CN102689949B

CN102689949B - 一种循环冷却水的电解杀菌方法

Info

Publication number: CN102689949B
Application number: CN 201110072848
Authority: CN
Inventors: 谭丽; 李本高; 余正齐; 李亚红; 傅晓萍
Original assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Current assignee: Sinopec Research Institute of Petroleum Processing; China Petroleum and Chemical Corp
Priority date: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2031-03-25
Also published as: CN102689949A

Abstract

本发明涉及一种循环冷却水的电解杀菌方法，该方法根据冷却水中的氯离子浓度和COD值来控制电解电流，使电解产物的浓度维持在要求的范围内，从而既能保证电解产物浓度达到要求值，又能避免电解产物由于浓度过高而产生的不良影响。

Description

一种循环冷却水的电解杀菌方法

技术领域

本发明涉及一种循环冷却水的电解杀菌方法。

背景技术

工业循环冷却水系统中，养分的浓缩富集和适宜的水温为微生物的生长创造了有利的条件，如果不加以控制，微生物就会迅速繁殖并产生大量生物粘泥，粘泥附着在管路和冷却设备上，导致热效率的降低以及管路和设备的腐蚀。

微生物的控制方法主要有化学法和物理法。最常用的方法是化学法，即通过向水中投加各种化学剂来控制微生物。化学法成本低、效果好，但是化学法也具有使水质恶化、操作过程复杂、不能很好地适应水质变化、对环境不友好等缺点。物理法是指采用紫外线、超声波等物理手段控制微生物的方法。物理法对环境友好，但无持续杀菌作用且效果不理想。

电解法是通过电解控制微生物的方法。电解法的物理作用具有直接杀菌能力，但灭菌率较低，其主要是通过电解产物的化学作用来杀菌的。电解法具有环境友好、投资少、操作灵活和易于实现自动化的特点。

电解法进行杀菌处理的原理是，冷却水中含有一定量的氯离子，其浓度范围在20mg/L-2000mg/L，采用电解法处理冷却水时，水中的氯离子将被氧化为活性氯，而活性氯是很好的杀菌剂，可以直接对冷却水进行杀菌。采用电解法对冷却水进行杀菌处理时，为保证杀菌效果，应维持较高的余氯浓度(有效氯浓度)，但余氯浓度过高会导致冷却水系统中管路和设备的腐蚀，因此需要将水中的余氯浓度控制在合适的范围内。然而，冷却水中的余氯浓度并非只与活性氯发生速率有关，如何有效控制冷却水中的余氯浓度是本技术领域面临的难题。

发明内容

本发明提供了一种循环冷却水的电解杀菌方法，该方法可以有效地控制水中的余氯浓度。

本发明提供的方法包括：将冷却水输入电解装置进行电解处理，处理后的冷却水返回冷却水循环系统，按以下步骤计算电解电流值，并将电解装置的电解电流调节为计算值；

(1)根据目标余氯浓度和测定的冷却水COD值，由(I)式计算活性氯发生速率；

活性氯发生速率＝(目标余氯浓度+c×COD)/b (I)

其中，余氯浓度的单位为mg/L，活性氯发生速率的单位为g/h，COD的单位为mg/L，b与冷却水的排污量、水质及温度有关的常数，c为数值在0.06～0.20之间的常数；

(2)根据步骤(1)计算的活性氯发生速率和测定的氯离子浓度，由(II)式计算电解电流值；

电解电流＝活性氯发生速率/(a×氯离子浓度) (II)

其中，氯离子浓度的单位为mg/L，电流的单位为A，a是与电极大小、材质、电极间距有关的常数。

本发明中，常数a可以根据经验确定，也可以按照以下方法确定：

采用与循环冷却水系统中使用的电解装置相同的装置进行试验，试验水中氯离子浓度、钙硬及电导率与冷却水相同但不含COD，排污量为0，试验温度与循环冷却水系统相同；由式(III)计算常数a：

a＝(余氯浓度×试验总水量)/(电解电流×氯离子浓度×电解时间) (III)

其中，氯离子浓度的单位为mg/L，电流的单位为A，电解时间的单位为小时，余氯浓度的单位为mg/L，试验总水量的单位为m³。

在确定常数a的方法中，电解时间优选为0.5～2小时。

本发明中，常数b可以按照以下方法确定：

采用正常运转的冷却水循环系统中的电解装置确定常数b，分析冷却水中的氯离子浓度、COD值和一定电流下的余氯浓度，根据电流值和氯离子浓度，由式(IV)计算出活性氯发生速率；

活性氯发生速率＝a×氯离子浓度×电解电流 (IV)

b＝活性氯发生速率/(目标余氯浓度+c×COD) (V)

(V)中常数c的范围在0.06～0.20之间，根据活性氯发生速率和冷却水的COD值，由式(V)计算出常数b。

本发明对电解装置没有特别的要求，本领域技术人员可以根据具体情况，方便地自行设计或购买电解装置。优选的情况下，本发明的电解装置中，电极的基体材料为钛，表面镀有金属铂、铱、钌、钽、钯中的一种或几种，或者上述金属氧化物中的一种或几种；更优选的情况下，本发明的电解装置中，所使用的电极为Ti/RuO₂-TiO₂电极和/或Ti/IrO₂-Ta₂O₅电极。本发明中，阴极与阳极的电极材料可以相同，也可以不同。

本发明中，所述循环冷却水中，氯离子浓度优选为20mg/L～2000mg/L。

本发明在试验的基础上发现活性氯发生速率与冷却水的氯离子浓度和电解电流有关，并且余氯的浓度不仅仅与活性氯发生速率有关，还与冷却水的COD值有关。因此本发明提出分析冷却水中的氯离子浓度及COD值，根据分析结果和系统的目标余氯浓度设定电解电流，从而控制活性氯的发生速率，来达到目标余氯浓度。

附图说明

图1为本发明应用于冷却水系统的流程示意图。

图2为本发明确定常数a的试验流程图。

图中，1为冷却塔，2为水泵，3为电解装置，4为电解槽，4A和4B为电极，5为电源，6为贮槽，7为水泵。

具体实施方式

下面结合图1与图2进一步说明本发明的实施方案。

图1为本发明应用于冷却水系统的流程示意图。电解装置3包括电解槽4和设置在4内的电极4A、4B及向4A、4B施加电压的电源5。冷却塔1下方的集水池内的冷却水由泵2送入电解槽4，在该电解槽内进行电解处理。处理后的电解水送回冷却塔1下方的集水池。

图2为本发明为分析(1)式中系数a的试验流程图。电解装置3与图1完全相同。贮槽6中的水由泵7送入电解槽4，在该电解槽内进行电解处理。处理后的电解水送回贮槽6。试验用水的氯离子浓度、钙硬及电导率与图1中冷却水相同，但试验用水的COD值为零。

通过以下方法维持冷却水中的余氯浓度稳定：

(1)根据前述方法确定常数a和b；

(2)根据冷却循环水系统的要求，确定冷却水中必须维持的余氯浓度；

(3)定期分析冷却水中氯离子浓度及COD值，根据前述方法计算需要维持的电解电流值，调节图1中的电解装置的电解电流为计算值。

以下通过实施例详细说明本发明。

实施例1

对某循环冷却水系统进行电解杀菌，流程如图1所示，循环水量为100m³/h，该冷却水系统目标余氯浓度为0.4mg/L，连续运行31天。

首先，分析冷却水中的氯离子浓度为200mg/L，COD值为100mg/L。

其次，求系数a，确定活性氯发生速率与电流及氯离子浓度的关系。为此建立如图2所示的试验装置，试验用水中的氯离子浓度为200mg/L，COD为0mg/L，钙硬及电导率与冷却水相同，试验水量为10m³，运行1h。

设定电解电流为10A，测得的余氯浓度为0.2mg/L，根据余氯浓度、试验水量及运行时间计算活性氯发生速率为2g/h，将电流值、氯离子浓度、活性氯发生速率代入(III)式，常数c值取0.1，求得系数a＝0.001。因此活性氯发生速率与电流及氯离子浓度的关系为：

活性氯发生速率(g/h)＝0.001×氯离子浓度(mg/L)×电流(A)

然后，在图1的实际装置中运行，开始运行时，仍设定电流为10A，稳定之后测得冷却水中余氯浓度为0.2mg/L，根据上式求得活性氯发生速率为2g/h，将COD值、余氯浓度、活性氯发生速率代入(V)式，求得系数b＝5.1，因此余氯浓度与活性氯发生速率及COD值的关系为：

余氯浓度(mg/L)＝5.1×活性氯发生速率(g/h)-0.1×COD(mg/L)

正式运行时，分析冷却水的水质如下：氯离子浓度为200mg/L，COD值为100mg/L，为使目标余氯浓度为0.4mg/L，活性氯发生速率应为2.04g/h，为此设定电解电流为10.2A。之后，每5天分析一次水中的氯离子浓度和COD值，并根据分析结果调整电解电流。试验结果见表1。

表1

从表1可以看出，按本发明实施运行的31天中，实际测得的余氯浓度能维持在0.3-0.5mg/L的范围内。另外，运行期间在循环冷却水系统内设置了碳钢试片，测得31天内的平均腐蚀速度为20mdd。

实施例2

对某循环冷却水系统进行电解杀菌，流程如图1所示，循环水量为80m³/h，该冷却水系统目标余氯浓度为0.3mg/L，连续运行31天。

首先，分析冷却水中的氯离子浓度为150mg/L，COD值为80mg/L。

其次，求系数a，确定活性氯发生速率与电流及氯离子浓度的关系。采用与实施例1相同的试验装置，由于a只与电极大小、材质、电极间距有关，因此系数a＝0.001。活性氯发生速率与电流及氯离子浓度的关系为：

活性氯发生速率(g/h)＝0.001×氯离子浓度(mg/L)×电流(A)

然后，在图1的装置中运行，开始运行时，设定电流为8A，稳定后测得冷却水中的余氯浓度为0.2mg/L，根据上式求得活性氯发生速率为1.2g/h，将COD值、余氯浓度、活性氯发生速率，代入(V)式，c值取0.15，求得系数b＝6.8，因此余氯浓度与活性氯发生速率及COD值的关系为：

余氯浓度(mg/L)＝6.8×活性氯发生速率(g/h)-0.15×COD(mg/L)

正式运行时分析冷却水的水质如下：氯离子浓度为150mg/L，COD值为80mg/L，为使目标余氯浓度为0.3mg/L，活性氯发生速率应为1.81g/h，为此设定电解电流为12.1A。之后，每5天分析一次水中氯离子浓度、COD值，并根据分析结果调整电解电流。试验结果见表2。

表2

从表2可以看出，按本发明实施运行的31天中，实际测得的余氯浓度能维持在0.2-0.4mg/L的范围内。另外，运行期间在循环冷却水系统内设置碳钢试片，测得31天内的平均腐蚀速度为15mdd。

Claims

1.一种循环冷却水的电解杀菌方法，包括：将冷却水输入电解装置进行电解处理，处理后的冷却水返回冷却水循环系统，按以下步骤计算电解电流值，并将电解装置的电解电流调节为计算值；

活性氯发生速率＝(目标余氯浓度+c×COD)/b (I)

电解电流＝活性氯发生速率/(a×氯离子浓度) (II)

其中，氯离子浓度的单位为mg/L，电流的单位为A，a是与电极大小、材质、电极间距有关的常数；

常数a按照以下方法确定：

a＝(余氯浓度×试验总水量)/(电解电流×氯离子浓度×电解时间)(III)

其中，氯离子浓度的单位为mg/L，电流的单位为A，电解时间的单位为小时，余氯浓度的单位为mg/L，试验总水量的单位为m³；

常数b按照以下方法确定：

活性氯发生速率＝a×氯离子浓度×电解电流 (IV)

b＝活性氯发生速率/(目标余氯浓度+c×COD) (V)

根据活性氯发生速率和冷却水的COD值，由式(V)计算出常数b。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解装置中，电极的基体材料为钛，表面镀有金属铂、铱、钌、钽、钯中的一种或几种，或者上述金属氧化物中的一种或几种。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述电解装置中，电极为Ti/RuO₂-TiO₂电极和/或Ti/IrO₂-Ta₂O₅电极。

4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环冷却水中，氯离子浓度为20mg/L～2000mg/L。