世界先进的循环水钛氧化镍电化学和电解水处理设备对比

2025-07-18 17:15 78

电化学设备采购,属于复杂技术设备采购,涉及免太广,技术差距巨大,不适合采用常规的招标、评标方法。近年来大量失败的案例,证明了常规采购方法的失效。

复杂技术设备采购,必须遵守复杂技术采购的特点、规律。首先要全面了解技术,花费更多的时间去了解电化学技术,剔除虚假宣传的成分,否则项目考察大部分会失败。对电解原理的迷之自信,自以为懂电化学技术,也可能会导致采购失败。

国内外电化学技术现状:存在极高的技术壁垒,仍然是世界级开发难题,国际上研究循环水电化学的高校、企业非常多,但均没有在核心技术上实现突破,核心技术牢牢掌握在以色列艾格锡公司手里。我国也一样,电化学技术不成熟,核心技术未能突破,对电化学还处于了解、摸索阶段。

澄清两个概念:电解原理和电化学水处理技术

电化学水处理技术,采用了电解原理,但是电解原理不等于电化学技术,有共性,更有区别。现实中,很容易根据学过的电解原理知识,理解、解读、推测、猜测电化学技术,有的人把电解原理等同于、视为电化学技术,把按照机械原理、普通的电解原理制造的设备,当作电化学设备,这是一种严重误解。

我们从客户角度、除垢率、技术全面性、技术稳定性、综合成本等方面,对电解水处理设备、电化学水处理设备进行界定和分析。

电化学设备,核心控制数据是运行电流和电压,核心技术需要对电流进行控制,而不能放任其“自由运行”。

电化学水处理技术,必须考虑水中杂质对电极材料的影响,电极材料的适应性必须考虑,电极的腐蚀性、抗污染、抗氧化性必须考虑,不讲电极材料和水质的关系问题,对电极材料的技术要求,只讲价格、节水率、技术效果,会变成“空中楼阁”,虚而不实。

一、电解水处理设备

根据一般性电解原理,对阴极pH、阳极pH、除垢稳定性、主副反应不加以控制,没有技术要求,或者达不到技术要求,根据传统制造工艺进行设备制造,这种设备没有多少技术含量,从而人员甚至没有电化学专业背景,根本不懂水和水处理,这种情况下生产的设备,我们称为“电解水处理设备”。

这种设备的运行电流很大、电流效率很低(大部分电流无效消耗掉)、电耗很高、电极更换成本很高,流体力学性能很差,代表了一种落后的电解装置(除垢装置)设计工艺水平。根据电化学专家研究结论,阴极析垢速度和能力仅仅只有45g/m2.h,要想达到40%的除垢率,意味着需要很大的阴、阳极面积,设备占地面积很大,采购价格性价比极低,运行电耗很高、电极更换成本很高。

从设备除垢效率看,阴极OH-浓度越高,和碳酸氢钙反应速度越快,除垢效率越高。恒定的电流,意味着稳定的除垢率,稳定的水质控制,换热器不结垢。相反,如果阳极腐蚀、设备电流下降,阴极OH-浓度下降,析垢速度和能力下降,换热器可能结垢。

成本视角:电耗成本可能占采购成本的15%,电极更换成本占采购成本的10-20%,这种设备采购时无法把电耗和电解更换成本忽略,应以“综合成本”评估其成本。

价格陷阱:低成本,一定对应低除垢率,落后的除垢技术和工艺,效率极低,不具有成本优势。采购时,不考虑除垢率,仅仅看价格,没有任何意义,因为不解决循环水问题。

电解设备的功能:具有部分除垢、部分杀菌,不具有腐蚀控制能力。其水处理方案:电化学+药剂,如果采用药剂不当,药剂本身可能对电极材料造成破坏。

而真正的电化学技术,一体化解决结垢、腐蚀、菌藻问题,完全不在一个技术层面上进行竞争。

虚假宣传:如果发现采用和艾格锡钛氧化镍电化学EST几乎一样的宣传,同样的技术信息,应该引起高度警惕,说明其没有自己的核心技术,宣传的内容和产品的功能不匹配,会导致采购的设备不起作用。比如,阴极pH>13,阳极产生臭氧、自由基。

二、电化学水处理设备

谈到电化学技术,一定会涉及诸多方面,对阳极材料、阳极电流密度、阳极抗腐蚀、阳极抗氧化性、抗污染能力,提出了极高的要求。同时,对电解装置设计能力要求很高,要求阴极的pH越高越好,高浓度的氢氧根和碳酸氢钙的反应速度很快,析垢、除垢速度很快,效率高,pH=10和pH=13,析垢速度相差3倍。

判断一个公司是否掌握先进的电化学技术,首先要看是否具有电化学专业背景,是否精通水和水处理,两者缺一不可。跨界进入循环水电化学、没有电化学专业背景、对水及水处理一知半解,很难说能掌握先进的电化学技术。

1、阳极材料

真正的电化学技术,以水处理钛电极材料为前提条件,一定意味着阳极材料的突破,以钛氧化镍电极材料为代表。传统钛阳极,以钛铱钌电极为代表,不属于水处理电极材料,不再“惰性”,存在诸多技术弊端,无法满足电化学水处理技术要求。

阳极材料,需要解决水中杂质对电极材料的腐蚀、破坏、污染等技术难题,水中氟离子、氯离子、电导率、硫酸根、锰、CN-、有机物、油、铁离子等,均会对普通的钛电极造成破坏。

很多客户在了解电化学技术时,极少对水中杂质考虑,也很少考虑钛电极材料是否适合水质环境,结果导致了采购的设备无法达到预期目标。

水中杂质影响、破坏电极寿命,电极破坏严重,导致设备无效、投资浪费。例如,氟离子可以在短短几个月对普通钛电极点腐蚀破坏。

2、电解时析氧环境

我们知道,氯碱工业生产时,采用的电极材料为钛铱钌,寿命可达5年以上。电解液是析氯环境,其产生的电流95%是氯离子氧化产生的,而循环水电解时,产生的电流大部分由电解水产生,氧气大量产生,钛阳极处于析氧环境,阳极很容易被氧化。

电解时产生的大量氧气,会让钛阳极“中毒”,生成二氧化钛不导电膜,使电极失去活性,电极钝化,设备效率快速衰减,这是传统钛电极致密的缺陷。

普通的钛电极,电解时在析氧(产氧)环境下是不安全的,在氯离子含量高的水质,也是不安全的,氯离子会破坏电极。

3、阴极pH>13,代表电化学除垢最高技术水平

一切的设计工作,均以阴极高pH、强碱性为目标而展开。阴极高pH,是多种复杂技术集成的结果。设备阴极在pH>13以上运行并保持OH-浓度稳定,代表了世界电化学除垢装置设计最高水平。阴极pH越高,代表技术越先进。

电化学技术,至少包含电极材料和电解装置设计工艺两个方面,我国未能在电极材料上实现突破,也不掌握先进的电解装置设计核心技术。

阴极pH>13,可以通过设备进出水钙硬度去除值间接判断,该去除值不应低于10mg/L(带压运行条件),多数情况可以在20mg/L以上运行。

如果阴极pH低,则设备进出水钙硬度去除值低,阴极析垢能力弱,则需要很大的阴极面积,即设备台数增多,以量弥补技术的差距,才可能达到30%以上的除垢率。根据调研情况,大部分客户获得的除垢率不足10%。几乎没有哪个公司提供除垢率超过30%的设备配置,因为如果那样,价格高的离谱,远远大于进口的设备,不再具有任何竞争力,这是落后的除垢技术真实的现状。

4、副反应越多,循环水系统腐蚀性越严重

循环水电化学,和其它设备不一样,其设计必须考虑循环水系统的腐蚀问题,即在考虑除垢效率的同时,必须兼顾腐蚀问题,否则循环水水质无法做到矿物质平衡,水质难以稳定,偏离了水处理基本的技术要求。不科学的电解装置设计,可能会严重破坏循环水系统,这方面已经有失败的教训。电化学技术,并不是一般公司能玩得起的,其技术复杂的程度,超过了我们的想象。

普通的电解设备 ,基本不考虑副反应、副产物过量的问题,而电化学技术对阳极反应、阴极反应,主反应、副反应,也是有严格的技术要求的。副反应越少、主反应越多,代表设备的效率越高,除垢效率越高。阳极反应产生过量的氧气、氯气,导致副反应剧烈,阴极析垢能力受到抑制。增加阳极面积,并不一定增加除垢效率,相反,可能增加系统腐蚀、增加能力、增加技术风险。

5、设备运行电流、阴极OH-浓度和除垢率

电化学设备运行电流和电压,是电化学设备的核心技术参数。为了达到稳定的除垢效果,恒电压运行将不被容许。

阳极腐蚀破坏,设备电流下降,阴极OH-浓度下降,阴极析垢的化学反应速度快速下降,除垢率下降。

设备电流下降,说明了技术不成熟、技术不稳定。

这是判断电化学设备是否满足技术要求的根本参数,即电流是否稳定、是否下降。

电化学设备,其核心技术参数为设备的运行电流、电压。先进的运行控制采用的是恒电流运行控制技术,我国还不掌握“恒电流运行控制技术”;不掌握恒电流运行控制技术,难以实现水质稳定,使得水质稳定管理变得很困难。这就像我们制造了一辆好车,驾驶技术需要平衡、安全。

电流稳定,除垢稳定,是先进电化学技术的标志。落后的电化学技术,无法对电流进行稳定控制,从而无法稳定除垢,无法对水质进行稳定控制。如果设备运行一段时间后,设备电流开始下降,则说明技术不成熟、不可靠,换热器会结垢。电压和除垢效率之间正相关,电压高、除垢效率高。在极低的运行电压下,想达到高除垢率,技术上不可行。

阳极稳定产生电子给阴极,不能腐蚀,阴极产生高浓度OH-根,这是电化学技术的核心要求。电化学除垢技术,包括阴极高pH、阴极电吸附除垢、刮垢等过程。电吸附除垢,仅仅是电化学的一个过程,不能代表电化学技术。阴极高pH,决定了除垢效率和技术的先进程度。运行电流不合理、结构设计不科学、阳极面积过大、电耗高,基本决定了阴极pH不会高,其后果是,电吸附的除垢能力严重不足。循环水除垢率可能不超过5%。

6、阳极反应机理

艾格锡钛氧化电化学EST的阳极反应机理,早已发布到网上,结果被用来解释钛铱钌电极的反应机理,甚至学术界也把产生臭氧的机理,当作钛铱钌电极的机理,这是值得商榷的。

我们知道,理论上,每种电极开发的目的不同,其反应机理应该不一样。

臭氧的产生,和电极材料、电流密度有关。

钛氧化镍电极产生臭氧,是艾格锡公司花费了20余年发明的新型钛电极材料具有的功能,专门用于水处理,解决菌藻控制、黏泥控制及腐蚀难题。这种利用国外先进的钛氧化镍产生臭氧的机理,当作钛铱钌电极的反应机理,存在“虚假宣传”和“移花接木”,误导客户。比如,有客户反馈,本想采购能产生臭氧的电化学设备,结果实际测量根本测不出臭氧。

在此澄清一下,钛氧化镍产生的臭氧可以测量,而且浓度不低、够用。升级后的电极,产生的臭氧浓度更高,可以适应复杂水质环境。

钛铱钌电极,在实验室可以测出来微量的臭氧,无法解决工业化应用的技术难题,不应作为钛铱钌电极的反应机理。

7、电化学电解装置设计能力现状

目前,我国在电解装置设计方面,与国际先进的电解装置设计工艺相比较,存在很大的技术差距,核心技术我国还不掌握。

如果说循环水电化学,需要水处理电极材料作为支撑和前提条件,那么电絮凝装置,其电极用的是普通的材料铁和铝,按照电极原理理解,其没有技术含量。但是,实际上,电絮凝装置设计技术含量要求极高,我国不掌握先进的电絮凝工艺设计。

比如,传统的电絮凝存在的技术弊端:电极腐蚀、电极钝化、电极结垢、能耗高,不掌握电解电源技术,去除率低。艾格锡的电絮凝EEC一次性可以去除COD高达50-80%,除垢高达90%,而普通的电絮凝去除COD仅仅30%,且去除率无法维持。

#世界先进的循环水电化学技术#

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