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2013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(责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电源电法除水垢的工艺路线,很好的解决了这一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:TQ141文献标识码:B文章编号:1001-9677(2013)04-0104-03Circulation Scale Removal Technology of A Power Source Electrolytic ProcessLI Sen, WANG Hai-feng, GUO BinMaterials and Engineering Institute, Guizhou University, Guzhou Guiyang 550000, China)Abstract: Industrial recirculating cooling water of descaling problems had not good solution because of secondary pollution, 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 electrochemical 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+OH一+HCO3节上{,所以提高循环水的利用率将极大的减缓用水压力。提HCO3+OH—心CO3+H2O高循环水的利用率最理想的方式便是减少排放提高浓缩倍数同时水中Ca2、M2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(OH)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2。而出1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一般而言CaCO3及MgCO3晶型通常为排列整齐、结构致报道,但对于其反应机理、作用规律并未有深入的研究。且研密、质地坚硬的方解石型,难以去除。而在电场的作用下,促究紧限于除垢、缓蚀、杀菌灭藻中的某一方向。本实验所提出使CaCO3及MgCO3在阴极板表面的结晶形式转变为较为疏松的在循环水中插入特殊电极材料、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331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1机理初步分析水是极性分子,氧有更高的电负性,对电子的吸引力很强。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OH,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。进0的生成网时新生5CM用离子以2研究方汁v□凵中国煤化工E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CNMHG: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。第41卷第4期李森等:循环水垢的A电源电解法去除工艺105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度果的影响。/(m2)/(scm)固体/(mg/L)L)3实验结果分析310588.03560.503.1电解时间的影响534.48设定极板间距为100m,电流密度为50Mm2,测定原水的电导率、溶解性总固体、硬度值分别为4388/cm、215mgL、484.4464067mg/L,电解后其变化情况如表1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、溶解性总固体电导率、溶解性总固体呈下降趋势。在电解时间150~180min电导率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,而是控制在某一范围内。表1电解时间对除垢效果的影响电解时间电导率溶解性总硬度/(固体/(mgL)/(mg/L电流密度(A/m570.00520.51图2电流密度对除垢效果的变化图像470.21由表2及图2可知,电流密度控制在55A/m2以下各参数值呈下降趋势,高于55A/m2时电导率和溶解性总固体有上升的情况,且硬度下降速率也明显降低。同时电流密度在55Am2180145360.32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25~40Am2时,出现与实验3.1中90~120min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一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,而电解程度也越大。这一点同样可解释为何电流密度在55Am2硬度下降速率明显降低。3.3极板间距的影响设定电流密度为50A/m2,电解时间为60min,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30 I Hscm、144mg/L、图1电解时间对除垢效果的变化图像626mg/L,电解后其变化情况如表3所示。当电极间距为50mm,电解60min后,可使模拟循环水的在90-120min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150mm、125mm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,两极这一现象:(1)硬度主要是由水样中Ca2'、Mg2浓度所决定,容易接触而造成短路。当极板间距为100m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,因此最佳极板问距为100m。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、Mg2等离子被沉淀析出。所以电导率和溶解性总低,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120~150mn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150min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150-180mn内。综合考虑可将电解时间控制在1mnco3结合形成CaCO3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市设定极间距为100mm,电解时间为60min,测定原水的电数目增多,加悦中国煤化工会使电导率和溶解导率、溶解性中固体、硬度值分别为36s/cm、150mg/1、性总固体及硬厍CNMHG于槽内温度变化不65659mg/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,电导率和溶解性总固体广州化工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,电导率极板间距溶解性综和溶解性总固体呈总体下降趋势,方便可行。/(μs/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50.00526.47控制在150mn作为参考点。532.48(3)电流密度越大除垢效果越明显,但考虑能耗可将电流密度选择在55Mm2。528.49(4)基板间距不可无限缩短,选择在100mm时,在同等576.52条件下可使除垢效率最高、能耗最低。286596.51参考文献[1]叶平,王文样祥,曾志,等循环水冷却水除垢技术综述[冂].广东化工,2010,37(6):70-71l一溶解性总固体[2] Forster M, Augustin W. 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Intemational Journal of Heat及分析有以下结论and Mass Transfer, 1999. 42: 1491-1499[8]徐浩,延卫,汤成莉.水垢的电化学去除工艺与机理研究[J].西安交通大学学报,2000,43(5):104-108[9]阿伦J巴德,拉里R福克纳电化学方法原理和应用[M].北京化学工业出版社,2005:33-88(上接第91页)催化剂,二苯醚和催化剂的用量比为n(反应物):n(催化剂)[4]赵田红彭国峰,谢全等双子表面活性剂的研究进展[J]化工时1:1,经无水处理后的环己烷做溶剂。刊,2005,19(7):60-63(3)通过傅里叶红外光谱对结构进行表征,证明合成的产[5]徐群王丽艳邢风兰等阴离子磺酸盐双子表面活性剂的合成研物确实为烷基双磺酸基阴离子型双子表面活性剂。该化合物的究[].化学世界,2012(3):157-159其它表征和性能评价将在后续研究中继续进行,一旦有所突破[6]于涛胡龙江丁伟新型表面活性剂一双烷基双磺酸钠基二苯甲将在很大程度上丰富我们的研究领域。烷的合成与性能[打]大庆石油学院学报,2004,28(1):35-37[7]王玉丰,陆建辉李辉辉.十二烷基二苯醚二磺酸钠及其烷基化催化剂的研究进展[J]精细化工原料及中间体,2007(3):30-33参考文献[8]程玉桥刘其成许虎君等直链十二烷基苯醚型双子表面活性剂[1]马素俊,孙玉海冯茜等双子表面活性剂表面活性的研究[J]精的合成及表面性能[J.日用化学工业,2011,41(5):322-326细石油化工进展,2011,12(12):5-7.9]许虎君,吕春绪叶志文烷基二苯醚二磺酸盐的制备与性能表征[2]赵田红胡星琪赵法军等一种阴离子型双子表面活性剂的合成[J].精细化工,2005,22(1):19-2与表征[].日用化学工业,2007,37(5):293-29710]王葆仁,有机合成反应[MJ.北京科学出版社,1985:649-655[3]吴军双子表面活性剂的研究进展[]广州化工,2012,40(11)中国煤化工CNMHG