循环水电化学市场自2013年左右,进入了一个快速发展阶段,至今已经有10多年历史,作为从零培养、引导循环水电化学市场发展的重要参与者-上海沁一环保,深耕循环水电化学市场17年,对循环水电化学技术理论、方法、实践等进行了系统的研究,是极少数真正了解循环水电化学的企业。
由于历史原因,艾格锡从市场消失了好多年,经历了市场发展的波折,属于二次市场进入。由于长期没有发声,致使市场对循环水电化学存在极大的误解,误认为利用从市场上购买的钛钌铱等传统电极,通过设备的优化设计,就可以解决循环水结垢、腐蚀、菌藻问题。客观来说,循环水电化学除垢的确取得了一定的效果,但是,距离国际先进的技术,还差距巨大。
为了促进循环水电化学市场的发展,我司于2026年开始,发布了有关循环水电化学技术评估指标,包括代表循环水电化学技术性能的参数、设备进出水钙硬度去除值、循环水除垢率设计值、电位电流析垢常数、阴极单位面积析垢能力、阳极寿命的定义、阳极更换条件等,填补了国内循环水电化学的空白,使得我们有办法对循环水的技术能力、性价比进行评估。
一、循环水电化学水处理技术内涵
循环水电化学水处理技术,是一套技术体系,是跨学科、系统集成性技术。
它是在水处理电极材料基础上,开发的集除垢、杀菌于一体的技术,阳极采用了钛氧化镍水处理专用电极材料,产生足量但不过量的有益的氯气、臭氧和自由基进行杀菌灭藻、降COD、去除腐蚀性离子(Fe2+、Cu2+),副反应产氧气反应得到遏制;阴极界面产生高浓度OH-,高效、快速析出碳酸钙固体垢,而不产生垢泥。利用刮垢装置定期清理阴极的垢,并从设备底部排出。
电解循环水,属于析氧反应,普通的钛电极容易钝化,需要采用析氧电极,钛氧化镍电极是非常先进的特殊的析氧电极材料,这种材料在高析氧电位下,会抑制氧气快速形成,使得活性氧形成臭氧。
腐蚀控制,并非通过电解反应就能做到,需要采用矿物质平衡控制技术,使得水质不至于结垢,而能形成防腐膜。
钛氧化镍电极材料的地位:是循环水电化学EST走向成熟的标志性技术,是钛电极家族新的成员,是开创性的新型材料电极,而不是在钌铱涂层基础上进行的改性电极材料。
钛氧化镍电极,特指艾格锡发明的电极材料。
钛氧化镍市场地位:在全球范围内,还没有发现和钛氧化镍电极材料进行竞争的电极材料,这种水处理电极材料研发的技术壁垒非常高。
电化学技术体系:
1、水中杂质影响电极材料的使用
水质杂质,包括氟离子、氯离子、硫酸根、铁锰、电导率、有机酸、有机物、浊度、油等,均会破坏普通的电极材料,因此,需要采用抗腐蚀、耐氧腐蚀的析氧电极材料。
2、电解析氧反应和电极材料选择
电解水,属于工况极其复杂的析氧反应,析氯电极无法使用,电极会钝化,产生二氧化钛不导电膜,这是我国面临的最大问题。在电极材料方面,没有实现突破,停留在钛钌铱电极阶段。
3、设备结构工艺设计
采用不同的结构,会产生巨大的差异。
作为循环水电化学原创厂家,世界银行IFC力推的免药剂电化学革新者-艾格锡公司,早在2000年定型为圆柱体结构设计。艾格锡是研究电解装置的专家,掌握工艺设计核心技术。
4、设备运行控制
电化学设备运行控制的对象,是电流,而不是电压。
二、循环水电化学市场存在的问题
1、对补水水质基本不作分析,误以为普通的钛电极可以适用,结果投入运行后不久,就会发现效果很差;
2、虚假宣传:产生臭氧虚假宣传。把钛钌铱电极包装成无所不能的新型电极材料,其介绍的反应机理和钛氧化镍一模一样;
3、除垢率/量无法验收:对设备进出水钙硬度去除值,进行验收规避,不作为验收指标,结果可想而知。对于虚构的除垢率数据,没有概念,从而误无采购。
最近几年,电化学市场宣传的除垢率50%,甚至80%,实际上能做到10%,已经不错了。
每天也可以称重去除多少公斤的垢,但是,垢的含水率高、含有镁垢,剩余的钙垢量不多,对比进入冷却塔的钙量,去除率不超过10%
4、价格比较
表面上,竞争产品的价格比较低,低于EST的30-50%,但是除垢量可只有EST的1/4-1/6,这么低的除垢率,浓缩倍数无法提高、水质无法稳定,换热器易结构,想提高浓缩倍数、减少排水,几乎不可能。
电极成本构成:1平方米的钛钌铱电极,3克铱+7克钌=3*2000+7*500=9500元
制造费用和利润:上浮至少30%
总的电极成本:13000元/平方
5、电极腐蚀、结垢与运维:
电极容易结垢,运维频率很高,设备除垢能力无法保障
6、电极寿命:3年? 不如写成质保3年,防止无数次电极更换。
EST的电极寿命可达15年,更换成本也很低。
三、电解除垢工作原理
1、除垢原理:
电解除垢原理:OH-+Ca(HCO3)2=CaCO3 (固体垢,非垢泥)+H2O
2、析垢理论依据-法拉第定律
要达到工业级别的除垢能力,需要考虑能耗、除垢成本、除垢率。
根据法拉第定律除垢,1A电流最多产生1.87g/h的钙垢,实际电流效率不足20%,1A电流析垢0.4g/(A.h),该值可以评估电化学除垢技术先进性的指标。
3、垢的形态
电化学设备阴极技术参数,决定了析垢的形态,分为基本不含水的“干垢”,含水率高的垢泥、絮状垢,后者是反应不佳的产物,不是必然产物。垢泥,需要和水分离,否则水中携带的无机垢进入冷却塔和循环水系统,造成大量无机垢沉积,导致循环水系统泵的负荷增加,能耗增加,垢下腐蚀发生,严重时会发生管道泄漏。
4、阳极电流密度
阳极电流密度,是电化学核心技术参数之一。特别是在高硬度水质,要求阳极电流密度越高越好。
市场上电流密度在20-100A/m2,对比EST的电流密度500A/m2。
5、副产物抑制
阳极产的氧气,是副产物,没有益处,需要抑制其产生,阳极面积越小越好。
四、循环水电化学方案设计
1、电极材料
2、结构设计
3、设备进出水钙硬度去除值:
不低于10mg/L,是真正的“产品合格证”,是除垢率和设备台数配置的依据。
4、循环水整体除垢率
循环水除垢率,是有设计要求的。要达到循环水浓缩倍数要求,必须对除垢率提出设计要求,浓缩倍数越高,除垢率要求越高。
5、能耗
EST的能耗很低,可以忽略不计。
1000m3/h的循环水量,能耗只有0.3kWh,比药剂便宜。
6、电极更换条件
电极不得在腐蚀情况下运行,设备电流下降10%比较更换,而大部分运行的电化学设备,电流已经下降几个10%,仍然在运行,这是有技术风险的。
五、运维服务
1、电化学设备运行的电流值
设备的运行电流,是电化学核心技术参数,而很多设备的电流波动很大,难以维持稳定运行。
2、设备进出水钙硬度去除值
去除值,是运行电流设定的前提条件,没有“去除值”,运行电流设定失去依据,想达到稳定运行控制,几乎不可能。
3、阳极结垢、污染、维护
电流密度低,在高硬度、高浓缩倍数运行时,非常容易结垢,垢需要及时清理,否则电极破坏、寿命缩短,除垢能力降低。
阳极污染,也会破坏电极,维护成本极高,大多数设备带病运行,阳极1年更换两次。
4、刮垢、除垢装置维护、维修频率、故障率
刮垢装置不合理,会带来故障率极高的麻烦。
5、泄漏物对电极的破坏
换热器泄漏,不会对产生臭氧和自由基电极造成损坏,因此,不能逃避“非电极质量问题”责任。