電化學(xué)水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

解鵬　高社民　徐山

摘要：為了更好的優(yōu)化電化學(xué)水處理設(shè)備運(yùn)行工藝，提高處理效率。針對(duì)電化學(xué)水處理設(shè)備主要工藝參數(shù)板間距、電流密度、流速對(duì)循環(huán)水除垢、殺菌等影響，確定最優(yōu)電化學(xué)水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明，在實(shí)驗(yàn)工況條件下，板間距6-12CM，電流密度60-100A/m2，流速2-5m/s，電化學(xué)水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)，處理效率更高。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)水處理設(shè)備;板間距;電流密度;流速

1 引言

近年來隨著電化學(xué)技術(shù)的不斷突破推廣，其在工業(yè)循環(huán)水處理中阻垢、除垢、殺菌、防腐效果明顯，得到了人們廣泛的關(guān)注。電化學(xué)水處理設(shè)備無需藥劑，使用方便，成本低廉，維護(hù)容易，在工業(yè)循環(huán)水處理中迅速推廣應(yīng)用，但目前市場(chǎng)上各類產(chǎn)品參差不齊，處理效果不明。本文通過實(shí)驗(yàn)研究，得出最優(yōu)電化學(xué)水處理設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)，確定最優(yōu)運(yùn)行工藝，提高電化學(xué)水處理設(shè)備處理效率，實(shí)現(xiàn)更高效運(yùn)行，節(jié)約運(yùn)行成本。

2 不同的板間距對(duì)除垢、殺菌的影響

以某光伏企業(yè)工業(yè)循環(huán)水冷卻水為研究對(duì)象，在相同陽極板面積、相同電流密度下，分別在板間距2cm、4cm、6cm、8 cm 、10cm、 12 cm、14cm的條件下，通過電化學(xué)氧化小試試驗(yàn)，電解2小時(shí)考察不同板間距對(duì)除垢、殺菌的影響。

2.1 板間距對(duì)除垢效果的影響

通過檢測(cè)水中鈣硬度的降低，判斷不同板間距對(duì)除垢效果的影響。

通過上圖可以看出不同的板間距對(duì)鈣硬度的去除率不同，板間距越小，離子遷移距離縮短，加速碳酸鈣沉積，鈣硬度去除率越高，除垢效果越好。反之，板間距越大鈣硬度去除率越小，除垢效果越差。在板間距6-12cm時(shí)鈣硬度的去除率在45-50%之間。

2.2 板間距對(duì)殺菌效果的影響

通過檢測(cè)水中菌落總數(shù)的降低，判斷不同板間距對(duì)殺菌效果的影響。

通過上圖可以看出不同的板間距對(duì)菌落總數(shù)的去除率不同。相同的電流強(qiáng)度極板之間產(chǎn)生的羥自由基HO.、臭氧0₃、雙氧水H₂0₂等強(qiáng)氧化性物質(zhì)不變，當(dāng)板間距越小，極板之間處理水量減少電化學(xué)作用強(qiáng)度增加，菌落總數(shù)去除率越高，殺菌效果越好。反之，板間距越大菌類總數(shù)去除率越小。在板間距6-10cm時(shí)菌落總數(shù)的去除率在60-70%之間。

板間距通過影響水垢離子遷移的距離，從而影響水垢的形成。根據(jù)電化學(xué)水處理設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，板間距越大，清垢操作越方便，清垢頻率越長(zhǎng)，但設(shè)備體積增大，處理效率低除垢效果差。相反，板間距越小，清垢操作技術(shù)要求越高，清垢頻率越短，且同樣極板數(shù)量單位處理水量降低，但處理效率高。綜合考慮除垢效果、殺菌效果及處理水量、操作維護(hù)等，得出板間距在6-12cm為最佳工藝結(jié)構(gòu)。

3 不同電流密度對(duì)除垢、殺菌的影響

以某光伏企業(yè)工業(yè)循環(huán)水冷卻水為研究對(duì)象，在相同陽極板面積、相同板間距下，分別在電流密度20A/m²、40A/m²、60A/m²、80A/m²、100A/m²、120A/m²、140A/m²的條件下，通過電化學(xué)氧化小試試驗(yàn)，電解一定時(shí)間考察不同電流密度對(duì)除垢、殺菌的影響。

3.1 電流密度對(duì)除垢效果的影響

通過檢測(cè)水中鈣硬度的降低，判斷不同電流密度對(duì)除垢效果的影響。

通過上圖可以看出不同的電流密度對(duì)鈣硬度的去除率不同。隨著電流密度的逐漸增大，促使反應(yīng)速率加快，使碳酸鈣沉淀增多，鈣硬度去除率升高。反之，電流密度越小，反應(yīng)速率減緩，碳酸鈣沉淀減少，鈣硬度去除率降低。電流密度在60-100A/m²時(shí)鈣硬度的去處率在60-80%之間。

3.2 電流密度對(duì)殺菌效果的影響

通過檢測(cè)水中菌落總數(shù)的降低，判斷不同電流密度對(duì)殺菌效果的影響。

通過上圖可以看出不同的電流密度對(duì)菌落總數(shù)的去除率不同。電流密度越大，參與電化學(xué)反應(yīng)的電子增多，電場(chǎng)對(duì)細(xì)胞膜的電擊穿作用，對(duì)細(xì)胞代謝功能的電滲和電泳作用增強(qiáng)，對(duì)菌落總數(shù)去除率越高，殺菌效果越好。反之，電流密度越小，菌落總數(shù)去處率越小。隨著電流密度的不斷增大，菌落總數(shù)去除率先快速升高，當(dāng)電流密度為100A/m²后處理率逐步減緩，由此看出，不是電流密度越大越好，過高的電流可能導(dǎo)致能量的損失。電流密度在60-100A/m²時(shí)菌落總數(shù)的去處率在60-70%之間。

電流密度決定電化學(xué)反應(yīng)速率，反應(yīng)速率增強(qiáng)碳酸鈣析出速率加快，殺菌效果增強(qiáng)。根據(jù)電化學(xué)水處理設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，電流密度越大，極板使用壽命越短。電流密度越小，極板使用壽命越長(zhǎng)。綜合考慮除垢效果、殺菌效果及電極板使用壽命、運(yùn)行費(fèi)用等，得出電流密度在60-100A/m²為最佳工藝結(jié)構(gòu)。

4 不同流速下，電化學(xué)水處理設(shè)備對(duì)除垢、吸垢的影響

以某光伏企業(yè)工業(yè)循環(huán)水冷卻水為研究對(duì)象，在相同陽極板面積、相同板間距、相同電流密度下，分別在流速2m/s、5m/s、7m/s、9m/s、的條件下，通過電化學(xué)氧化小試試驗(yàn)，電解一定時(shí)間考察不同流速對(duì)除垢、吸垢的影響。

*極板吸附硬度為電解實(shí)驗(yàn)結(jié)束后極板上析出碳酸鈣質(zhì)量折合成硬度值。

*水流沖走硬度為電解實(shí)驗(yàn)結(jié)束后降低的硬度指標(biāo)與極板上析出碳酸鈣質(zhì)量折合成硬度差值。

通過上圖可以看出流速對(duì)鈣硬度的去除率影響很小，當(dāng)水樣以循環(huán)方式通過反應(yīng)器時(shí)，如果處理時(shí)間一定，水樣在反應(yīng)器中的流速與處理效果影響很小。電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生迅速，流速在2-9m/s之間的改變，不影響電化學(xué)反應(yīng)速率。但流速增加吸附在極板上的碳酸鈣質(zhì)量減少，隨水流漂浮在系統(tǒng)中的軟垢增多，不利用電化學(xué)設(shè)備從系統(tǒng)中取出碳酸鈣沉淀。但流速小，停留時(shí)間長(zhǎng)，相同處理水量時(shí)，電化學(xué)設(shè)備體積增大。

根據(jù)電化學(xué)水處理設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，流速過快，水流沖刷力大，極板上碳酸鈣析出越少，流速慢，極板上碳酸鈣析出多，但設(shè)備處理水量減少。綜合考慮極板吸附碳酸鈣量與水流沖走碳酸鈣量，得出電流密度在2-5m/s為最佳工藝結(jié)構(gòu)。

結(jié)論

針對(duì)電化學(xué)水處理設(shè)備在工業(yè)循環(huán)冷卻水的應(yīng)用，設(shè)計(jì)在不同工藝參數(shù)下，電化學(xué)水處理設(shè)備對(duì)除垢、殺菌的處理能力，得出以下結(jié)論：

1. 板間距越大，電化學(xué)水處理設(shè)備對(duì)除垢、殺菌效果越差，綜合考慮實(shí)際應(yīng)用，確定板間距在6-12cm之間為電化學(xué)水處理設(shè)備的最優(yōu)工藝選擇。

2. 電流密度越大，反應(yīng)速率越快，但當(dāng)電流密度到達(dá)一定時(shí)，產(chǎn)生電子過剩，反而造成能力損失，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)除垢、殺菌的影響及實(shí)際應(yīng)用成本，確定電流密度在60-100A/m²之間為電化學(xué)水處理設(shè)備的最優(yōu)工藝選擇。

3. 流速的快慢與處理器的處理量有關(guān)，相同的處理時(shí)間、處理水量，水樣在處理器中的總反應(yīng)時(shí)間相同。但流速過快，碳酸鈣沉淀在極板上的附著減少，處理器去處的沉淀物減少。綜合考慮實(shí)際應(yīng)用情況，確定流速在2-5m/s之間為電化學(xué)水處理設(shè)備的最優(yōu)工藝選擇。