电化学水处理设备结构设计研究

解鹏　高社民　徐山

摘要：为了更好的优化电化学水处理设备运行工艺，提高处理效率。针对电化学水处理设备主要工艺参数板间距、电流密度、流速对循环水除垢、杀菌等影响，确定最优电化学水处理设备结构参数。结果表明，在实验工况条件下，板间距6-12CM，电流密度60-100A/m2，流速2-5m/s，电化学水处理设备结构参数最优，处理效率更高。

关键词：电化学水处理设备;板间距;电流密度;流速

1 引言

近年来随着电化学技术的不断突破推广，其在工业循环水处理中阻垢、除垢、杀菌、防腐效果明显，得到了人们广泛的关注。电化学水处理设备无需药剂，使用方便，成本低廉，维护容易，在工业循环水处理中迅速推广应用，但目前市场上各类产品参差不齐，处理效果不明。本文通过实验研究，得出最优电化学水处理设备结构参数，确定最优运行工艺，提高电化学水处理设备处理效率，实现更高效运行，节约运行成本。

2 不同的板间距对除垢、杀菌的影响

以某光伏企业工业循环水冷却水为研究对象，在相同阳极板面积、相同电流密度下，分别在板间距2cm、4cm、6cm、8 cm 、10cm、 12 cm、14cm的条件下，通过电化学氧化小试试验，电解2小时考察不同板间距对除垢、杀菌的影响。

2.1 板间距对除垢效果的影响

通过检测水中钙硬度的降低，判断不同板间距对除垢效果的影响。

通过上图可以看出不同的板间距对钙硬度的去除率不同，板间距越小，离子迁移距离缩短，加速碳酸钙沉积，钙硬度去除率越高，除垢效果越好。反之，板间距越大钙硬度去除率越小，除垢效果越差。在板间距6-12cm时钙硬度的去除率在45-50%之间。

2.2 板间距对杀菌效果的影响

通过检测水中菌落总数的降低，判断不同板间距对杀菌效果的影响。

通过上图可以看出不同的板间距对菌落总数的去除率不同。相同的电流强度极板之间产生的羟自由基HO.、臭氧0₃、双氧水H₂0₂等强氧化性物质不变，当板间距越小，极板之间处理水量减少电化学作用强度增加，菌落总数去除率越高，杀菌效果越好。反之，板间距越大菌类总数去除率越小。在板间距6-10cm时菌落总数的去除率在60-70%之间。

板间距通过影响水垢离子迁移的距离，从而影响水垢的形成。根据电化学水处理设备的实际应用，板间距越大，清垢操作越方便，清垢频率越长，但设备体积增大，处理效率低除垢效果差。相反，板间距越小，清垢操作技术要求越高，清垢频率越短，且同样极板数量单位处理水量降低，但处理效率高。综合考虑除垢效果、杀菌效果及处理水量、操作维护等，得出板间距在6-12cm为最佳工艺结构。

3 不同电流密度对除垢、杀菌的影响

以某光伏企业工业循环水冷却水为研究对象，在相同阳极板面积、相同板间距下，分别在电流密度20A/m²、40A/m²、60A/m²、80A/m²、100A/m²、120A/m²、140A/m²的条件下，通过电化学氧化小试试验，电解一定时间考察不同电流密度对除垢、杀菌的影响。

3.1 电流密度对除垢效果的影响

通过检测水中钙硬度的降低，判断不同电流密度对除垢效果的影响。

通过上图可以看出不同的电流密度对钙硬度的去除率不同。随着电流密度的逐渐增大，促使反应速率加快，使碳酸钙沉淀增多，钙硬度去除率升高。反之，电流密度越小，反应速率减缓，碳酸钙沉淀减少，钙硬度去除率降低。电流密度在60-100A/m²时钙硬度的去处率在60-80%之间。

3.2 电流密度对杀菌效果的影响

通过检测水中菌落总数的降低，判断不同电流密度对杀菌效果的影响。

通过上图可以看出不同的电流密度对菌落总数的去除率不同。电流密度越大，参与电化学反应的电子增多，电场对细胞膜的电击穿作用，对细胞代谢功能的电渗和电泳作用增强，对菌落总数去除率越高，杀菌效果越好。反之，电流密度越小，菌落总数去处率越小。随着电流密度的不断增大，菌落总数去除率先快速升高，当电流密度为100A/m²后处理率逐步减缓，由此看出，不是电流密度越大越好，过高的电流可能导致能量的损失。电流密度在60-100A/m²时菌落总数的去处率在60-70%之间。

电流密度决定电化学反应速率，反应速率增强碳酸钙析出速率加快，杀菌效果增强。根据电化学水处理设备的实际应用，电流密度越大，极板使用寿命越短。电流密度越小，极板使用寿命越长。综合考虑除垢效果、杀菌效果及电极板使用寿命、运行费用等，得出电流密度在60-100A/m²为最佳工艺结构。

4 不同流速下，电化学水处理设备对除垢、吸垢的影响

以某光伏企业工业循环水冷却水为研究对象，在相同阳极板面积、相同板间距、相同电流密度下，分别在流速2m/s、5m/s、7m/s、9m/s、的条件下，通过电化学氧化小试试验，电解一定时间考察不同流速对除垢、吸垢的影响。

*极板吸附硬度为电解实验结束后极板上析出碳酸钙质量折合成硬度值。

*水流冲走硬度为电解实验结束后降低的硬度指标与极板上析出碳酸钙质量折合成硬度差值。

通过上图可以看出流速对钙硬度的去除率影响很小，当水样以循环方式通过反应器时，如果处理时间一定，水样在反应器中的流速与处理效果影响很小。电化学反应发生迅速，流速在2-9m/s之间的改变，不影响电化学反应速率。但流速增加吸附在极板上的碳酸钙质量减少，随水流漂浮在系统中的软垢增多，不利用电化学设备从系统中取出碳酸钙沉淀。但流速小，停留时间长，相同处理水量时，电化学设备体积增大。

根据电化学水处理设备的实际应用，流速过快，水流冲刷力大，极板上碳酸钙析出越少，流速慢，极板上碳酸钙析出多，但設备处理水量减少。综合考虑极板吸附碳酸钙量与水流冲走碳酸钙量，得出电流密度在2-5m/s为最佳工艺结构。

结论

针对电化学水处理设备在工业循环冷却水的应用，设计在不同工艺参数下，电化学水处理设备对除垢、杀菌的处理能力，得出以下结论：

1. 板间距越大，电化学水处理设备对除垢、杀菌效果越差，综合考虑实际应用，确定板间距在6-12cm之间为电化学水处理设备的最优工艺选择。

2. 电流密度越大，反应速率越快，但当电流密度到达一定时，产生电子过剩，反而造成能力损失，通过实验对除垢、杀菌的影响及实际应用成本，确定电流密度在60-100A/m²之间为电化学水处理设备的最优工艺选择。

3. 流速的快慢与处理器的处理量有关，相同的处理时间、处理水量，水样在处理器中的总反应时间相同。但流速过快，碳酸钙沉淀在极板上的附着减少，处理器去处的沉淀物减少。综合考虑实际应用情况，确定流速在2-5m/s之间为电化学水处理设备的最优工艺选择。