[发明专利]一种适于循环冷却水处理的三维流化床电解装置及方法

说明书

本发明公开了一种适于循环冷却水处理的三维流化床电解装置及方法，装置包括反应器壳体、柱状阳极、环形多孔板、十字阴极、分布板和颗粒电极；反应器壳体包括端盖、流化室和下部空腔，端盖上设有颗粒电极填充口和电源接头，流化室设有出水口和颗粒电极回收口，下部空腔设有进水口，利用上述装置将循环冷却水引入流化室内，对颗粒电极进行流化，本发明充分利用了流化床的特点使得电解阴极电解面积得到极大扩展，提高了电解效率，本发明通过将阴极设计为三维电极的形式，大大提高了电解防垢效率，解决了二维电极电解水处理器存在的防垢效率低下的问题。且设备简单，只消耗电能，环境友好，处理效果优秀，适于工业化应用。

技术领域

本发明属于工业循环冷却水处理以及三维电极电化学反应器领域，具体涉及一种适于循环冷却水处理的三维流化床电解装置及方法。

背景技术

循环冷却水系统在运行过程中常常会出现微生物繁殖、结垢和腐蚀等多种问题。因此，必须采取一定手段控制循环冷却水的品质。目前普遍采用同时投加杀生剂和阻垢缓蚀剂的控制方法，虽然控制效果好，但是药剂费用高，导致运行成本较高，随排污水排出的药剂也很容易对环境造成二次污染。因为水中的物质浓度特别是离子浓度在加药后没有减少，只是减缓了水的结垢倾向和对系统设备的腐蚀倾向，循环冷却水的浓缩倍率不能太高，这就导致必须保持较大的排污水量和补充水量，不利于节约水资源。此外，还存在药剂运输成本大，自动加药装置投资成本高、维护困难等多种问题。迫切需要寻找一种新的处理循环冷却水的方法，解决投加药剂法存在的问题。

电解技术是近年来新兴的一种绿色循环冷却水处理技术，能够实现不投加任何化学药剂即可净化循环冷却水品质的处理效果，具有非常广阔的应用前景。与药剂法相比，电解处理循环冷却水具有环境友好、设备简单、易于自动化控制、运行成本低、节水效果明显等诸多优点。电解技术对循环冷却水进行杀生和防垢的原理如下：

(1)阳极采用具有较低析氯电位的涂层钛电极，通过电解氧化水中的氯离子生成活性氯，对冷却水中滋生的微生物起到强烈的杀灭作用。电解同时还会生成过氧化氢、臭氧、羟基自由基等活性氧副产物，共同杀灭微生物。活性氯生成的化学反应式如下：

Cl^--2^e-→Cl²

C_l2+H₂O→HClO+H⁺+Cl^-

(2)阴极通过氧还原反应或析氢反应生成氢氧根，在电极表面创造出高pH值的碱性环境，将富集到表面的钙离子和镁离子等成垢离子预沉淀析出，起到防垢的作用。氢氧根生成和钙离子、镁离子沉淀的化学反应式如下：

O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓

利用电解技术处理循环冷却水的设备称为电解水处理器。为了保证较好的处理效果，电解水处理器必须具有较高的电解杀生和防垢效率。通常情况下，电解水处理器的杀生效率很高，可以达到90％以上，但是防垢效率仍然较低。造成防垢效率低下的主要原因主要有：

(1)钙离子沉淀形成碳酸钙的过程，受反应中钙离子和碳酸氢根离子的传质控制，沉淀速率存在上限；

(2)需要较大的阴极面积来提供电化学反应和沉淀结晶的场所，普通的二维电极反应器难以满足要求；