范文一:电解法污水处理
威浦特-电解法污水处理隆翔
电气
Elektrolyse unit.
电解式污水处理装置优势
?处理后的水长期循环使用,达到真正无
排水化,从而最大限度的节约用水;
?不用添加凝集剂、清洁剂等化学药品,避
免对自然环境的影响、同时降 低生产成本;
?电解生成的氯气等气体具有杀菌效果,
有效防止喷房内腐败、恶臭;
?循环水的浓度降低,减少排水配管的负担。
威浦特威浦特
电解式污水处理装置应用范围 Elektrolysecell 17 - 0,7 Cu/h
?水洗喷房用污水处理
?洗车场用污水处理
?金属前处理装置污水处理及节水
?零件脱脂清洗、脱脂水处理、
化学成膜水处理
?衣料染色污水去色处理
?燃烧炉、垃圾处理场污水处理、
工厂排出污水处理
Electrolyse plant for copper.Electrolyse
plant for copper.
AgAg--recovery 2
kg/hrecovery 2 kg/h
上海隆翔电气自动化设备有限公司
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威浦特-电解法污水处理隆翔
电气
High capacity electrolyse unit for copper recovery.High capacity
electrolyse unit for copper recovery.
电化学作用来净化废水是一种很好的水处理办法,这种方法以电为基础对废水进行电浮选和电解。 总体来说,这种方法不需再使用化学试剂并只会产生很少的污泥。
电解水处理系统的核心部件是一个电解反应器, 通过其中的铁、铝或其它金属材料制成的阳极产生的 系列反应达到去除污染物的目的。在整个电解过程中,最主要的反应是产生活性金属化合物, 通过熬合与 吸附作用,将悬浮物转化为大分子絮状物,最后进行沉降和过滤去除水中的污染物。电解过程的进一步强 化可以通过电极表面产生的活性氧分子和氢分子来实现,吸收悬浮物的同时对它们进行氧化、消毒和去臭。 之后,经过电解的污水将通过获得专利的自动卧式过滤床进行过滤,污染物在氧化条件下不可能再次溶解, 而是被送到压滤床里挤压成泥饼。经过两步过滤处理,合格的水将被送入原水容器中。.
该系统特别适合重度污染水质的净化,pH值在5.5和8.5之间的高电导率或低电导率工业废水。这项技术 已应用于各个工业,采矿,城市污水处理领域,处理过的水可以在工业生产中被再次利用,或者进一步净化 为饮用水。
目前,已处理的工业污水有含油污水(切屑液,油田采油,炼油厂污水),化工污水(木糖醇生产,助 剂生产,制药污水,印染,染料生产等),生活污水。
上海隆翔电气自动化设备有限公司
上海市共和新路3699号A座1519室
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范文二:催化铁内电解法污水处理技术
电凝技术新突破,,催化铁内电解法污水处理技术
“高级催化还原技术”是由上海申耀环保实业公司城市污染控制国家工程研究中心发明的一种全新污水处理方法。它已列入国家高科技研究发展计划,(即863计划,课题编号: 2002AA601270,研究经费:550万元)。其中:“催化铁内电解方法”已申请中国发明专利(申请号为:021119014)。 催化铁内电解法是一种新型的有效处理废水的方法。在传统的铁碳内电解中加入无机催化剂铜,扩大原电池的两极电位差,使更多的有机物得到还原。结果表明,催化铁内电解法可改善难降解有机废水的可生化性,使活性艳红染料废水的B/C比从0升高到0.15。运行成本低廉、预处理能耗低,催化剂铜经连续运行数月后未发生纯化现象,只需一次性投资。该方法针对难降解工业废水存在的难降解和抑制物质、以及染料、电镀和化工废水中存在的显色物质,利用单质铁催化还原,从而使其转化为无色、可生化降解的物质。在此过程中,由于电解槽中电极间通以电流,在电凝过程中产生的新生态铁离子同时起到混凝作用,可去除部分污染物。该方法还可以去除水中的重金属、磷酸根,改善生物硝化条件,有效地解决了废水处理中的许多难题。
工业生产废水,如印染、染料、纺织、皮革、纸浆和石油化工等废水,这些废水中含有许多生物难降解物质,传统的生物氧化方法不能彻底解决有机物污染问题。针对这一现状,研究人员经过多年的机理分析及探索,提出了一种全新的污水处理方法,开发出“催化还原内电解工艺”,即通过廉价单质铁(或铝)的氧化,将有机物还原。特别是一些难生化,含有双键、强拉电子基团、偶氮键、苯环的物质容易被还原。该方法不仅去除难降解物质效果好,而且经预处理后出水的生化性大幅度提高,并且工艺操作简单,投资和运行费用低廉。该研究中“催化铁内电解”方法已申请国家发明专利。
针对上海桃浦工业区污水量大、水质组成复杂,处理难度大的情况,将该成果作为预处理工艺应用于污水处理厂,大大改善了废水的可生化性,对色度和磷的去除效果明显,后续生化处理其出水COD和BOD的平均去除率分别达79.3%和94.7%,出水COD平均值为5370mg/l。运行能耗为0.05KWh/M/吨;运行费为0.045元/吨。实验证明,该方法对多种难降解工业废水处理效果良好:染料和印染废水的预处理出水,COD的去除率分别达39.2%和76.2%;色度去除明显,去除率分别达96.9%和96%;对于硫化燃料废水,经处理后可直接达标。
【具有下述优点】
1. 反应速率快,一般工业废水只需要数分钟至数小时;
2. 作用有机污染物质范围广,如:含有偶氟、碳双键、硝基、卤代基结构的难降解有机物质;
3. 适用PH范围宽,酸性、中性、碱性条件都有良好的效果;
4. 运行成本极低,只消耗少量的单质铁(最理想并且价廉易得的是金属加工废料铁刨花); 5. 运行管理方便,铁材料在消耗过程中不板结,催化剂不消耗,不中毒,不纯化,不产生污泥;
6. 具有良好的混凝效果,COD去除率高;
7. 该方法既可以作为单独的处理方法,又可作为生物法的预处理工艺,除废水的生化性得到提高外,有利于活性污泥的沉降性能和生物膜法的挂膜性能;
8. 该方法可以达到化学沉淀除磷的效果,还可以通过还原除重金属。
【适用废水种类】
1. 染料、印染废水;
2. 焦化废水;
3. 石油化工废水;
——上述废水在脱色的同时,处理水中的BOD/COD值显著提高。
4. 石油废水;
5. 皮革废水;
6. 造纸废水、木材加工废水;
——上述废水处理水后的BOD/COD值大幅度提高。
7. 电镀废水;
8. 印刷废水;
9. 采矿废水;
10. 其他含有重金属的废水;
——可以从上述废水中去除重金属。
11. 有机磷农业废水;
12. 有机氯农业废水;
——大大提高上述废水的可生化性,且可除磷,除硫化物。
最近又新开发了催化铝内电解方法,更适用于碱性工业废水,去除色度的效果更好。照片为数种工业废水色度的去除效果,照片中的铁床——指催化铁内电解方法;铝床——指催化铝内电解方法。
【应用实例】
上海桃浦工业区污水处理厂负责处理生产涂料、染料、橡胶、医药、香料等多种精细化
/天。该厂的进水特点是:水质波动幅度大、废水颜色工产品废水,处理厂规模为60000吨
变化频繁、色度高、PH值波动剧烈,并含有大量对生化反应有抑制性的物质,如硝基苯类物质时常超过生化抑制浓度的数倍。该厂原执行处理后出水COD200mg/l的标准,2001年前出水不能达标。“中心”受委托进行工艺改革研究,采用了催化铁内电解的方法作为生物预处理工艺,进行了连续流试验和中试研究。实验表明:该方法应用于上海桃浦污水处理厂,COD和BOD去除率分别达到79,和94,,出水COD平均值为70mg/L。同时,大幅度降5
低了出水色度,出水磷酸根浓度达标,处理成度已经达到了生活污水生化工艺处理的程度。该方法操作简单,运行时只消耗单质铁约30mg/l,不仅不产生二次污染,而且大大提高了生化处理的稳定性,现上海市城市排水有限公司正式委托“中心”负责该厂处理工艺的改建设计,改建投资5545万人民币。
上海汇绚环境资源科技有限公司
范文三:水银电解法
一种 电解 方法, 利用流动的水银层作为阴极, 在直流电作用下使电解质溶液的阳离子成为 金属析出, 与水银形成汞齐, 而与阳极的产物分开。 在 氯碱工业 中, 利用水银 电解槽 电解食 盐水溶液,生产高纯度 烧碱 (氢氧化钠)、 氢气 和 氯气 ,首先于 1897年在英国柴郡的朗科 恩和美国实现工业化生产。
水银电解槽工艺流程 水银电解槽由电解器、解汞器和水银泵三部分组成(见图), 形成水银和盐水两个环路。 电解器为钢制带盖的沿纵向有一定倾斜度的长方形槽体, 两端分 别有槽头箱和槽尾箱, 由分隔水银与盐水的液封隔板与槽体相连。 槽体的底部为平滑的厚钢 板 , 保证水银流动时不致裸露钢铁 , 钢板下面连接导电板。 槽壁衬有耐腐蚀的硬橡胶或塑料的 绝缘衬里。 槽盖上有通过密封圈下垂的石墨阳极或金属阳极组件, 露出槽外的阳极棒由软铜 板连接阳极导电板, 槽盖与槽体密闭。 水银与精制的饱和盐水同时连续进入槽头箱, 水银借 重力形成流动的薄膜, 覆盖整个槽底作为阴极。 通入直流电时, 盐水中的氯化钠被电解, 由 于水银阴极上氢的超压 (又称过电压) , 远大于钠的超压, 因而钠离子在阴极放电生成的金 属钠立即与水银形成钠汞齐, 溶在水银中从槽尾箱流出进入解汞器。 氯离子在阳极上失去电 子生成氯气泡, 穿过盐水从槽盖上的氯气出口管引出。 解汞后的水银流入水银贮槽, 由水银 泵送到电解器槽头箱, 构成水银流动的环路。 饱和食盐水溶液流经电解器, 一部分氯化钠 (约 15%~16%) 解离,剩余的溶有氯气的淡盐水流出槽外,经盐酸酸化后,在真空下或吹入空 气脱氯,然后再用固体食盐重新饱和,制成精制盐水,重新使用,构成盐水流动环路。解汞 器目前多采用立式, 汞齐从器顶均匀流下, 经石墨粒填料床与器底流入的纯水逆流接触, 汞 齐为阳极, 石墨粒为阴极, 两者接触短路, 生成氢氧化钠和氢气。 氢气经解汞器顶部冷却器 冷却,
以捕集大部分水银后再进一步精制。 现代电解器均装有超负荷电极保护装置, 由电子 计算机控制,随时调整阳极的高低,使阴阳两极在最小的间距下运转而不致短路。
特点 ①可在较高的电流密度下运转; ②不需蒸发, 直接生产 50%或 73%人造丝级高
纯度烧碱(含氯化钠在 50ppm 以下) ; ③电耗较高 ; ④需用固体食盐作原料 ; ⑤汞的流失会造 成环境污染。现代水银电解槽一般在 8000~15000A/m2电流密度下运转,最大电流负荷达 450kA 。电流效率为 96%~98%;汞齐含钠量为 0.2%~0.5%(质量)。淡盐水的浓度为 260g/l左右。水银电解法要求高纯度的盐水 , 杂质中镁(最大 1.0ppm )、钙 (最大 10ppm) 和 铁 (最大 0.1ppm) 的含量均应严格控制, 重金属钒、 钼、 钛、 锰、 钨等的总量应小于 0.01ppm, 以防止产生不易流动的高汞齐 (或称汞渣) 。 若阴极水银薄层破裂, 则裸露的钢底板上会生 成氢氧化钠并放出氢气,与阳极生成氯气构成爆炸混合物。
水银法 氯碱厂 多数以精制盐作原料。 有的氯碱厂既有隔膜法生产装置, 又有水银法生产 装置,特点是利用隔膜法碱液蒸发器分离出来的优质回收盐,供水银法使用。
除汞措施 水银电解法生产的产品氢氧化钠与氢气以及排出的废气、废水、废渣中均 有少量水银, 为了减少流失, 避免污染环境, 通常采取以下除汞措施:①解汞器出来的氢气 经冷却,再经螯合树脂 吸附 ,氢气中汞含量约可降低到 1μg/m3以下。②氢氧化钠溶液中的 水银微粒经 活性炭 层的两级 过滤 处理 , 汞含量降到 0.01ppm 以下。③含汞废气在 填充塔 内, 用含有游离氯的盐水喷淋, 使气流中挟带的汞形成络合物而被除去, 必要时再经螯合树脂处 理, 直到合格后排空。 ④含汞废水闭路循环, 根据清洁程度分别用于分解钠汞齐或溶盐。 必 须外排的含汞污水用螯合树脂与活性炭吸附净化。⑤淡盐水脱氯时,保留一定量的游离氯, 防止淡盐水中的水银形成不溶物而混入盐泥。 ⑥含汞的废橡胶、 解汞器内失效的石墨粒、 螯 合树脂以及含汞污泥等固体物, 均经次氯酸钠溶液 萃取 , 使所含水银成为可溶状态的络合物 加以回收; 剩余的含汞固体物有时再经 干馏 回收水银, 或加入 水泥 和 硫化钠 制成不溶性块体。 经过除汞措施,生产每吨氢氧化钠耗汞量约在 4g 以下,符合环境保护条例的要求。
现状和展望 水银电解法具有一定的优点。 80年代初,水银电解法在世界氯碱工业生 产能力中约占 42%。现有的水银法氯碱装置,大多数在积极控制水银流失的条件下继续采 用,一部分则将改造为离子交换膜法装置。新建的氯碱厂一般不再采用此法。日本政府于 1986年 6月前全部转换为其他方法。
氯碱工业
工业上用电解饱和 NaCl 溶液的方法来制取 NaOH 、 Cl2和 H2, 并以它们为原料生产一 系列化工产品, 称为氯碱工业。 氯碱工业是最基本的化学工业之一, 它的产品除应用于化学 工业本身外,还广泛应用于轻工业、纺织工业、冶金工业、石油化学工业以及公用事业。 一、电解饱和食盐水反应原理
电解饱和食盐水的原理与前面学过的电解 CuCl2 溶液的原理是相类似的。
【实验 3】 在 U 型管里装入饱和食盐水,用一根碳棒作阳极,一根铁棒作阴极(如右 图) 。同时在两边管中各滴入几滴酚酞试液,并把湿润的碘化钾淀粉试纸放在阳极附近。接 通直流电源后,注意观察管内发生的现象及试纸颜色的变化。
从实验可以看到,在 U 型管的两个电极上都有气体放出。阳极放出的气体有刺激性气 味,并且能使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝,说明放出的是 Cl2;阴极放出的气体是 H2,同 时发现阴极附近溶液变红,这说明溶液里有碱性物质生成。
为什么会出现这些实验现象呢?
这是因为 NaCl 是强电解质,在溶液里完全电离,水是弱电解质,也微弱电离,因此在 溶液中存在 Na+、 H+、 Cl-、 OH-四种离子。当接通直流电源后,带负电的 OH-和 Cl-向阳 极移动,带正电的 Na+和 H+向阴极移动。在这样的电解条件下, Cl-比 OH-更易失去电子, 在阳极被氧化成氯原子,氯原子结合成氯分子放出,使湿润的碘化钾淀粉试纸变蓝。
阳极反应:2Cl--2e-=Cl2↑ (氧化反应)
H+比 Na+容易得到电子, 因而 H+不断地从阴极获得电子被还原为氢原子, 并结合成氢
分子从阴极放出。
阴极反应:2H++2e-=H2↑ (还原反应)
在上述反应中, H+是由水的电离生成的,由于 H+在阴极上不断得到电子而生成 H2放 出,破坏了附近的水的电离平衡,水分子继续电离出 H+和 OH-,
H+又不断得到电子变成 H2, 结果在阴极区溶液里 OH-的浓度相对地增大, 使酚酞试液 变红。因此,电解饱和食盐水的总反应可以表示为:
总反应
2NaCl+2H2O=2NaOH+Cl2+H2
工业上利用这一反应原理,制取烧碱、氯气和氢气。
在上面的电解饱和食盐水的实验中,电解产物之间能够发生化学反应,如 NaOH 溶液 和 Cl2能反应生成 NaClO 、 H2和 Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业生产中,要避免这几种 产物混合,常使反应在特殊的电解槽中进行。
二、离子交换膜法制烧碱
目前世界上比较先进的电解制碱技术是离子交换膜法。这一技术在 20世纪 50年代开 始研究, 80年代开始工业化生产。
离子交换膜电解槽主要由阳极、 阴极、 离子交换膜、 电解槽框和导电铜棒等组成, 每台 电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。 右图表示的是一个单元槽的示意图。 电解槽的阳极 用金属钛网制成, 为了延长电极使用寿命和提高电解效率, 钛阳极网上涂有钛、 钌等氧化物 涂层;阴极由碳钢网制成,上面涂有镍涂层;阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。 阳离子交换膜有一种特殊的性质, 即它只允许阳离子通过, 而阻止阴离子和气体通过, 也就 是说只允许 Na+通过,而 Cl-、 OH-和气体则不能通过。这样既能防止阴极产生的 H2和阳 极产生的 Cl2相混合而引起爆炸, 又能避免 Cl2和 NaOH 溶液作用生成 NaClO 而影响烧碱 的质量。下图是一台离子交换膜电解槽(包括 16个单元槽) 。
精制的饱和食盐水进入阳极室;纯水(加入一定量的 NaOH 溶液)加入阴极室。通电 时, H2O 在阴极表面放电生成 H2, Na+穿过离子膜由阳极室进入阴极室,导出的阴极液中 含有 NaOH ; Cl-则在阳极表面放电生成 Cl2。电解后的淡盐水从阳极导出,可重新用于配 制食盐水。
离子交换膜法电解制碱的主要生产流程可以简单表示如下图所示:
电解法制碱的主要原料是饱和食盐水,由于粗盐水中含有泥沙、
精制食盐水时经常加入 Na2CO3、 NaOH 、 BaCl2等,使杂质成为沉淀过滤除去,然后 加入盐酸调节盐水的 pH 。例如:
加入 Na2CO3溶液以除去 Ca2+:
加入 NaOH 溶液以除去 Mg2+、 Fe3+等:
Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓
Fe3++3OH-=Fe(OH)3↓
以除去过量的 Ba2+:
这样处理后的盐水仍含有一些 Ca2+、 Mg2+等金属离子,由于这些阳离子在碱性环境 中会生成沉淀, 损坏离子交换膜, 因此该盐水还需送入阳离子交换塔, 进一步通过阳离子交 换树脂除去 Ca2+、 Mg2+等。这时的精制盐水就可以送往电解槽中进行电解了。
离子交换膜法制碱技术, 具有设备占地面积小、 能连续生产、 生产能力大、 产品质量高、 能适应电流波动、能耗低、污染小等优点,是氯碱工业发展的方向。
三、以氯碱工业为基础的化工生产
NaOH 、 Cl2和 H2都是重要的化工生产原料,可以进一步加工成多种化工产品,广泛 用于各工业。所以氯碱工业及相关产品几乎涉及国民经济及人民生活的各个领域。
由电解槽流出的阴极液中含有 30%的 NaOH ,称为液碱,液碱经蒸发、结晶可以得到 固碱。 阴极区的另一产物湿氢气经冷却、 洗涤、 压缩后被送往氢气贮柜。 阳极区产物湿氯气 经冷却、干燥、净化、压缩后可得到液氯。
2NaOH+Cl2= NaCl+NaClO+H2O
H2O+Cl2=HCl+HClO
H2+Cl2=2HCl
2NaOH+CO2=Na2CO3(苏打 )+H2O
NaOH+CO2=NaHCO3(小苏打 )
随着人们环境保护意识的增强, 对以氯碱工业为基础的化工生产过程中所造成的污染及 其产品对环境造成的影响越来越重视。 例如, 现已查明某些有机氯溶剂有致癌作用, 氟氯烃 会破坏臭氧层等, 因此已停止生产某些有机氯产品。 我们在充分发挥氯碱工业及以氯碱工业 为基础的化工生产在国民经济发展中的作用的同时,应尽量减小其对环境的不利影响。 我国氯碱工业的发展
我国最早的氯碱工厂是 1930年投产的上海天原电化厂(现上海天原化工厂的前身) , 日产烧碱 2t 。到 1949年解放时,全国只有少数几家氯碱厂,烧碱年产量仅 1.5万吨,氯产 品只有盐酸、液氯、漂白粉等几种。
近年来,我国的氯碱工业在产量、质量、品种、生产技术等方面都得到很大发展。到 1990年,烧碱产量达 331万吨,仅次于美国和日本,位于世界第三位。 1995年,烧碱产 量达 496万吨,其中用离子交换膜电解法生产的达 56.2万吨,占总产量的 11.3%。预计到 2000年, 烧碱年产量将达 540万吨, 其中用离子膜电解法生产的将达 180万吨, 占 33.3%。 氯碱工业利用电解饱和食盐水溶液制取烧碱 (氢氧化钠) 和氯气并副产氢气的生产过程。 过 程包括盐水精制、电解和产品精制等工序,其中主要工序是电解。工业上采用隔膜电解法、 水银电解法和离子膜电解法。 各法所采用的电解槽结构不同, 因而其具体工艺流程及产品规 格也有所不同。当前应用较多的是隔膜电解法。
盐水精制 海盐、岩盐、湖盐等固体原盐 (NaCl)都是生产氯气和烧碱的原料。为使电解过 程顺利进行并保证设备、 操作的安全, 无论采用哪种电解方法, 原料都必须精制。 固体盐溶 于水中所得的饱和盐水,或来自地下盐井的盐水,在 60℃左右加入碳酸钠、氢氧化钠,使 其与盐水中的钙、 镁杂质反应生成碳酸钙、 氢氧化镁等沉淀。 盐水中硫酸盐过高时, 还需加 入氯化钡(或碳酸钡)以生成硫酸钡沉淀。各种沉淀物经过絮凝、澄清、过滤分离后,清盐 水加入盐酸调节 pH 使之成为中性或微酸性, 再通过精制的 (或回收的) 固体盐层重新饱和, 并加热到 60~80℃,成为一次精制盐水,可供隔膜法或水银法使用。有的盐水中含有铵离 子或有机氮化合物,将在隔膜电槽内生成三氯化氮 (NCL),当氯气液化时,三氯化氮积累过 多会引起爆炸, 故应在饱和盐水中加入少量的次氯酸盐, 使转变为可挥发的一氯胺 (HNCl)。 精制盐水中含有 10~15ppm 的有效氯,会使氨含量降低到 1ppm 的安全范围之内。将一次 精制盐水再经过滤和螯合树脂吸附,进行二次精制,控制钙、镁含量在 0.05ppm 以下,才 能用于离子膜电槽。
电解 隔膜法、 水银法、 离子膜法的电解原理基本相同, 即:食盐水溶液在直流电作用下, 阴离子在阳极上发生氧化反应, 阳离子在阴极上发生还原反应。 前者称为阳极过程, 后者称 为阴极过程。
阳极过程 在上述各种方法中,阳极过程的主要反应为氯离子被氧化成为氯气:中性饱和 食盐水溶液中, 析氯反应的平衡电极电位为 +1.33V。 它随氯化钠浓度和温度的降低而增大。
溶液中的水分子也可在阳极上氧化并生成氧气, 成为与析氯反应相竞争的主要副反应:阳极 上析氧反应比析氯反应容易进行。 由于电解槽在很大的电流下工作, 偏离平衡条件很远, 实 际电极电位与平衡电极电位并不相等,其差值即为该电极反应在具体放电条件下的过电位。 有些相互竞争的反应, 由于过电位的不同而改变实际的放电反应顺序。 工业上电解食盐水溶 液时的阳极过程就属于这种情况。 在不同的电极材料表面, 析氧反应和析氯反应的过电位也 不同, 有时相差很大。 如在生产中应用的钌 -钛金属阳极表面 , 电密度为 1000~5000A/m时, 析氧反应的实际电极电位要比析氯的高 0.25~0.30V(在石墨阳极上高出 0.10V 左右 ) 。 因此, 实际的阳极过程主要是析氯,而不是析氧。
提高电解液中氯离子浓度,控制阳极液 pH 以降低氢氧离子浓度,并采用较高的电流密度 等措施, 也都可以增大析氧和析氯反应的电极电位差, 有利于抑制析氧反应, 而提高氯气纯 度和电流效率。
阳极析出的氯部分地溶解在阳极液中,生成次氯酸和盐酸。当阴极生成的氢氧化钠,由于 扩散或搅动等原因进入阳极液中时, 次氯酸被中和, 生成易解离的次氯酸盐。 而解离出的次 氯酸离子 (ClO()则可在阳极氧化,生成氯酸盐并逸出氧气:此反应随阳极液中氢氧离子和 次氯酸离子的增多而加剧。 结果是既消耗电解产物氯和氢氧化钠, 又降低电流效率和产品纯 度。 加大盐水中氯化钠浓度或提高电解液温度, 可以降低氯气的溶解度和次氯酸离子的浓度。 而将阳极和阴极的电解产物妥善分开, 则是氯碱工业中有效地进行电解过程的关键。 隔膜法、 水银法和离子膜法就是隔离两极产物的不同方法。
阴极过程 电解氯化钠水溶液的阴极过程,随所用阴极材料而异。一般条件下,钠离子还 原成金属钠的反应很难进行,所以在隔膜法(或离子膜法)中所用的固体阴极(如铁阴极) 表面上,其阴极过程为水分子还原析出氢气,同时在阴极附近形成氢氧化钠溶液:在 25℃ , 电解液含氢氧化钠 100g/1、氯化钠 180g/1,以及氢的分压 P 为 0.1MPa 时 , 析氢的平衡电极 电位为 -0.851V 。
电解反应的理论分解电压为阳极与阴极的电极电位之差, 因此, 25℃时隔膜电解槽的理论 分解电压 .
采用不同的阴极材料,析氢和析钠的电极电位有很大不同。例如:在水银法汞阴极上,由 于析氢反应的过电位比析钠的高得多, 而析出的钠又容易与汞形成钠汞齐, 这样更有利于钠 离子的还原,其在汞阴极上反应主要是 , 将电解槽中生成的钠汞齐引出,进入加有水的解汞 槽中, 钠汞齐与水反应, 生成氢氧化钠溶液和氢, 这是水银法和隔膜法主要不同之处。 水银 法可制得氯化钠含量极低的高纯度、 高浓度的氢氧化钠溶液。 水银法的电解槽中以汞为阴极, 石墨或金属为阳极。解汞槽中以钠汞齐为阳极,石墨为阴极,在碱液中阴阳两极相互接触, 组成短路电池以加速汞齐分解。 这时钠汞齐中的金属钠作为阳极而溶解, 水则在石墨阴极表 面还原而析出氢。 解汞反应中释放出来的化学能尚难加以利用, 因而水银法的电耗比隔膜法 高。水银电解槽的槽电压约比隔膜电解槽高 1V 左右,它相当于解汞反应的分解电压。盐水 中钙、镁、铁以及钒、钼、钛、锰等重金属离子含量过高时,也会在汞阴极上还原,生成不 稳定的汞齐和汞渣, 降低析氢过电位, 导致析出氢气并妨碍汞的正常流动。 因此水银法电解 对盐水的质量要求较高。
产品精制 包括碱液浓缩、氯气液化和氢气的处理。
碱液浓缩 隔膜法电解槽生产的碱液 (阴极液 ) 含有 NaOH10%~12%和 NaCl16%左右, 需要经过蒸发(一般采用三效或四效逆流强制循环蒸发器) ,用间接蒸汽加热以蒸发水分, 于是碱液浓缩并使溶解度较小的氯化钠结晶出来。 由盐浆离心机将回收盐分出后, 作为盐水 重饱和或化盐之用。 有的以地下盐水为原料的氯碱厂, 利用回收的固体食盐作为水银法的原 料, 构成隔膜法与水银法并存的氯碱厂。 浓缩的碱液经冷却至常温, 再滤去析出的细盐晶粒, 即为液体烧碱商品。
隔膜法制得的 50%的氢氧化钠通常含有 1.0%~1.2%氯化钠, 可利用水合法或采用液氨萃 取法,均可使盐的含量降低到 500ppm 以下,因为过程复杂,能耗较高,实际生产中较少 应用。
水银法电解槽可以直接生产 50%氢氧化钠,经过活性炭层除去悬浮的水银微粒,即可作 为商品。
离子膜法电解槽能生产约 35%氢氧化钠的高纯度碱液,可直接作为商品使用,也可再经 蒸发器浓缩为 50%液体烧碱。
氯气的液化 从各种电解槽阳极室逸出的氯气,经水喷淋直接冷却,或在钛冷却器内间接 冷却, 再在串联的干燥塔内用浓硫酸干燥, 得到原料氯气; 然后进一步压缩, 在液化器内冷 却成为液氯(见氯气) 。
氢气处理 氢气经冷却脱水后作为燃料,或再经干燥压缩贮入钢瓶(或经管道)作为工业 原料。
范文四:电解法制备铜粉
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工艺条件对电积法制备铜粉的影响
1
郭学益1,梁永宣1,陈胜利2,田庆华1
E-mail:
中南大学冶金科学与工程学院,长沙(410083) 2
金川有色金属公司,甘肃金昌(737100)
摘 要:为了克服电解法制备铜粉生产成本高的缺点,本文采用不溶阳极电积法制备铜粉,研究了铜离子浓度、硫酸浓度、电流密度、电解液温度、刮粉周期对电积过程和铜粉D50的影响。研究结果表明:在最优化工艺条件下,即Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件下,控制电流密度为1800A/m2,温度为35℃,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,得到了高品质的铜粉,其粒度呈正态分布,微观形貌呈树枝状;铜离子浓度、硫酸浓度、电解液温度增加有利于降低槽电压;增加铜离子浓度、电解液温度、刮粉周期有利于提高电流效率;大电流密度、高硫酸浓度、低铜离子浓度有利于得到粉末粒度小的铜粉。 关键词:铜粉;电积;电流效率;D50
文献标识码:A 中图分类号:TF123.2+3
1 引言
铜粉是粉末冶金工业的基础原材料之一,也是我国大量生产和消费的有色金属粉末,在现代工业生产中发挥着不可替代的作用[1-2]。由于铜及其合金粉末具有良好的导电导热性能、耐腐蚀性能、表面光洁和无磁性等优点[3],因而被广泛应用于摩擦材料、金刚石工具、电碳制品、含油轴承、电触头材料、导电材料、机械零件等行业,并在汽车、家电、电子、通讯等领域发挥着重要作用[4-5]。铜粉的制备方法主要有电解电积法[6-7]、雾化法[8]、氧化还原法
[9-10]
等,电解电积法制备的铜粉比表面积大,结晶粉末一般为树枝状,压制性较好,因此得
到了广泛的应用[11]。本文采用不溶阳极电积制备铜粉,对工艺条件的影响进行了研究。
2 实验
2.1 原理
电解法利用纯铜板作阳极制备铜粉,随着电解时间的延长,阳极不断溶解,反应一段时间后由于阳极的溶解使阳极有效面积不断变小,影响电流效率及电耗,而且需要定期更换残极,增加了生产成本。为了克服电解法制备铜粉生产成本高的缺点,本文采用不溶阳极电积法制取铜粉,该方法具有原料成本低、工艺流程短等优点。
电积法制取铜粉以硫酸铜溶液为原料,采用Pb-Sn-Ca 合金作阳极,纯铜板作阴极,电解液为硫酸盐体系。通电后,溶液中的OH -等阴离子向阳极表面移动进行氧化反应,Cu 2+、H +等阳离子向阴极移动进行还原反应。在大电流密度下,OH -在阳极先失电子,生成水和氧气,阴极Cu 2+、H +得电子,生成细而疏松的铜粉和H 2,阴极上的铜粉通过刷子定时采集。
2.2 原料
不溶阳极为2块Pb-Sn-Ca 合金,阴极为纯铜板,有效面积均为80mm×40 mm。实验用化学试剂CuSO 4·5H2O 、96%硫酸、碘化钾、硫代硫酸钠、氢氧化钠等均为分析纯。
2.3 实验装置和流程
本课题得到金川公司技术改造项目立项资助
Fig. 1 Experimental installation
硫酸铜电解液
阴极
阳极
图2 实验流程
Fig. 2 Experimental process
实验采用自制电解槽(200×100×120mm),电源为WYJ-5015型直流稳压电源。电积过程槽电压用MAS830L 型万用表测量,电解液循环方式采用下进上出式。为保证电解槽内铜离子浓度和硫酸浓度稳定,将配置好的电解液放入高位槽中,控制一定流速,使电解液稳定的从高位槽流入电解槽,再进入低位槽,实验装置如图1所示。电积过程中,控制一定的电流密度、电解液温度等条件,将阴极表面上的纯铜粉定期刮下,反应结束后收集铜粉并用蒸馏水洗涤、过滤、真空干燥箱中干燥,得到产品铜粉,称重后,进行粒度和形貌分析。实验流程如图2所示。
2.4 检测方法
本实验溶液中铜离子浓度采用碘量法分析,硫酸浓度采用酸碱滴定法分析,日本理学3014Z 型X-射线衍射分析仪分析铜粉的物相结构,JEOL 日本电子株式会社JSM-5600LV 型
粒子的粒度及分布。
扫描电子显微镜观察铜粉的微观形貌,采用珠海欧美克LS908型激光粒度分析仪检测粉末
3 实验结果及讨论
3.1 Cu离子浓度的影响
硫酸浓度140g/L条件下,控制电流密度为2000A/m2,温度为25℃,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,考察Cu 离子浓度从5g/L-25g/L变化对电流效率、槽电压和铜粉D50的影响。
3.6
968880
3.5
C u r r e n t e f f i c i e n c y / %
3.4
726456484032
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
3.13.3
Voltage / V
3.2
3.0
图3 Cu离子浓度对电流效率和槽电压的影响
Fig. 3 The effect of Cu ion concentration on current efficiency and cell voltage
Cu ion concentration / (g/L)
图3为Cu 离子浓度对电积铜粉电流效率和槽电压的影响。如图所示,Cu 离子浓度的变化对电积过程的影响较大,Cu 离子浓度小于15g/L时,电流效率从40.99%快速升高到81.78%,超过15g/L后,变化趋缓,到25g/L后,达到94.10%;槽电压从3.53V 下降到3.15V 。当Cu 离子浓度升高,溶液电导率逐渐升高,电阻降低[12],因而槽电压逐渐降低,且Cu 离子浓度升高,一定程度上抑制了浓差极化,提高了Cu 离子扩散速度,抑制了氢气的析出[13],因此在一定程度上提高了电流效率。
图4为Cu 离子浓度对电积铜粉D50的影响。如图所示,铜粉D50随着Cu 离子浓度升高而增大,当铜离子浓度在10g/L以下时,D50变化不大,超过10g/L后,随铜离子浓度升高D50也逐渐变大。当铜离子浓度很小时,由扩散过程控制,则成核速度远远大于晶核长大速度,因而粒度较小;随着Cu 离子浓度的增加,扩散速度变快,也就是说向阴极扩散的金属离子量愈多,成核速度小于晶体长大速度,故粉末愈粗。为了提高电流效率且得到较细的铜粉,选择合适的铜离子浓度为15g/L。
2018161412
D 50 / μm
1086420
图4 Cu离子浓度对铜粉D50的影响
Fig. 4 The effect of Cu ion concentration on D50 of copper powder
Cu ion concentration / (g/L)
3.2 H2SO 4浓度的影响
Cu 离子浓度15g/L条件下,控制电流密度为2000A/m2,温度为25℃,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,考察H 2SO 4浓度从100g/L-180g/L变化对电流效率、槽电压和铜粉D50的影响。
图5为H 2SO 4浓度对电积铜粉电流效率和槽电压的影响。从图中可以看出,H 2SO 4浓度从100g/L增加到180g/L时,电流密度与槽电压的变化趋势相一致,均逐渐降低,电流效率从89.06%降低到82.13%,槽电压从3.64V 降低到3.22V ,说明H 2SO 4浓度增加不利于提高电流效率。当H 2SO 4浓度增加时,H +浓度也随之增加,一定程度上提高了溶液电导率[14],因此槽电压下降;另一方面,在大电流密度的作用下,阴极会析出大量的氢气,极化现象严重,电流效率随之降低。
图6为H 2SO 4浓度对电积铜粉D50的影响。如图所示,铜粉D50随H 2SO 4浓度升高而变小,H 2SO 4浓度到160g/L后趋于稳定,在高H 2SO 4浓度条件下,氢气更容易析出,在气泡的形成、长大、聚合的过程中,气泡覆盖在电极表面,实际工作电流密度加大,增大过电位[15],因此促使铜粉粒度变细。为了得到粉末粒度小的铜粉又保证高的电流效率,选择合适的H 2SO 4浓度为140g/L。
3.8
99
3.6
96
C u r r e n t e f f i c i e n c y / %
93
3.4
Voltage / V
90
3.2
87
3.0
84
2.8
81
2.6
78
100
120
140
160
180
图5 H2SO 4浓度对电流效率和槽电压的影响
Fig. 5 The effect of H2SO 4 concentration on current efficiency and cell voltage
2421
1815
H 2SO 4 concentration / (g/L)
D 50 / μm
129630
100120140160180
H 2SO 4 concentration / (g/L)
图6 H2SO 4浓度对铜粉D50的影响
Fig. 6 The effect of H2SO 4 concentration on D50 of copper powder
3.3电流密度的影响
Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件下,控制温度为25℃,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,考察电流密度从1600A/m2-2400A/m2变化对电流效率、槽电压和铜粉D50的影响。
图7为电流密度对电积铜粉过程电流效率和槽电压的影响。如图所示,提高电流密度,电流效率从88.25%降低到79.77%,槽电压从3.19V 升高到3.45V 。电流密度升高时,电解槽各接点和导体的电阻所引起的电压损失加大,槽电压升高,同时阴极过电位变大,使溶液中氢在阴极上更容易析出,从而导致电流效率降低。
3.5
99
3.4
96
3.3
93
C u r r e n t e f f i c i e n c y / %
3.2
90
3.1
87
3.0
84
2.9
81
2.8
78
1600
1800
2000
2200
2
Voltage / V
2400
2.7
图7 电流密度对电流效率和槽电压的影响
Fig. 7 The effect of current density on current efficiency and cell voltage
Current density / (A/m)
图8为电流密度对电积铜粉粒度的影响。如图所示,铜粉的D50随电流密度的升高逐渐降低。当电流密度较低时,沉积过程由化学过程控制,晶核长大速度远大于成核速度,导致铜粉粒度较大。反之,当电流密度较高时,电解液中的铜离子移动速度加快,在阴极上单位时间内放电的铜离子增多,使沉积速度远大于成核速度,从而形成的晶核数多[16],使铜粉的粒度较小。但随着电流密度的增加,会加剧电极的极化现象,使溶液中其他金属离子在阴极上析出严重,从而影响铜粉的质量;同时也会加速不溶Pb 合金阳极的腐蚀,使不溶阳极中Pb 更容易进入到铜粉中去,影响槽况以及铜粉的质量。因此,控制电流密度为1800A/m2。
14
12
10
D 50 / μm
8
6
4
2
1600180020002200
2
2400
Current density / (A/m)
图8 电流密度对铜粉D50的影响
Fig. 8 The effect of current density on D50 of copper powder
3.4电解液温度的影响
Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件下,控制电流密度为2000A/m2,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,考察电解液温度从25℃-50℃变化对电流效率、槽电压和铜粉D50的影响。
图9为电解液温度对电积铜粉电流效率和槽电压的影响。如图所示,电解液温度从25
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℃到50℃时,电流效率从84.79%升高到92.11%,槽电压从3.3V 降低到3V 。这是因为温度升高后电解液粘度会降低,溶液电导率升高,从而降低槽电压,同时可以减少副反应的发生,提高阴极电流效率。
96
3.4
94
3.3
92
C u r r e n t e f f i c i e n c y / %
3.2
90
3.1
88
3.0
86
2.9
Voltage / V
84
82
253035404550
2.8
图9 电解液温度对电流效率和槽电压的影响
Fig. 9 The effect of electrolyte temperature on current efficiency and cell voltage
Temperature / ℃
图10为电解液温度对电积铜粉D50的影响。如图所示,铜粉D50随电解液温度的升高缓慢升高,有利于铜离子向阴极扩散迁移,当温度升高时,电解液中铜离子的迁移和扩散速度也随之加快,导致阴极附近的离子贫化减弱和浓差极化作用减小,使铜粉晶粒长大速度加快[17],导致铜粉粒度增大。同时,电解液温度升高也会导致电解液的蒸发损失增大,使电解槽内酸度变大,影响电解槽内离子的稳定,给正常生产带来不利影响。而且随着电解液的蒸发会向空气中带入酸雾,恶化电解环境。因此,控制电解液温度为35℃。
14
12
D 50 / μm
10
8
6
4
253035404550
图10 电解液温度对铜粉D50的影响
Fig. 10 The effect of electrolyte temperature on D50 of copper powder
Temperature / ℃
3.5刮粉周期的影响
Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件下,控制电流密度为2000A/m2,温度为25
电压和铜粉D50的影响。
℃,循环流量为14L/h,极距为4.5cm ,考察刮粉周期从10min-50min 变化对电流效率、槽
刮粉周期对电积铜粉电流效率和槽电压的影响如图11所示,对铜粉D50的影响如图12。从图11、12中可以看出,刮粉周期从10min 到30min 时,电流效率从78.28%升高到83.66%,达到40min 后,电流效率趋于稳定,槽电压稍有下降,从3.42V 下降到3.24V ,铜粉的D50随刮粉周期延长逐渐变大。
93
3.4
90
C u r r e n t e f f i c i e n c
y / %
87
3.2
84
Voltage / V
81
3.0
78
75
2.8
图11 刮粉周期对电流效率和槽电压的影响
Fig. 11 The effect of scraping time on current efficiency and cell voltage
12
Scraping time / min
11
10
D 50 / μm
9
8
7
1020304050
Scraping time / min
图12 刮粉周期对铜粉D50的影响
Fig. 12 The effect of scraping time on D50 of copper powder
这是因为反应过程的前期氢气剧烈析出,而随着反应的进行,阴极实际工作面积增大,导致有效电流密度降低,阴极极化变小,电流效率升高,粒度变粗。另外,随着刮粉周期的延长,阴极表面生成的铜粉量逐渐增多,阴阳极间距变窄,甚至还有可能导致短路。因此,必须定时刮粉,控制刮粉周期为30min 。
3.6结构与性能分析
根据以上研究,确定了最佳的工艺条件,即Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件
4.5cm 。对最佳条件下电积制备的铜粉进行结构与性能分析。
下,控制电流密度为1800A/m2,温度为35℃,刮粉周期30min ,循环流量为14L/h,极距为
图13为电积铜粉XRD 分析。由图可见,各衍射峰的峰位和相应衍射强度与面心立方型的Cu 的标准图谱相符合,在2θ= 43.3°、50. 44°、74. 12°、89. 9°、95. 12°处的衍射峰分别对应于立方相金属铜(111)、(200)、(220)、(311)、(222)晶面,这表明所制备的铜粉为立方晶型结构。
80000
I n t e n s i t
y (C o u n t s )
60000
40000
(200)
20000
(220)
(311)
(222)
030
405060708090100
2-Theta(°)
图13 铜粉X 射线衍射
Fig. 13 X-ray diffraction of copper powder
图14、图15分别为电积铜粉的粒度和形貌分析。如图所示,铜粉的粒度分布较窄且均匀,呈正态分布。形貌分析表明,铜粉微观形貌呈树枝状,这是由于在大电流密度作用下,随着反应进行,阴极附近Cu 离子不断贫化,电结晶核心沿一定方向择优取向,最后形成树枝状。
图14 铜粉粒度分布(D50=7.13um)
Fig. 14 Particle size distribution of copper powder (D50=7.13um)
中国
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图15 铜粉SEM 照片 (×1000)
Fig. 15 SEM microphotograph of copper powder (×1000)
4 结论
电积法制取铜粉相比电解法具有原料成本低、工艺流程短等优点。本文采用不溶阳极电积法制备了铜粉,研究了铜离子浓度、硫酸浓度、电流密度、电解液温度、刮粉周期对电积过程和产品性能的影响,为工业生产不同品级的铜粉提供了理论依据。主要结论如下:
(1)采用不溶阳极电积法成功制备了高品质的铜粉,粒度呈正态分布; (2)在大电流密度条件下,电积铜粉结晶生长择优取向,微观形貌呈树枝状;
(3)稳定并控制电解液组分以及工艺条件对电积铜粉的制备至关重要,铜离子浓度、硫酸浓度、电解液温度增加有利于降低槽电压;铜离子浓度、电解液温度、刮粉周期的增加有利于提高电流效率;大电流密度、高硫酸浓度、低铜离子浓度条件下有利于得到粉末粒度小的铜粉;
(4)电积铜粉优化工艺条件:Cu 离子浓度15g/L,硫酸浓度140g/L条件下,控制电流密度为1800A/m2,温度为35℃,刮粉周期为30min ,循环流量为14L/h,极距为4.5cm 。
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Influencing factors in the process of preparing copper
powder by electro-deposition
1 Guo Xueyi1, Liang Yongxuan1, Chen Shengli2, Tian Qinghua1 School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha (410083) 2Jinchuan Nonferrous Metals Company, Jinchang, Gansu (737100)
Abstract
In order to overcome the defect of high cost on preparing electrolytic copper powder, this paper described a method for producing copper powders by electro-deposition with inert anode and studied the main electrolyte characteristics influencing the process of electro-deposition and D50 of copper powder such as Cu ion concentration, H2SO 4 concentration, current density, electrolyte temperature, and scraping time. The results show that, under the optimum conditions, Cu ion concentration 15g/L, H 2SO 4 concentration 140g/L, current density 1800A/m2, electrolyte temperature 35℃, scraping time 30min, circulation rate 14L/h, interpolar distance 4.5cm, we successfully obtained high quality copper powders with normal distribution of particle size and dendritic shape. It helps to reduce cell voltage by increasing Cu ion concentration, H2SO 4 concentration and electrolyte temperature; The increase of Cu ion concentration, electrolyte temperature and scraping time helps improve current efficiency; High current density, high H2SO 4 concentration and low Cu ion concentration are beneficial to obtain small particle size powders.
Key words: copper powder; electro-deposition; current efficiency; D50
-11-
范文五:电解法说明书
_______________________________________________________________________________________________________________ 潍坊泰洁环保水处理设备有限公司 电话:(0536) 8064070 E– mail: wftjhb@163.com
目 录
1、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器简介 2
2、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器主机结构图 5
3、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器产品安装说明 6
4、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器使用说明 9
5、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器常见故障 11
6、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器性能特点 12
7、 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器日常维护 14
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TJ系列二氧化氯混合高效消毒器 简 介 [摘要 ]
TJ系列二氧化氯混合高效消毒器设备 , 技术取得突破性进展,采用先进 的不对称耐腐蚀电解膜及整体设计,设备使用寿命长、免维护、操作简单方 便、整体运行稳定、消毒效果好,是目前最先进的水消毒设备。 [关键词 ] 二氧化氯、不对称耐腐蚀电解膜、消毒、水处理设备。 一﹑概述:
1﹑二氧化氯(ClO 2)的化学特性及性质:
二氧化氯的分子式为 ClO 2, 在水中以游离单分子状态存在。 在水中具有强氧化性及高反应 活性,能氧化微生物细胞内含巯基的酶;同时二氧化氯(ClO 2)也可以快速地控制微生物蛋白 质的合成,从而杀灭水及环境中的各种致病菌和藻类等微生物。二氧化氯(ClO 2)还能与水中 有机化合物反应,使其氧化降解,生成无害的氧化物及 CO 2、 NO 2、 H 2O 等小分子物质,不形成 具有“三致” (致畸、致癌、致突变)作用的氯代有机物,避免了用传统方法消毒可能产生的 二次污染。另外, ClO 2还能将水中超标的可溶性低价离子如 Fe +2、 S +2、 As +2、 Mn +2等氧化成高价 态而沉淀分离。
2﹑二氧化氯(ClO 2)的发现及应用简史:
二氧化氯 (ClO2) 于 1911年被发现,但由于技术上的原因,直至二十世纪四十年代才得以
应用。七十年代后,由于发现液氯 (Cl2) 消毒饮用水后容易产生有“三致” (致畸、致癌、致突 变)作用的三氯甲烷等氯代有机物, 1983年美国国家环保局正式规定:饮用水中三氯甲烷含 量必须保证在 0.1mg/l以下, 并推荐二氧化氯 (ClO2) 消毒作为控制引用水中三氯甲烷含量的有 效方法之一。从此,二氧化氯 (ClO2) 在饮用水中的消毒优势才逐渐引起人们的重视,其在欧美 已被作为自来水消毒的最佳选择。 由此开始, 二氧化氯 (ClO2) 的开发研究和应用得到了较快的 发展。
3﹑各种水消毒剂的对比分析 :
目前,饮用水消毒剂主要有液氯(Cl 2) 、漂白粉 (精 ) ﹑臭氧 (O3) 和二氧化氯 (ClO2) 及其它 特种饮用水消毒剂。其中臭氧 (O3) 及特种饮用水消毒剂由于成本太高,不宜大规模使用。漂白 粉(精)储存使用不方便,消毒后水质不高,且成本较高,目前已逐渐被淘汰。而液氯(Cl 2) 作为氯碱工业的副产品,价格低,在过去相当长的时期内,成为一种最常用的水消毒剂,但它 却存在以下几个主要缺点:
1) 液氯为氯碱工业的副产品,生产集中,而水消毒处理点分散,故液氯运输﹑储存成了 问题;另外,液氯集中罐装,容易发生泄露及爆炸事故,存在很大的安全隐患。 2) 液氯对水消毒后,容易产生有“三致” (致畸、致癌、致突变)作用的三氯甲烷等氯代
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有机物,导至二次污染,危害公众健康。
3) 由于液氯存在安全隐患,因此在使用过程中,对各项安全措施要求复杂,人员素质要 求高;而国内许多地方,由于条件限制经常发生伤害事故。
4) 液氯供应受烧碱市场影响。很多地方,除了个别大型自来水厂液氯供应有保障外,中 小型水厂、厂矿用水、医院及工厂污水消毒处理,均无液氯保障供应。
介于以上原因, TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器应运而生。 它克服了以上各种消毒剂的缺 点。它使用食盐(NaCl )电解产生二氧化氯 (ClO2) 混合高效消毒剂,原料易得供应有保障。二 氧化氯 (ClO2) 混合高效消毒剂为现场制备,现场使用,绝对安全可靠,同时,运行成本低。另 一方面, 电解食盐 (NaCl ) 法生产二氧化氯 (ClO2) 混合高效消毒剂与化学法生产二氧化氯 (ClO2) 混合高效消毒剂相比,电解食盐(NaCl )法,避免了使用酸液、氯酸钠或亚氯酸钠溶液 , 便于 操作和管理及原料的采购储存,同时也避免了废液处理,而且运行成本低,因此,电解食盐 (NaCl )法 JY 系列二氧化氯混合高效消毒器具有良好的实用性。
4﹑电解食盐(NaCl )法 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器简介:
1) 设备原理:
电解食盐(NaCl )法 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器是一种电解装置,它采用特殊电 极及电解隔膜, 电解饱和食盐水, 产生含 ClO 2 、 Cl 2 、 O 3、 H 2O 2等多种成分的高效混合消毒气, 通过水射器将高效混合消毒气体与待处理水体充分混合,达到消毒处理的目的。
2 二氧化氯(ClO 2)消毒剂在国际上大规模应用了近二十年,我国从一九八七年开始, 由中国预防医学科学院引进该技术。通过反复实验论证,充分证明了二氧化氯(ClO 2)消 毒剂的杀菌效果和无毒性。经过我们多年深入研究, TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器日臻 成熟,在工作稳定性、可操作性、消毒效果、产品寿命等多方面、均已取得突破性进展, 完全能够适应以下领域的应用:
A ) 饮用水消毒处理,达到国家饮用水标准(细菌总数 <100个 l,大肠菌群="">100个><3个 )="" 。="" b="" )="" 用于游泳池、娱乐水体及工业循环水体消毒除藻处理="">3个>
C ) 医院污水消毒处理,杀菌效率高,处理后达到国家有关医院污水病原体标准。 D ) 用于各类养殖厂环境及水体消毒。
E ) 工业废水脱酚、脱氰及印染工业废水脱色处理。 F ) 用于造纸行业的纸浆漂白处理工艺及精细化工等。
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G ) 各种污水、中水处理过程中的消毒工序。
二﹑国内二氧化氯(ClO 2)混合高效消毒器设备的技术现状:
1﹑技术现状:
目前,国内已有一些厂家生产二氧化氯(ClO 2)混合高效消毒器设备,但大多数为 化学法发生器。这些设备结构简陋,操作繁琐,劳动强度及危险性大,设备性能不稳定, 反应不能控制,原料利用率低。用酸及 NaClO 2(或 NaClO 3)溶液作原料,添加和使用麻 烦,贮存、购买困难,价格高。同时 NaClO 2(或 NaClO 3)质量没有保障可能造成二次污 染。有的化学法发生器原料利用率低,产生的污水量大,生产厂家将设备所产生的污水 连同消毒气一起投加到待处理水中, 直接影响所处理的水体水质, 同时设备使用寿命短, 实用性差。
电解食盐(NaCl )法二氧化氯(ClO 2)混合高效消毒器,利用食盐(NaCl )为原料, 电解产生消毒剂,原料简单﹑易得、价格低且质量有保障,但技术存在以下问题: ①产气不稳定,产气量在使用过程中难以控制。 ②电耗、盐耗大,产气率低。
③关键部件(电解隔膜)均采用石棉布或丙纶布,使用寿命短(不超过三个月)且需 定期清洗,而清洗操作复杂,难以被用户接受。另外,石棉布或丙纶布结构不稳定,在 水中浸泡后很快就会导致孔隙增大,使阳极箱、阴极箱之间发生通透,降低电解效率﹑ 增大盐耗。
④设备总体结构不尽合理,故障率高,寿命短,严重损害用户利益。
⑤电解液组份不稳定:随着设备电解,阳极室食盐(NaCl )浓度逐渐下降,不能保持 饱和状态 , 电解液组份的不稳定直接导致设备产气量不稳定。 ⑥设备换热问题没有很好的解决 (没有科学的换热系统) , 导致设备内温度超过 80℃, 造成电解膜变性,设备所用 UPVC 板强度下降并发生变形,致使设备报废。
2、我公司技术取得的突破进展:
针对以上存在的问题,我公司同有关单位合作 , 经过长达三年的实验研究,多次试 制和改进,在以下方面取得突破性进展:
①研制出新型耐腐蚀不对称电解膜。该膜在使用过程中,不用清洗和维护,寿命长 (超过三年)﹑性能稳定﹑电阻低﹑能自动平衡阴﹑阳极箱酸碱度,使产气效率达到最 佳,降低电耗﹑盐耗,运行成本降低。
②采用国外先进的泵循环系统(日本 IWAKI 公司产品—原装进口) ,保持电解溶液 组份始终处于动态平衡状态,保证设备运行稳定,确保设备的使用效果。
③先进的工业设计理念,使设备管路系统精炼、设备可操作性强,使用方便。
④合理的选材,使设备的耐腐蚀性提高、寿命延长。
⑤采用独特的换热系统及设备过温保护系统,确保换热效果保持最佳。避免了设备 在电解过程中,因产热而使设备内温度超过 80℃,造成电解膜变性,孔径变大通透性增 加,同时,避免了造成设备所用 UPVC 材料强度下降使设备变形的问题。
⑥针对电解法设备的特点自行设计开发了 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器的专用 阴极、阳极及中性极板,电化学效率高,使用寿命长(超过十年) 。同时,也开发了 KZ 系列可控硅整流电解电源(内容详见 KZ 系列可控硅整流电解电源使用说明) ,使得 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器工作更稳定,而且实现了该设备的全自动化操作;并可远 程计算机操作或与在线流量计和余氯仪实现自动闭循环控制。
我公司研制的 TJ 系列二氧化氯混合高效消毒器,已在全国范围内广泛应用,并 赢得了广大用户的好评;同时也为我国的消毒事业作出了贡献。
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TJ系列二氧化氯混合高效消毒器 产品安装说明
一、设备基本工作原理:
饱和食盐 (NaCl ) 水 , 在带有特殊电解隔膜的电解槽中电解 , 所产生的含有 ClO 2、 Cl 2、
O 3、 H 2O 2等强氧化性消毒气体,通过水射器负压抽提,与待处理的水体安全混合,达到 消毒处理的目的。
设备主要由主机和电解电源两个主体构成 (主机结构见主机结构图, 电解电源见 KZ 系
列可控硅整流电解电源使用说明) : 1、主机:
电解槽:饱和食盐 (NaCl ) 水在电解槽中电解, 在阳极箱产生 ClO 2、 Cl 2、 O 3、 H 2O 2
等混合消毒气体 , 通过水射器与待处理水体混合; 同时在阴极箱产生氢气, 通过导气管向大气排放。
盐 箱:加盐、溶盐。
水射器:当一定流速的水通过水射器时,可将混合消毒气体抽出, 达到与待处理水
体混合的目的。
电解液循环系统:保证电解槽中的电解液始终处于动态平衡状态。
冷却系统:带走电解过程中产生的热量, 使设备内温度不超过80℃, 避免了电解
隔膜变性及UPVC板强度下降。
支 架:支撑、固定设备及管路。 2、电解电源:
提供电解时所需要的直流电能、调节设备产气量的大小及实现设备的自动控制。
三、设备安装要求
主机与电解电源宜分室放置,直线距离宜小于 10米
1、主机室安装使用条件:
A、设备要在室内安装使用,室内温度范围 0℃~50℃,并且通风良好。
B、室内具有压力为 0.15Mp ~0.45Mp ,供给水量大于 1吨 /小时的给水管(管径见常 用设备规格型号及主要参数表) 。
C、室内应具有排水设施(地漏或排水沟 /管) 。
D、室内装有与投药点相连通的管路(宜用不锈钢管、 UPVC 或ABS管,管径见常用 设备规格型号及主要参数表) ;且投药点的压力小 0.05MPa 。
E、在室内应安装功率大于 40W 的排风扇(DCD-300型以上型号设备) ,距地面不超过 0.5米;且尽量靠近设备。
F、在室内应设置两根管径为 ?20的通风管,靠近设备距地面距离不小于 1.5米处。
G、设备避免阳光直射。
2、电源室安装条件:
A、通风良好,避免阳光直射,室内温度范围-45℃~45℃。
B、设备距离四壁距离不小于 0.5米。
C、配电盘与电解电源距离不宜太远。
3、常用设备规格型号及主要参数表 :
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四、典型的安装方法:
1、主机的安装
将主机安放平稳。
A、室内压力水源与设备总进水管相连;
B、设备排污管与排水设施相连;
C、设备加药管与通往消毒水体的管路相连;
D、盐箱进气口和阴极箱排氢口分别用 UPVC 管(DN20)与室内的两通风管相连;
E、 将红色导线的一端与设备的阳极铜排用螺栓紧固, 将蓝色导线的一端与设备的阴 极铜排用螺栓紧固。 红、蓝导线的另一端穿过不同的过墙孔与电解电源正极(接 红色导线) 、负极(接蓝色导线)相连。
2、电源的安装
将电解电源放置平稳。
A、电解电源的输入插头与配电盘上的插座插接牢固;
B、红色导线的端子与电解电源的正极用螺栓紧固;
C、蓝色导线的端子与电解电源的负极用螺栓紧固;
D、将磁力循环泵插头插于电解电源背侧的磁力循环泵电源插孔内;
E、将温控探头的控制线插头插于电解电源背侧的温控探头控制插孔内(TJ — 300型 以上型号设备具有该温度控制装置) 。
F、设备外壳接地。
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TJ-600二氧化氯混合高效消毒器
使 用 说 明
本设备虽然经过专业技术人员的精心设计,使设备的操作十分简单,易 于掌握,但我们仍然希望使用者在使用设备之前,认真阅读本说明书和【电 解电源使用说明书】 ,以确保设备的正常运行。
一、设备使用的基本环境条件
1、环境温度:0℃~50℃
2、水温:0℃~35℃
3、水压:0.15MPa ~0.45MPa
4、投药口压力小于:0.05MPa
5、设备的主机与电解电源宜分室放置
6、设备间内具有排水设施且通风良好
二、设备结构
设备主要由主机和电解电源两大部分组成, 主机结构见主机结构图; 电解电源结构见 【 KZ 系列可控硅整流电解电源使用说明】 。
三、开机前的准备
(一) 检 查
1、检查设备放置是否稳固。
2、参照《安装说明》检查设备的管路、电器安装﹑连接是否正确、可靠。
3、将所有阀门关闭。
(二) 注 入盐水
1、由盐箱上的加盐口(19)注入饱和食盐水(浓度约 25%)至盐箱液位计(16)的上 位线。
2、由阴极箱上的排氢口(15)注入饱和食盐水至阴极箱液位计(7)的上位线 。
3、开启磁力循环泵进口阀(10) 。
4、将电解电源的电流调节旋钮逆时针旋到底后,开电源开关,电解电源通电,磁力循 环泵运转,使饱和食盐水由盐箱注入阳极箱 , 此时盐箱液位下降 3厘米左右。 5、数分钟后,再向盐箱注入饱和食盐水至盐箱液位计(16)的上位线,同时再由加盐 口(19)加入 10kg 左右的固体食盐,然后旋紧加盐盖。
6、用小容器向进气装置(18)内注入清水至上位线。
(三) 调 整水射器
1、 开总进水阀(1) ,几秒钟后进气装置(18)有气泡产生,说明水射器开始工作。
2、 调节水射器调节阀(13) ,使进气装置(18)内的气泡最多,说明水射器的工作状最佳。
四、通电运行
调节电解电源的电流调节旋钮,使输出电流达到需要值。 (如果电流达不到需要值,就 将旋钮顺时针旋到底,待工作一段时间后,电流将自动上升至额定值,然后再调节电流调 节旋钮,使输出电流达到需要值) 。
五、设备工作状态调整
(一)保持食盐(NaCl )的浓度
由于设备是以消耗食盐和水而产生消毒气体的,所以加盐和补水是经常操作。 设 备正常工作时的盐耗(g ) =工作电流(A )×2克(大约)×工作小时,建议每天根 据上面盐耗公式所计算的耗盐量加一次食盐。
(二)保持盐箱液位
当盐箱液位降到盐箱液位计(16)的下位线时,开盐箱箱进水阀(3)使液位升 至液位计(16)上位线后,关进水阀(3) (注意,盐箱箱加水过程应较缓慢地进行 , 且勿使液位超过液位计(16)上位线) 。
(三)排碱
1﹑设备的排碱是为了保证产气量的稳定,如当电解电源的输出电压为 12V 时,若输 出电流高于 100A 的 10%时 , 说明设备应该进行排碱操作:开阴极箱进水阀(2) (注意应 保持较小的流量且勿使液位超过阴极箱液位计 (7) 上位线) , 当工作电流下降至 100A 时, 关阴极箱进阀(2) , 结束排碱操作。用户在实际使用过程中可根据设备的实际工作状态 按下表进行排碱操作。
六、消毒处理
本设备适用于连续运行,初次开机时需 30分钟才能达到正常工作状态,正常工作状态下:
1、产气量为 0~100±2g / h, (即产气量 0~100g/h连续可调) 。
2、处理水量 50~100T / h(深井水,二次供水) ,处理后水质的细菌学指标达到国家饮用 水标准。
常见故障
一、停机及再启动
本设备适用于不间断使用, 当使用者需要停机时, 请按下列步骤进行停机及再启动的操 作。
1、短时间停机(停机时间不超过七十二小时)
停机
1) 、将电源的输出电流调为零。
2) 、关闭电源。
3) 、十分钟后关总进水阀(1) 。
注意:电源不能脱离电网,否则会影响设备电极板的性能及寿命 。
2、启动
1) 、开总进水阀(1) ,使水射器正常工作 [进气装置(18)产生气泡。
2) 、开泵进口阀(10) 。
3) 、开启电解电源。
4) 、缓慢调节输出电流至需要值。
3、长时间停机(停机时间超过七十二小时)
停机
1) 、将电源的输出电流调为零。
2) 、关闭电源。
3) 、十分钟后关总进水阀(1) 。
4) 、先打开泵进口阀(10) ,再打开盐箱排空阀(9)﹑阴极箱排空阀(8) ,将设备 所有液体排净。
启动 --步骤同“ 三 ” 、 “四” 。
二、故障排除
1、现象:电源输出电压 12V ,电流低于原设置工作电流的 20%(且设备工作时间超过 12小时) 。
原因:盐箱中盐浓度低或排碱过量或循环泵不工作。
解决:保证加盐量; 停止排碱或由阴极箱上的排氢口 (15) 向阴极箱加饱和食盐水; 检查磁力泵是否能正常工作。
2、现象:不加盐时,盐箱液位上升。
原因:进气装置液位过高或阳极箱进水阀(3)漏水。
解决:降低进气装置液位或更换阳极箱进水阀(3) 。
3、现象:打开电源开关电源报警。
原因:电解电源过流保护或发生器主机温度传感器产生故障。
解决:将电流调节旋钮逆时针调到最小或检查温度传感器是否处于常闭状(开路为 报警) 。
4、现象:工作时进气装置无气泡。
原因:水射器不抽气或盐箱﹑阳极箱密封不严或水压低于 0.15Mpa 。
解决:检查水射器是否堵塞,调节水射器调节阀(13) ,将箱体法兰螺钉紧固,将 加盐盖旋紧,提高水压至 0.15~0.45Mpa 之间。
5、现象:产气量减少。
原因:盐浓度不够或阴极箱碱浓度过高。
解决:保证加盐量或按说明书要求进行排碱操作。
警告:设备停水时,立即关掉电源。现场禁止吸烟。
性能特点
一. 性能
1. 功率变换电路采用基于新型进口大功率开关器件 IGBT 模块及铁氧体变 压器磁芯材料的半桥逆变方式,电路结构简单, 功率输出能力强。 而且 具有良好的抗不平衡能力。高达 20KHz 的电路开关工作频率,使整个 电源系统体积小重量轻。
2. 控制系统采用新颖的 PWM 控制摸式, 不仅使电源输出参数控制精度提 高动态响应速度,而且使电源系统具有更高的工作稳定性和可靠性。 3. 电源具有机控和远控两种输出控制方式, 用户远距离使用时可以采用远 控输出控制方式方便调节电压高低电流大小。
4. 电源具有过热过流过压欠压等自动保护功能, 进一步保证了电源工作的 稳定性和可靠性。
5. 电源效率高,节能显著;功率因数高,对电网污染小。
二.工作条件
1.海拔高度不超过 1000m 。
2.环境温度应低于零上 40?C ,高于零上 20?C 。
3.环境相对湿度不超过 85%。
45%范围内,三相失衡度小于 12%。
5.没有导电尘埃;腐蚀性气体;剧烈震动;爆炸的场合。
三.技术参数
1.额定输入电流:A
2.额定输入电压:V
3.额定输出电流: 0-1000 A
4.额定输出电流: 0-1000 V
四.系统总体结构原理
整个电源系统有功率变换电路 IGBT 驱动电路各种控制和保护电路三大部分 组成。其中功率变换电路有输入整流滤波电路 IGBT 全桥逆变电路输出整流滤波 电路三个主要部分组成。各种控制和保护电路包括电流型 PWM 控制电路输出特 性控制电路显示电路故障保护电路等主要部分。 IGBT 驱动电路采用光耦隔离。 此 外还有控制和保护电路以及 IGBT 驱动电路需要的辅助电源系统,输出电压和电 流检测系统,冷却风机,谐波抑制电路等。电源系统的整体结构图如下所示。
图 1电源系统的整体结构框图
五.功率变换电路原理
功率变换电路由输入整流滤波电路 IGBT 半桥逆变电路输出整流滤波电路三 个主要部分组成。其中输入整流滤波电路将输入三相工频交流电转换为高压直流 电,并通过滤波电路获得稳定的直流输出,其本质是一次 AC/DC变换。 IGBT 全 桥逆变电路通过 PWM 控制将输入整流滤波电路获得的稳定高压直流电转换为中 频方波交流电,并通过中频功率降压变压器将高压中频方波交流电降压为低压中 频方波交流电。输出整流滤波电路将低压中频方波交流通过快恢复二极管再次变 换为直流。
此外功率变换电路的输入还设有简单的谐波抑制电路,一避免电网谐波进入 电源干扰系统的正常工作,影响系统的工作稳定性和可靠性,同时谐波抑制电路 还可以抑制本系统产生的高频谐波反串入电网,避免对其它电器设备造成不良影 响。
设备日常维护
1. 定期检查有无螺栓松动; 受潮等情况, 如有应急时的进行紧固烘干处理。
2. 定期清理设备上飞落的灰尘及赃物。
3. 定期检查排风扇运行情况,并加注润滑油。
4. 要做到有专人对设备定期的进行保养维护。