電化學技術是循環水處理領域的新興技術,其中衛士電化學技術走在全國前列。與其他電化學設備相比,衛士電化學設備的電流高而能耗低,這主要得益于其內部結構的精心設計使電壓維持在較低水平。下面就對衛士電化學設備電壓的情況進行理論分析并據此對一些常見現象做出解釋。
一、 因素分析
衛士電化學設備的極板為多層平行板,陰陽極間的總電壓U總= E電極(可逆)+ E電極(不可逆)+U路端電壓下面就各項內容逐一進行分析:1. 可逆電極電勢E電極(可逆)可逆電極電勢表示電流為0時的電極電勢,即剛好發生電化學反應時的理論最低電壓。E電極(可逆)=E陽極– E陰極根據能斯特方程,陽極電勢
假定水溫為25℃,水面空氣中氯氣分壓為常數,即ln[Cl2]=α’,則上式可化簡為:E陽極=1.36+ α’ – 0.02568ln[Cl-]同理,陰極電勢E陰極=β’ + 0.02568ln[H+]故,E電極(可逆)=E陽極 – E陰極= α - 0.02568(ln[H+]+ ln[Cl-])其中,α為常數。2. 超電勢E電極(不可逆)由于電化學反應的持續進行,必然會在極板附近產生濃差極化;同時在電極上產生電化學極化,極化超電勢η根據塔菲爾公式可得η =η陽極+η陰極 =(aCl+ bCl lnj)+(aH+ bH lnj)= a’ + b’ lnj其中a’,b’為與電極材料及溶液狀態有關的常數;j表示電流密度。3. 路端電壓U陰陽極板間的循環水本身是導體,具有一定的電阻,其阻值滿足歐姆定律,即
其中,S表示極板面積,κ表示循環水電導率。綜合以上分析,
上式即為各因素與電解電壓間的函數關系,其中,a,b為常數。可見,衛士電化學設備由于陰陽極板間的距離小,使項數值極低;陽極采用了特殊的涂層設計,使超電勢減小,即a減小;所以在同樣的電流密度條件下,陰陽極板的電壓遠低于其他電化學設備,從而大大降低了能耗。二、 現象解釋根據上式可以解釋如下實驗現象:1. 水質水樣電導率高時,即κ變大時,U總減小;氯離子濃度高時,U總減小;pH變小時,即ln[H+]變大時,U總減小。2. 極板間距其他條件不變,極板間距增大時,即d增大時,U總增大且基本成線性關系但直線不過原點。3. 電流密度其他條件不變,電流增大時,即j增大時,U總增大,但不成線性關系而是成凸函數關系,即電流均勻增大時,電壓增大但增速減慢。4. 電極狀態 式中a,b是與電極材料、電極表面狀態、循環水溫度等因素有關的常數,需要實驗確定。成垢或刮垢過程相當于改變了電極的表面狀態,從而造成電壓波動。