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电化学法水处理设备
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电化学法水处理设备
1、概述
电化学水处理设备（以下简称设备）兼具除垢、阻垢、节水、节能和去菌灭藻等功能，其主要作用机理是通过在极板两端加载直流电从而在水体中发生系列电解反应，在半透膜和电吸附的作用下达到快速改变水体局部区域酸碱性，促使Ca2+、Mg2+在阴极区域完成结垢析出以降低水体硬度，Cl-在阳极区域转变为强氧化性的HClO以达到去菌灭藻且缓蚀的作用。
2、原理
电化学设备主要原理可分为为电解氧化反应、电解还原反应、酸碱中和、离子平衡及极性水分子反应。
阴极的反应： | 阳极附近的反应： |
2H2O (l) + 2e¯ → H2(g) + 2OH¯ (aq) | 4OH¯(aq) → O2(g) + 2H20(l) + 4e- |
CO2(g)+ OH¯(aq) → HCO3¯ (aq) | 2Cl¯(aq) → Cl2(g) + 2e¯ |
HCO3¯ (aq) + OH¯ (aq) → CO32-(aq) + H20(l) | O2(g) + 2OH¯(aq) – 2e¯ → O3(g) + H2O(l) |
CO32-(aq) +Ca2 +(aq) → CaCO3↓(垢) | OH¯(aq) – e¯ → HO·(aq) |
2OH¯ (aq)+Ca2 +(aq)→Ca(OH)2↓(垢) | 2H2O(l) – 2 e¯ → H2O2(l) + 2H+(aq) |
2OH¯ (aq)+Mg2 +(aq)→Mg(OH)2↓(垢) | H2O(l) – 2e¯ → O(aq) + 2H+(aq) |
3、实现功能
1.零加药
循环冷却水主要面临有三大问题：结垢、菌藻滋生、腐蚀。传统方法采取向循环冷却水中添加阻垢剂、去菌灭藻剂、缓蚀剂等化学药剂，并通过控制浓缩倍数和大量排水等措施解决这三大问题。
采取电化学技术时，在阴极附近形成局部碱性区域，使水体中大量存在的HCO3¯ 转化为CO32-，从而使得水体中水体中的Ca2+、Mg2+等结垢离子主动提前析出，并沉积在极板上或者沉降在电化学槽底部，采取定期清理方式处理析出水垢；而在阳极区域发生氧化反应，致使水体中的腐蚀离子Cl-被氧化后生成强氧化性的Cl2，Cl2和水反应生成具有去菌灭藻功能的HClO,阳极水中积累过多的氯离子还可以通过设备分离，从而既能降低水体中Cl-浓度达到防腐蚀目的，又能起到去菌灭藻的功效，因此电化学能够替代化学加药，实现零加药。
2.节水
采取电化学技术时，不再单一依靠浓缩倍数；电化学技术主动降低了水体中的钙镁等结垢离子，而且还通过阳极氧化吸附等方式将水体中氯离子富集或转化，再通过少量排阳极水的方式除去过多的Cl-以达防腐的目的。这样不再需要排水的方式缓解水质不满足运行条件的状况。另外，使用电化学技术时可将其他废水如RO产生的废水利用，所产生的废水也因不含化学药剂而可以多级利用，大大提高节水率。
3.防垢、阻垢
三种碳酸盐在不同pH下变化曲线
电解反应过程中，阴极区域产生大量的HO-，，与此同时，将水体中的CO32-转变为HCO3¯以达到防垢作用；在阴极区域产生的HO-与水体中的HCO3¯ 反应转化为CO32-，并迅速生成CaCO3,Mg(OH)2析出沉淀，由图可看出，当pH在8.5以下时，CO32-浓度基本为零，可不考虑CaCO3沉淀，因此电化学具有防垢作用。
4.除垢与节能
由上表可以看出由于水垢的导热系数远小（一般在1.7~2.3W/m2*k）,致使传热热阻增加，单位面积热负荷减小，冷凝器传热效率降低，从而造成冷凝器压力升高和耗电量增加。采取电化学技术时，阳极区域部分水电解生成大量的H3O+，在半透膜的临时富集作用下并随着自吸式酸性水泵的强制及时抽出，实现酸碱水分离，致使阳极出水具有强酸性，通过泵与管路送入循环冷却水系统以降低水体的PH值，促使原有的水垢得以剥离以达到除垢作用，进而降低能耗。
