电化学-微滤耦合工艺对循环水钙硬度的结晶分离

为解决工业冷却循环水系统中水垢沉积导致换热效率降低和管路腐蚀等问题,本文提出了一种电化学-微滤耦合反应体系,以Ti/SnO_(2)-Sb2O5-RuO_(2)-IrO_(2)钛滤膜为阴极,利用电解过程营造的局域强碱性和本身的微滤功能,同步实现钙硬度的高效结晶与分离。在膜反洗阶段,倒极后钛滤膜为阳极,其原位电解产生的H+能够溶解附着在膜表面和孔道内的水垢,实现水垢的剥离。结果表明,膜孔径越小,钙硬度去除率越高,以孔径为2μm的钛滤膜作阴极时,钙硬度去除率可达79%。电流密度从1mA/cm^(2)增加到5mA/cm^(2)时,钙硬度去除率从28%增加至86%,但电流密度进一步增加至10mA/cm^(2)后,钙硬度去除率下降至78%。碱度增加有利于钙硬度的去除,当[HCO_(3)^(-)]/[Ca^(2+)]摩尔比从0.7∶1提升至1.4∶1时,钙硬度去除率从53%增加至83%。当流速从5mL/min增加到20mL/min时,钙硬度去除率从84%下降至46%,能耗由3.06kWh/kgCaCO_(3)降为1.38kWh/kgCaCO_(3),远低于传统电化学除硬体系。膜表面滤饼形成和膜孔内堵塞是引起钛滤膜污染的主要机制,经极性反转后,膜通量可恢复至78%左右。XRD和SEM分析表明,钛滤膜表面富集的CaCO_(3)主要为方解石晶型。电化学-微滤耦合除硬以及膜反洗过程主要由电子驱动,避免了大量膜清洗剂的使用,为循环水系统中硬度离子的去除提供了新思路。