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手动垢菌清(电化学设备)

垢菌清又称为电化学设备,垢菌清利用水垢预沉积和氯离子及氧离子的氧化产物,用于工业循环冷却水、中央空调循环水、工业循环制造冷却水、供水系统(饮用水、热水系统),从而取代软化树脂或者化学药剂解决结垢和微生物控制的问题。垢菌清手动操作,免维修,环境友好,对水质无污染。同时也防止冷却塔中军团菌和其他微生物及藻类滋生。
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循环水处理现状

在工业用水中工业循环冷却水约占工业用水的70~80%,节约冷却循环用水量则是节约冷却水最有效的措施,但是循环冷却水在运行过程中不可避免地对换热设备产生一系列的危害,即水垢、污垢的沉积、腐蚀的加剧、菌藻的滋生等,如不进行有效治理,循环冷却水系统则很难正常运行。

随着世界工业的发展以及水资源的匮乏,工业循环水处理日渐成为石化、能源、冶金、电力等行业重要的生产环节。长久以来,循环水处理行业通过药剂添加来解决问题,一直致力于开发出防垢杀菌效果更好、添加量更少、毒性更小的药剂。但经过多年实践证明,添加药剂虽然暂时解决循环水系统的问题,但药剂给循环水系统带来了新的污染源,且系统运行存在各种隐患,如同一个没有根治的病人随时都有复发的危险,治标不治本。

循环冷却水常见问题分析

问题一:水垢析出和附着

重碳酸钙(Ca(HCO3)2)的浓度随着蒸发浓缩而增加,当其浓度达到过饱和状态时,或者冷却水经过冷却塔喷淋导致CO2逸出时,碳酸钙(CaCO3)以水垢的形式析出沉积在热交换器传热表面,形成致密的水垢,降低换热器的传热效率。

Ca(HCO3)2=CaCO3+CO2+H2O

问题二:管道和设备腐蚀

腐蚀是一个电化学过程,腐蚀就是金属从阳极电位向阴极电位的电子转移过程中发生的氧化。当金属与溶解有氧气的冷却水接触时,由于金属表面的不均一性和冷却水的导电性,在金属表面会形成许多腐蚀微电池,经过氧化还原反应,使得阳极区的金属不断溶解被腐蚀。

在阳极区 Fe-2e-=Fe2+

在阴极区 O2+2H2O+4e-=4OH-

在水中 6Fe2++3/2O2+3H2O=4Fe3++2Fe(OH)3

问题三:微生物滋生和粘泥

循环水中由于养分的浓缩,水温升高和日光照射,细菌、真菌和藻类迅速繁殖。微生物分泌出的粘液,与水中悬浮物及水垢一起形成粘泥。粘泥除了会引起腐蚀外(循环水中70%的腐蚀是微生物加速或者直接导致的),还会是循环水流量减少,从而减低热交换效率。严重时会堵死管道,迫使停产清洗。

问题四:悬浮物导致污垢沉积

悬浮物来源于补水、腐蚀产物、结垢副产物、菌藻及其代谢物、投加的化学药剂、物料泄露。内部疏松多孔的污垢除了影响换热之外,更严重的是助长某些细菌如铁细菌的繁殖,最终导致换热器穿孔腐蚀而泄漏。

问题五:高温换热器结垢

存在多个换热器的循环冷却水系统中,某个高温换热器的结垢问题不能通过整体水质处理来解决。为了照顾大多数换热器采取的循环水处理方案,却会引起高温换热器的结垢,从而成为循环水系统管理的瓶颈。

垢菌清工作原理

垢菌清利用水垢预沉积和氯离子及氧离子的氧化产物,用于工业循环冷却水、中央空调循环水、工业循环制造冷却水、供水系统(饮用水、热水系统),从而取代软化树脂或者化学药剂解决结垢和微生物控制的问题。

冷却水在反应室内,经过电化学作用发生下列反应:

1) 在阴极(反应室内壁)附近形成一个强碱性环境(PH高达13),使碳酸钙从水中析出,与沉积的重金属离子一起附着在内壁上。

2) 电流导致悬浮颗粒失稳,形成较大絮体沉淀下来。

3) 在阳极附近,氯离子被电解氧化生成游离氯或者次氯酸。

4) 在阳极附近同时生成氢氧根自由基、氧自由基、臭氧以及双氧水,这些物质进一步强化了在反应室内和整个水系统的杀菌灭藻效果。

5) 当工作时间达到设定值,控制系统就启动自动刮垢、排污和清洗程序,刮掉反应室内壁的软质水垢,与沉淀物一起排出反应室。同时通过维系冷却水中的矿物质平衡防止系统腐蚀。电化学系统全自动操作,免维修,环境友好,对水质无污染。同时也防止冷却塔中军团菌和其他微生物及藻类滋生。

垢菌清除垢原理

在电流的作用下水在阴极发生电解反应生成OH-,由阴极反应产生的OH-离子打破阴极附近溶液中碱度与硬度的平衡,溶液中的HCO3-离子转化为CO32-离子,同时水中的Ca2+、Mg2+等成垢离子在静电引力的作用下向阴极区迁移,分别生成CaCO3、Mg(OH)2沉淀析出。

垢菌清杀菌原理

在电场作用下,水中的氯离子会被氧化成氯气、次氯酸、次氯酸根等自由氯组分,扩散到带负电的细菌表面,并通过细菌的细胞壁穿透到细菌内部,起氧化作用破坏细菌的酶系统而使细菌死亡。在电催化反应中,通过电解水以及溶解在水中的氧气在电极表面生成一些短寿命的中间产物,即臭氧、羟基自由基、过氧化氢和氧自由基等,这些强氧化性的物质能使微生物细胞中的多种成分发生氧化,从而使微生物产生不可逆的变化而死亡。

垢菌清防腐蚀原理

提高冷却水pH值,最大限度降低水的腐蚀性;浓缩的镁硬度在冷却水中以氢氧化镁的形式沉积在管道内壁,起到缓蚀和抑制生物膜的作用。

垢菌清工作流程

安装设备后排出的结垢物质

冷却水从进水阀进入反应室内,在阴极附近和阳极附近经过电化学作用发生下列反应:
(1)在阴极(反应室内壁)附近产生大量氢氧根离子(OH-),形成一个强碱性环境。在邻近反应室壁的扩散层内,强碱性环境扰乱了水垢的化学平衡。
(2)同时阴极的电流导致溶解的重金属离子形成沉淀,沉到反应室底部。
(3)在阳极附近,氯离子被电解氧化生成游离氯或者次氯酸。
(4)在阳极附近同时生成氢氧根自由基、氧自由基、臭氧以及双氧水,这些物质进一步强化了反应室内和整个水系统的杀菌灭藻效果。
(5)悬浮物(SS)在电场的作用下失稳,絮凝沉淀到反应室底部。

垢菌清特点
  • 1、降低污染物排放,提高浓缩倍数。
  • 2、高效率控制微生物,有效降低穿孔腐蚀风险。
  • 3、大大节省运行费用,无投资风险。
  • 4、自动化程度高,简化循环水系统管理。
  • 5、去除水垢看得见摸得着,提高换热效率。
电化学处理与药剂法处理的比较
项目 电化学处理 传统化学药剂法处理
工作原理 通过电化学水处理技术,利用水及水中矿物质的电化学特性,通过电解来调节水中矿物质的平衡 阻垢剂、缓蚀剂、生物分散剂、杀生剂/消毒剂、洗涤剂、酸性剥离剂、加氯&除氯剂,多种药剂配合使用,稳定水中矿物质平衡
结垢控制 ①水垢在阴极预先沉积去除,减少系统中硬度总量,维系冷却水中的碳酸钙处于溶解状态而不是析出。
②存在二氧化硅结垢和热交换器表面温度较高的场合,通过电解系统用释放痕量的金属离子,防止二氧化硅沉淀和碳酸钙高温析出。
③悬浮物在电场的作用下失稳,絮凝沉淀到反应室底部,冲洗刮垢时随水垢一起排出循环系统。
①阻垢剂增加结垢矿物质溶解度阻止其析出,或者破坏碳酸钙晶体的生长改变沉积物的自然状态而不会粘附在系统内表面。
②分散剂和表面活性剂吸附悬浮固体颗粒,使它们相互排斥,使固体颗粒保持在较小的颗粒状态。
③酸、磷酸盐和水溶性聚合物是典型的无机垢抑制剂,钙硬度较高时结垢控制尤其关键。
腐蚀控制 ①提高冷却水PH值,最大限度降低水的腐蚀性
②浓缩的镁硬度在冷却水中以氢氧化镁的形式沉积在管道内壁,起到缓蚀和抑制生物膜的作用。
③溶解的重金属离子(Fe2+、Cu2+等)沉积到阴极和水垢一起去除。
④有效形成更易于控制的均匀腐蚀。
①提高冷却水的PH值。
②缓蚀剂减少金属表面的可解除面积,阻断电化学腐蚀回路来保护金属表面。
③磷酸盐、锌盐、钼酸盐和聚合硅酸盐是低碳钢的缓蚀剂,而有机氮基复合物则是铜质材料的缓蚀剂。
④药剂难以控制垢下腐蚀。
微生物控制 ①氯离子被氧化生成游离氯或者次氯酸。
②生成氢氧根自由基、氧自由基、臭氧以及双氧水,强化反应室内的杀菌灭藻。
③微生物在反应室中通过强电流及交替通过强碱和强酸性环境而被杀死。
微生物抑制化合物包括氯和溴化合物,或者臭氧,也包括几种有毒性的有机物。表面活性剂也帮助杀菌剂减少生物膜。氢氧根自由基、双氧水、臭氧和次氯酸盐及氯气都是氧化剂,它们能够杀死微生物。
电化学处理与药剂法处理效果分析

某电厂电化学循环水处理VS传统化学药剂方法

项目\处理方案 化学药剂处理(m³/h) 电化学处理(m³/h)
循环水量 QR 36000 36000
蒸发损失量 E 350 350
风吹损失 D 35 35
排水量 B 140 35(可回用)
补水量 M 525 420
注:电化学处理排水量根据用户需求可做到0排放
项目 \ 处理方案 化学药剂处理 电化学处理
药剂使用费 ¥ 1,600,000.00 ¥ 0.00
水费 ¥ 16,632,000.00 ¥ 13,305,600.00
污水处理 ¥ 6,652,800.00 ¥ 2,195,424.00
换热器(凝气器)清洗费用 ¥ 100,000.00 ¥ 0.00
总计费用 ¥ 24,984,800.00 ¥ 15,580,224.00
备注:补水费4元/吨;反渗透系统处理费6元/吨;发电天数330天;电价0.5元/度

电化学6倍浓缩 VS 药剂3倍浓缩 优势

电化学处理比传统药剂节省
排水量 B 75.00%
补水量 M 20.00%
节省水量共计 31.58%
有效提高换热效率 1%
药剂使用费 ¥ 1,600,000.00
水费 ¥ 3,326,400.00
水处理 ¥ 4,457,376.00
换热器(凝气器)清洗费 ¥ 100,000.00
总计节省费用 ¥ 9,404,576.00
提高经济效益 4%
防止腐蚀 使设备寿命达到设计使用年限
安装示意图

电化学设备安装示意图

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