循環(huán)水中的鈣鎂離子易形成碳酸鈣和硫酸鈣垢,電化學(xué)除垢技術(shù)通過陰極反應(yīng)(2H?O + 2e? → H?↑ + 2OH?)提高局部pH,促使成垢離子(Ca2?、Mg2?)以疏松形式析出并隨排污水排除。采用網(wǎng)狀不銹鋼陰極時(shí),垢層主要成分為文石型CaCO?(非粘附性),可通過自動(dòng)刮垢裝置清洗。關(guān)鍵參數(shù)包括電流密度(10-30 mA/cm2)、水溫(<60℃)和停留時(shí)間(>30分鐘)。某電廠循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)用后,換熱管結(jié)垢速率從3 mm/年降至0.5 mm/年,同時(shí)節(jié)水15%(減少排污量)。該技術(shù)的瓶頸在于高硬度水質(zhì)(>500 mg/L CaCO?)時(shí)能耗上升,需配合水質(zhì)軟化預(yù)處理。電化學(xué)處理使軍團(tuán)菌檢出率降為零。江蘇源力循壞水電極設(shè)備
一般循環(huán)水管壁的生物膜難以通過常規(guī)殺菌劑清洗,電化學(xué)生成的氫氧自由基(·OH)可氧化破壞生物膜胞外聚合物(EPS),實(shí)現(xiàn)物理剝離。采用脈沖電解模式(頻率100 Hz,占空比50%)時(shí),鈦基電極產(chǎn)生的·OH能滲透至生物膜深層,剝離效率比連續(xù)電解提高40%。某制藥廠案例中,每周運(yùn)行2小時(shí)電化學(xué)處理,生物膜厚度從500 μm降至50 μm以下,換熱效率恢復(fù)至設(shè)計(jì)值的95%。需注意高濃度·OH可能腐蝕非金屬管道(如PVC),建議配合緩蝕劑投加。黑龍江吸收塔電極除硬系統(tǒng)電化學(xué)處理使換熱效率恢復(fù)至95%。
電極的制備工藝對(duì)其電化學(xué)性能至關(guān)重要。以鈦基涂層電極為例,典型制備流程包括基體預(yù)處理(噴砂、酸蝕)、涂層溶液配制(如RuCl?和IrCl?的混合溶液)和熱分解氧化(多次涂覆-燒結(jié)循環(huán))。溶膠-凝膠法可制備均勻的納米氧化物涂層,而電沉積法則適合精確控制貴金屬(如Pt)的負(fù)載量。關(guān)鍵挑戰(zhàn)在于涂層與基體的結(jié)合力不足導(dǎo)致的剝落問題,可通過引入中間層(如Ta?O?)或等離子噴涂技術(shù)改善。此外,新興的原子層沉積(ALD)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)單原子級(jí)精度,用于制備超薄、高活性電極涂層。
循環(huán)水管道和換熱器的電化學(xué)陰極保護(hù)可通過外加電流或犧牲陽極實(shí)現(xiàn)。以Impressed Current Cathodic Protection(ICCP)為例,鈦鍍鉑陽極(壽命>20年)輸出電流使碳鋼管道電位極化至-850 mV(vs. CSE),腐蝕速率降低90%。設(shè)計(jì)需考慮:①陽極分布(每50米一組);②參比電極監(jiān)控(Ag/AgCl);③絕緣法蘭(防雜散電流)。某海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)中,ICCP技術(shù)使管道壽命從5年延長至15年以上。
循環(huán)水排污水的回用是節(jié)水關(guān)鍵,電化學(xué)-超濾(EC-UF)組合工藝可同步去除懸浮物、有機(jī)物和微生物。鋁電極電解產(chǎn)生的Al3?水解后形成絮體(如Al(OH)?),通過吸附和電中和作用強(qiáng)化UF膜污染控制,通量衰減率降低60%。典型操作條件:電流密度20 A/m2,膜通量50 L/(m2·h)。某熱電廠的零排放項(xiàng)目中,EC-UF使反滲透進(jìn)水SDI<3,回用率從70%提升至90%。 電化學(xué)脫氮技術(shù)氨氮去除率>90%。
循環(huán)水中的油類、緩蝕劑和工藝泄漏有機(jī)物會(huì)加速微生物繁殖,電化學(xué)高級(jí)氧化(EAOPs)技術(shù)可將其降解為小分子或礦化。以BDD電極為例,其產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)能無選擇性地攻擊有機(jī)物,COD去除率可達(dá)70-90%。對(duì)于含聚丙烯酸類阻垢劑的循環(huán)水,在10 V電壓下處理2小時(shí),TOC降解率超過80%,且降解產(chǎn)物無生物毒性。系統(tǒng)需優(yōu)化極板間距(<10 mm降低歐姆損耗)和流量分布(避免短流)。某鋼鐵廠案例中,電氧化單元使循環(huán)水COD穩(wěn)定控制在30 mg/L以下,減少了生物粘泥導(dǎo)致的停機(jī)清洗頻率。
電化學(xué)再生緩蝕劑使更換周期延長至1年。江蘇源力循壞水電極設(shè)備
電極氧化反應(yīng)遵循電化學(xué)熱力學(xué)原理,可用能斯特方程描述電極電位與反應(yīng)物濃度的關(guān)系。以鐵電極為例,其氧化反應(yīng)Fe→Fe2?+2e?的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-0.44V(vs SHE)。當(dāng)系統(tǒng)電位超過該值,熱力學(xué)上即可發(fā)生自發(fā)氧化。在實(shí)際水系統(tǒng)中,溶解氧的存在會(huì)顯著提高氧化電位,例如O?+2H?O+4e?→4OH?反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電位達(dá)+0.40V,二者耦合構(gòu)成腐蝕電池。溫度每升高10℃,氧化反應(yīng)速率通常提高1.5-2倍,這對(duì)高溫循環(huán)水系統(tǒng)的電極選材提出更高要求。江蘇源力循壞水電極設(shè)備