 当各电化学参数向有利3.2 电流密度的影响于提高电解效率的方向改变时，相同时间内阴阳极反应的粒子设定极间距为100 mm,电解时间为60 min,测定原水的电数目增多，加快了Ca2+的浓度减小速度，也会使电导率和溶解导率、溶解性中固体、硬度值分别为316 us/cm、150 m/I、性总固体及硬度降低。(3) 电解过程中，由于槽内温度变化不656. 59 mg/L,电解后其变化情况如表2、图2所示。-，而温度对于各参数值有明显影响，电导率和容解性总固体尤为明显。.106广州化工2013年2月表3极板间距对除垢效果的影响(1) A电源电解法可使循环水的硬度值明显下降，电导率极板间距电导率溶解性综硬度和溶解性总固体呈总体下降趋势，方便可行。/(μx/cm)固体/( mg/L)/(mg/L)(2)电解时间越长除垢越彻底，但并非无限降低。可将其控制在150 min作为参考点。50.006912526.47(3)电流密度越大除垢效果越明显，但考虑能耗可将电流75.0028113532. 48密度选择在55 A/m’。100. 0068528.49(4)基板间距不可无限缩短，选撣在100 mm时，在同等125. 00283576. 52条件下可使除垢效率最高、能耗最低。150. 00286596. 51参考文献[1] 叶平,王文祥,曾志,等.循环水冷却水除垢技术综述[J].广东化600工,2010 ,37(6) :70 -71.-◆-溶解性总固体2] Forster M, Augustin w. 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