電化學法水處理設備
1、概述
電化學水處理設備（以下簡稱設備）兼具除垢、阻垢、節水、節能和去菌滅藻等功能，其主要作用機理是通過在極板兩端加載直流電從而在水體中發生系列電解反應，在半透膜和電吸附的作用下達到快速改變水體局部區域酸堿性，促使Ca2+、Mg2+在陰極區域完成結垢析出以降低水體硬度，Cl-在陽極區域轉變為強氧化性的HClO以達到去菌滅藻且緩蝕的作用。
2、原理
電化學設備主要原理可分為為電解氧化反應、電解還原反應、酸堿中和、離子平衡及極性水分子反應。
陰極的反應： | 陽極附近的反應： |
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、實現功能
1.零加藥
循環冷卻水主要面臨有三大問題：結垢、菌藻滋生、腐蝕。傳統方法采取向循環冷卻水中添加阻垢劑、去菌滅藻劑、緩蝕劑等化學藥劑，并通過控制濃縮倍數和大量排水等措施解決這三大問題。
采取電化學技術時，在陰極附近形成局部堿性區域，使水體中大量存在的HCO3¯ 轉化為CO32-，從而使得水體中水體中的Ca2+、Mg2+等結垢離子主動提前析出，并沉積在極板上或者沉降在電化學槽底部，采取定期清理方式處理析出水垢；而在陽極區域發生氧化反應，致使水體中的腐蝕離子Cl-被氧化后生成強氧化性的Cl2，Cl2和水反應生成具有去菌滅藻功能的HClO,陽極水中積累過多的氯離子還可以通過設備分離，從而既能降低水體中Cl-濃度達到防腐蝕目的，又能起到去菌滅藻的功效，因此電化學能夠替代化學加藥，實現零加藥。
2.節水
采取電化學技術時，不再單一依靠濃縮倍數；電化學技術主動降低了水體中的鈣鎂等結垢離子，而且還通過陽極氧化吸附等方式將水體中氯離子富集或轉化，再通過少量排陽極水的方式除去過多的Cl-以達防腐的目的。這樣不再需要排水的方式緩解水質不滿足運行條件的狀況。另外，使用電化學技術時可將其他廢水如RO產生的廢水利用，所產生的廢水也因不含化學藥劑而可以多級利用，大大提高節水率。
3.防垢、阻垢
三種碳酸鹽在不同pH下變化曲線
電解反應過程中，陰極區域產生大量的HO-，，與此同時，將水體中的CO32-轉變為HCO3¯以達到防垢作用；在陰極區域產生的HO-與水體中的HCO3¯ 反應轉化為CO32-，并迅速生成CaCO3,Mg(OH)2析出沉淀，由圖可看出，當pH在8.5以下時，CO32-濃度基本為零，可不考慮CaCO3沉淀，因此電化學具有防垢作用。
4.除垢與節能
由上表可以看出由于水垢的導熱系數遠小（一般在1.7~2.3W/m2*k）,致使傳熱熱阻增加，單位面積熱負荷減小，冷凝器傳熱效率降低，從而造成冷凝器壓力升高和耗電量增加。采取電化學技術時，陽極區域部分水電解生成大量的H3O+，在半透膜的臨時富集作用下并隨著自吸式酸性水泵的強制及時抽出，實現酸堿水分離，致使陽極出水具有強酸性，通過泵與管路送入循環冷卻水系統以降低水體的PH值，促使原有的水垢得以剝離以達到除垢作用，進而降低能耗。
