电化学水垢去除技术中试实验研究以折流电化学反响器为核心，构建除垢中试系统，讨论不同参数对水垢去除过程的影响。结果说明，中试条件下垢样为层叠状的方解石型碳酸钙。阳极酸性区对碱度有去除作用，使得碱度去除率高于硬度去除率，降低水体结垢倾向。阴极电流密度过大造成水垢沉积效率降低；优化阴极电流密度为 1.5 mA/cm2。阴极面积对水垢沉积过程影响较大，大阴极面积有利于提高沉积速率、降低能耗。数学建模说明箱体扁平化有利于提高装置除垢力量。 喷墨打印机墨水循环冷却水系统的稳定运行对于保证企业安全稳定生产具有非常重要的意义。结垢现象广泛存在于循环冷却水系统，会造成循环水换热效能下降与能耗增加。为此，掌握循环水系统水垢沉积成为保障循环冷却水系统安全稳定运行的关键。其掌握方法包括：物理清洗法、化学药剂法、电化学法、超声波法、高压静电阻垢技术、磁化及电磁处理法等。由于环保政策与标准的限制，目前使用最为广泛的化学药剂法在将来进展过程中会受到较大的限制。
定位板
电化学除水垢技术属于典型的主动式除垢阻垢技术，其优点在于能够将水中成垢离子以水垢沉积的方式从水体中析出，由此使得循环冷却水浓缩倍数提高，削减排污水量及补水量，节省水资源。与此同时，电化学阳极在反响过程中能够产生大量强氧化性活性物质，对微生物及藻类也具有
较好的杀灭及抑制作用。
在前期工作根底上，本课题组自制折流板电化学除垢反响器，并以此为核心构建电化学水垢去除中试系
统，具体讨论了水垢去除过程中水质参数变化及阴极面积、水样硬度、硬度/碱度比、阴极电流密度等参数对于除垢效果的影响。
一、试验局部
碳素消字灵1 试验系统
中试系统核心是课题组自制的折流板电化学除垢反响器，其内部尺寸为46.7 cm×31.6 cm×31 cm；内部等距设置2块阴极板，尺寸为31.6 cm ×31 cm；阴极之间分别等距设置3块阳极板，其尺寸为23 cm×19.2 cm。阳极材质为Ir/Ru氧化物电极。箱体及阴极板材质为铸铁，阴极总面积为1.1 m2。外部接一蓄水池，以水泵来进展水循环。电源为直流电源，规格为30 V/100 A。
2 试验方案
所用药品均来自国药集团，纯度为分析纯。分别采纳Ca（NO3）2·4H2O 和NaHCO3模拟硬度和碱度，以西安市市政自来水为原水进展配水。依照试验条件，配制相应浓度的模拟循环水，每次配水380 L，水泵流量为2m3/h。
每次试验时间为6 h，间隔1 h取样；测定样品的硬度、碱度、pH、电导率，并登记对应时刻的电流与电压值。反响完毕后，缓慢放水，收集电化学反响器内全部水垢样品，烘干称重得实际沉垢量。
3 分析测试
水样硬度及碱度测试采纳Lovibond Spectro- Direct多参数水质测试仪，单位均为mg/L（以CaCO3计）；pH与电导率通过pH仪（pHS-3C pH Meter）以及电导率仪（上海雷磁DDSJ-308A）直接测定。
水垢样品组成与构造使用X射线衍射仪（XRD-6100，日本岛津）进展分析。水垢SEM形貌采纳钨灯丝扫描电镜（日立SU3500）进展表征。分析前，水垢样品并未进展特别处理。
4 数据处理
硬度去除率及碱度去除率分别由电化学反响前后的硬度、碱度数据计算得出。水质参数除垢量是指根据试验开头和完毕时的硬度乘以对应水体积所得水中硬度的实际削减量。
二、结果与争论
1 水垢状态
管串反响过程中，水垢会以固体形式沉积于阴极板上。图1为水垢样品在枯燥后测得的XRD与SEM照片，该样品反响条件为硬度300 mg/L、硬度与碱度的物质的量比（后面均记为硬度/碱度比）1:1、阴极电流密度1.5 mA/cm2。
由图1（a）可知，对于该水垢样品，其XRD衍射峰与方解石型CaCO3特征衍射峰（PDF卡片号47- 1743）完全对应。当2θ为23.0°、29.4°、
35.9°、39.4°、43.1°、47.1°、47.5°、48.5°时，衍射峰分别归属于（012）、（104）、（110）、（113）、（202）、（024）、（016）、（116）晶面，并没有发觉文石型晶体的特征衍射峰。这一结果与笔者在小试条件所得出的结论有所不同。但是，与文献中未经过电化学处理样品相比，本讨论中经过电化学处理样品在47.5°〔归属于（016）晶面〕及48.5°〔归属于（116）晶面〕处的衍射峰强度显著上升，比未经电化学处理样品的对应角度处的衍射峰要高很多，由此说明该样品在暴露晶面上与未经过电化学处理样品存在区分。
由图1（b）可知，经过电化学处理的水垢样品主要微观形态为层叠状构造，与文献中未经电化学处理所得到的颗粒状方解石型碳酸钙存在明显区分。本讨论其余试验条件下水垢样品检测结果与图1所示样品均全都。
造成此种现象的可能缘由是中试条件下水垢沉积速率快、沉积量大，有利于热力学不稳定态的其他碳酸钙晶体向热力学稳定态的方解石型碳酸钙转变。图1（b）所示的层叠状构造使得水垢能够保持肯定强度，即不会松软到被水流冲走，又不会坚硬到影响人工或自动刮除，有利于该技术的实际应用。
2 水垢沉积过程中水质参数变化
中子嬗变
反响过程中，硬度与碱度去除率、pH与电导率变化见图2。反响条件为硬度300 mg/L、硬度/碱度比1:1、阴极电流密度1.5 mA/cm2。
由图2（a）可知，硬度与碱度去除率随反响时间延长而不断增加，即代表循环水中的硬度和碱度由于电化学反响而不断降低。值得留意的是，随着反响时间延长，碱度去除率渐渐高于硬度去除率，相关文献报道也支持这一发觉。这说明碱度除在阴极生成碳酸钙而降低外，还有其余去除途径。事实上，当电化学反响发生时，对应于阴极四周高pH区域，阳极四周为低pH区域。与Ca2+向阴极区域进展定向迁移对应，HCO3-由于电场作用向阳极区域进展定向迁移。依据碳酸平衡，当pH小于4时，进入高酸性阳极区域的HCO3-大量转化为CO2（或游离态H2CO3），即说明阳极外表高酸性区域会使得流经水体中HCO3-被大量消耗，由此使得碱度总体去除率高于硬度去除率。
实际上，在本讨论试验条件下（见后文表格及数据图）都存在碱度去除率高于硬度去除率的现象，说明这是一种普适性的现象。传统认知中，电化学水垢去除技术的达成主要来自于阴极。上述普适性现象说明阳极对于水中碱度具有消退作用，由此能够降低水的结垢倾向，即有助于达成“阻垢”的目的。这一发觉进一步完善了电化学水垢处理技术的原理。发布任务
由图2（b）可知，电导率与pH随反响时间延长而不断降低。电导率降低是由于循环水中的硬度和碱度由于电化学反响而不断降低，导致水中离子数量削减所致，这一点与前期小试讨论结论全都。pH降低
包含两个缘由，其一是由于碱度在阴极变成水垢沉淀除去，其二是碱度在阳极变成游离态碳酸或二氧化碳而溢出水体。上述两个缘由都使得水中碱性物质削
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