摘要：提出了一種檢測冷卻水結(jié)垢性能的微電微電解方法，適用于判斷阻垢水處理的解法檢測結(jié)垢效果。探討了電流密度、研究電解時間和攪拌速度等因素對此法的微電影響。試驗結(jié)果表明，解法檢測結(jié)垢陰極垢量與Langelier指數(shù)線性相關(guān)；水處理效果不同時垢量差別明顯。研究

關(guān)鍵詞：冷卻水 水處理 阻垢 檢測

Test of Scaling Property of Cooling Water by Micro-Electrolysis

　　Abstract：This paper presents a micro-electrolysis method for test of scaling property of cooling water and it can be used to check the effect of water treatment for anti -scaling. The influencing factor such as current density, electrolysis times, an d agitation speed are investigated. Experimental results show that the scale qua ntity of cathode is linear with Langelier index and is obviously different with different efficiencies of water treatment.

　　Keywords:cooling water;water treatment;antiscaling;test

　　通常判斷冷卻水中的微電碳酸鈣等鹽類會否結(jié)垢，是解法檢測結(jié)垢在檢測了硬度、堿度和溶解固體等主要水質(zhì)指標(biāo)后通過查表和計算得出飽和pHs值，研究以實(shí)測的微電水體pH值與pHs之差為Langelier指數(shù)L.I .，當(dāng)L.I.>0時認(rèn)為水有結(jié)垢的解法檢測結(jié)垢傾向，L.I.<0時認(rèn)為水有腐蝕的研究傾向。類似的微電還有Ryznar穩(wěn)定指數(shù)、Puckorius修正指數(shù)、解法檢測結(jié)垢Feitler臨界指數(shù)等，研究但這些方法對于經(jīng)過某種阻垢處理后的水顯得無能為力。例如，向水中加入少量阻垢劑后，水質(zhì)變化不大卻不會結(jié)垢。特別是經(jīng)過 磁場、電場處理的水，水質(zhì)基本不變，只有靠動態(tài)或靜態(tài)地模擬實(shí)際熱交換系統(tǒng)進(jìn)行試驗，才能了解處理效果。動態(tài)試驗要求設(shè)備的種類齊全、容積足夠大，才能保證正確性；靜態(tài) 試驗過程中的加熱造成水分蒸發(fā)，誤差很大。目前還沒有合適的磁化水、電化水結(jié)垢性判定指標(biāo)_［1］，如何檢測這類物理法處理水的效果是亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題。

1 測試原理

　　先了解微電解如何引起水中碳酸鹽結(jié)垢。將兩塊金屬板插入水槽（無攪拌）分別作為陰極和陽極，在兩極板間施加直流電場，逐漸增高電壓，測得的相對于飽和甘汞參比電極(SCE)的陰極極化曲線如圖1所示。圖1中曲線的變化反映出陰極與水的界面發(fā)生了兩個電極反應(yīng)：
　　　　　1/2O₂+H₂O+2e→2OH^-(1)
　　　　　2H₂O+2e→2OH^-+H₂(2)
　　當(dāng)極化電位正于-700 mV(SCE)時，主要發(fā)生溶解氧還原反應(yīng)［見式(1)］，而電位負(fù)于-1200mV(SCE)后，氫氣析出反應(yīng)逐漸顯著起來［見式(2)］。由于兩種反應(yīng)都產(chǎn)生OH^-， 使陰極 表面附近的pH值上升，CO₃^2-增多，導(dǎo)致Ca、Mg離子結(jié)晶析出，即發(fā)生式(3)～(5)的反應(yīng)：
　　　　　HCO₃^-+OH^-→H₂O+CO₃^2-(3)
　　　　　Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓ (4)
　　　　　Ca²⁺+CO₃^2-→ CaCO₃↓ (5)

　　通電后陰極板上pH值上升狀況的實(shí)測如圖2所示（無攪拌）。

　　由圖2可見，開始pH值迅速上升，而當(dāng)通過電量>0.2C/cm²、pH>9以后變化趨于平緩。這個動態(tài)的平衡趨勢是碳 酸鈣不斷結(jié)晶析出造成的，因式(3)右邊的CO₃^2-減少將引起左邊OH^-的消耗。由此可以推斷，微電解一定時間后，陰極界面處碳酸鈣結(jié)晶析出的速度將趨于常數(shù)。
　　再了解冷卻水中重碳酸鹽受熱分解引起的結(jié)垢過程。水中碳酸鈣的平衡反應(yīng)可以歸納為^［2］：
　　
　　式中各組分的標(biāo)準(zhǔn)生成焓如表1所示。

　　由于一個反應(yīng)的焓變等于生成物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和減去反應(yīng)物的標(biāo)準(zhǔn)生成焓之和，因此求出反應(yīng)式(6)的焓變ΔH°為：
　　　　ΔH°＝-542.4-690.5-（-1 205.7-0）＝-27.2kJ/mol 　(7) 
　　　　ΔH°是25 ℃標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時的值，為了確定溫度對反應(yīng)平衡的影響，根據(jù)Van‘t Hoff 公 式得出：
　　　　　ln(K₂₅/K)=(ΔH°/R)(1/T -1/T₂₅)
　　　　　ln(K₂₅/K)=-6.5/1.98×10^-3(1/T-1/298)　　　　　 　(8)
　　式中 K₂₅——25 ℃時反應(yīng)式(6)的平衡常數(shù)
　　　　 K——絕對溫度T時的平衡常數(shù)
　　設(shè)溫度從25℃上升至60℃，通過計算可得:
　　　　　　K₂₅/K=3.183 　　　　　　　　　　　(9)
　　即平衡常數(shù)K縮小了3.183倍。根據(jù)資料，微電解時陰極上的CO^2-₃離子濃度可達(dá)水體中的8倍^［3、4］。因此，可以用微電解時陰極界面上的電化學(xué)反應(yīng)模擬加熱過程中重碳酸鹽受熱分解引起碳酸鈣結(jié)垢的過程，并且能夠強(qiáng)化試驗條件，縮短測試周期。