工业循环水电化学法处理工艺的试验研究

作     者：刘锦阳 

作者单位：西安石油大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄风林

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：循环水 电化学 动态处理 工业试验 作用机理 

摘      要：结垢、腐蚀、微生物滋生等问题的有效控制是工业循环水系统“安稳长满优运行的基础,电化学处理工艺是一种可以实现零排放的环保型循环水处理技术,工业应用前景广阔。(1)本文构建了循环水电化学动态处理装置,以硬度去除率、COD降解率、异养菌杀灭率、有效氯量等作为评价指标,设计单因素实验探究了极板间距、极板材质、极板形状、电流密度、停留时间等参数对循环水处理效果的影响规律。结果表明极板间距为1 cm时处理效果最好,处理5 h时硬度去除率、COD降解率、异养菌杀灭率分别可达40.2%、30.2%、95.4%;钌系涂层的钛电极能够显著增强析氯反应而强化降解有机物和杀菌的效果;网状电极可以提高极板比表面积、强化传质,处理效果明显优于板状电极,但清垢难度增加;60～80 A/m间存在临界电流密度,此值之前可以通过增大电流密度有效提高处理效果,之后阴极析氢反应和阳极析氯、析氧反应过于剧烈,形成的气膜阻碍了传质,使处理效果降低,较佳的电流密度为60 A/m;停留时间过短使传质受阻、过长会使单位时间水处理量过少,最佳停留时间为4～6 min。(2)本文优选出兼具杀生和黏泥剥离功能的新洁尔灭与卡松-15两种非氧化性杀生剂与电化学协同作用,结果表明卡松-15的杀菌效果优于新洁尔灭,在20 A/m的低电流密度下3 m L/L新洁尔灭、1 m L/L卡松-15即可与电化学工艺形成较强的协同作用,处理1 h时异养菌杀灭率分别可达83.7%和94.6%、2 h时可达94.6%和97.3%,而过高的电流密度会出现降解杀生剂的反作用,实际工业应用时采取“定期投加非氧化性杀生剂后降低电流密度协同杀菌,同时保持较高的黏泥剥离功能,作用一定时间后调大电流密度,有效降解残余杀生剂并强化电化学设备对生物黏泥的电吸附、刮除作用的技术方案控制微生物滋生问题。(3)基于实验室研究结果,并结合某循环水处理公司实际电化学设备的特点,在某炼油企业的Ⅰ循环水系统进行了为期3个月的循环水电化学处理工艺的工业试验,8台电化学设备旁路安装于循环回水管路,每台设备在1500 A电流下处理200 m/h的循环水,每周冲击性投加200 mg/L异噻唑啉酮杀生剂、将电流调低至800 A,协同杀菌24 h后调回1500 A。试验结果表明,使用电化学工艺后,可以在有效控制水体稳定的基础上实现零排放,浓缩倍数在60天后逐渐稳定在15倍左右,电化学设备主动除垢效果显著,三个月共清垢6.8 t,污垢由80%左右碳酸钙、少量黏泥等组成,污垢样品的SEM、EPS等表征结果表明电化学可诱导产生亚稳态的球霰石型碳酸钙,各检测试管的黏附速率最高为11.37 mg/(cm·月),异养菌数量控制在1×10 CFU/m L以下,试验结束时碳钢试片的腐蚀速率仍超出0.075 mm/a的国标上限,但超出倍数由第一个月的6倍左右降至2倍左右,整体腐蚀趋势好转,表明电化学处理工艺对该循环水系统水质控制效果良好。