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EST循环水处理器之常见的氧化反应_江苏纳元智造科技有限公司

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EST循环水处理器之常见的氧化反应

来源: | 发布日期:2025-06-13

EST 循环水处理器中的常见氧化反应解析
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一、EST 循环水处理器的技术背景

EST(Electrochemical Scale and Corrosion Control)循环水处理器是基于电化学原理的水处理技术,通过电极反应产生强氧化性物质,实现阻垢、杀菌、缓蚀等功能。其核心在于利用电解过程中产生的氧化物种,破坏水中污染物的化学结构,或改变离子存在形态,从而解决循环水系统中的结垢、微生物繁殖等问题。

二、EST 系统中典型的氧化反应类型

1. 氯离子氧化反应(氯系氧化剂生成)

  • 反应原理
    当循环水中含有氯离子(Cl⁻)时,阳极发生氧化反应:
    生成的氯气(Cl₂)与水反应生成次氯酸(HClO)和次氯酸根离子(ClO⁻):
  • 作用
    • HClO 具有强氧化性,可穿透微生物细胞膜,氧化酶系统,杀灭细菌、藻类(如军团菌、硫酸盐还原菌)。
    • 抑制生物黏泥形成,降低微生物腐蚀(MIC)风险。

2. 水的电解与羟基自由基生成(高级氧化反应)

  • 反应原理
    水分子在阳极失去电子,生成羟基自由基(・OH):
    羟基自由基是极强的氧化剂(氧化还原电位 2.8V),可与水中有机物、氨氮等发生链式氧化反应:
  • 作用
    • 降解水中难溶性有机物(如腐殖酸),减少结垢前驱物。
    • 氧化氨氮为氮气(N₂),降低水体富营养化程度。

3. 金属离子的氧化沉淀反应

  • 反应原理
    水中低价金属离子(如 Fe²⁺、Mn²⁺)在阳极被氧化为高价态,形成氢氧化物沉淀:
  • 作用
    • 去除水中铁、锰离子,防止金属氧化物沉积造成的设备堵塞与腐蚀。
    • 沉淀的氢氧化物可吸附水中悬浮物,辅助净化水质。

4. 氧的电解与臭氧生成(辅助氧化)

  • 反应原理
    当水中溶解氧充足时,阳极可能发生析氧反应:
    部分氧气在特定条件下(如高压电极)可转化为臭氧(O₃):
  • 作用
    • O₃的氧化能力强于 Cl₂,可快速分解有机物、破坏细菌细胞壁,增强杀菌效果。
    • 分解水中残留的还原性物质(如硫化物),降低水体异味。

三、氧化反应在 EST 中的协同作用机制

氧化反应类型核心产物协同作用效果
氯离子氧化HClO、ClO⁻快速杀灭浮游微生物,抑制生物膜初期形成。
羟基自由基生成·OH降解生物膜基质中的多糖、蛋白质,破坏成熟生物膜结构,增强 ClO⁻的渗透能力。
金属离子氧化Fe(OH)₃、MnO₂沉淀去除水中金属离子,减少结垢核心(如 Fe²⁺可催化 CaCO₃结晶),同时形成疏松氧化膜抑制腐蚀。
臭氧生成O₃与・OH 协同氧化难降解有机物,降低 COD,减少结垢与腐蚀诱因。

四、EST 氧化反应的应用优势与控制要点

1. 应用优势

  • 无药剂投加:避免传统杀菌剂(如氯系药剂)的储存风险与二次污染,符合环保要求。
  • 氧化效率高:・OH 和 O₃等强氧化剂可在低浓度下快速反应,对微量污染物(如 10⁻⁶级有机物)有效。
  • 自适应调节:可通过电流密度控制氧化反应强度,适配不同水质(如硬度、氯离子浓度)。

2. 反应控制要点

  • 氯离子浓度:维持 Cl⁻浓度 50~200mg/L,过低影响 ClO⁻生成,过高则可能加速电极腐蚀。
  • pH 值调节:弱碱性环境(pH 7.5~8.5)有利于 ClO⁻和・OH 的稳定存在,酸性条件下 HClO 占比高但易分解。
  • 电极材质:采用钛镀钌铱或钛镀铂电极,耐氧化腐蚀,延长使用寿命(通常≥3 年)。

五、典型故障与氧化反应相关的解决方案

1. 氧化效率下降

  • 原因:电极表面结垢(CaCO₃沉积)阻碍电子传递,导致・OH 和 ClO⁻生成量减少。
  • 解决方案:定期酸洗电极(用 5% 柠檬酸溶液冲洗),或通过脉冲电流技术抑制垢层附着。

2. 副产物氢气积聚

  • 原因:阴极析氢反应(2H⁺ + 2e⁻ → H₂↑)产生的氢气未及时排出。
  • 解决方案:设备顶部设置氢气排放口(管径≥25mm),并安装可燃气体报警器(氢气爆炸极限 4%~75%)。

六、结论

EST 循环水处理器通过电化学过程引发的氧化反应(如氯离子氧化、羟基自由基生成等),实现了循环水系统的多功能处理。其核心优势在于利用氧化物种的强氧化性,同步解决结垢、微生物和腐蚀问题,且无需化学药剂投加。实际应用中需关注水质参数(Cl⁻、pH)与电极维护,以确保氧化反应的高效与安全运行。该技术尤其适用于对环保要求高、需减少药剂依赖的场景(如食品工业、电子循环水系统)。


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