浅谈电解防污技术简介

1 海洋污损生物的介绍及其危害

海洋污损生物是指附着或固着在海洋人工设施上, 并对人类的经济活动带来巨大损失的海洋生物。海洋污损生物所造成的危害称为海洋生物污损。对海洋生物污损的防除称为防污[1]。海洋生物污损造成的危害主要包括二大类: (1) 加速金属的腐蚀。 (2) 影响设施的正常使用[2]。

2 防污方法介绍

2.1 电解铜-铝 (铁) 防污

该技术是同时向铜阳极和铝阳极通以直流电, 对铜、铝进行电解, 生成Cu2O和Al (OH) 3。Al (OH) 3具有一定的黏性、呈棉絮状, 可以作为载体与Cu2O一同附着在管壁上, 利用Cu2O可以杀死海生物幼虫和孢子的作用达到防污目的。电解铜、铝 (铁) 海水防污染装置结构简单, 耗电量小, 安装方便, 无须专人管理, 无副产品, 但需要定期更换铜、铝阳极。

2.2 电解氯-铜、铝防污

氯-铜、铝联合防污染装置的基本原理是利用电解海水产生的有效氯及电解铜、铝产生的Cu2O和Al (OH) 3共同作用来杀死海生物, 其防污染效果比单独使用的总效果大, 而且药物使用的体积分数比单独使用的低, 对环境的污染小;但总费用比单独使用任何一种的总费用都要高。

2.3 电解海水防污

2.3.1 原理[4]

在电解海水时, 主要有以下反应:

其它反应:Mg2++2OH-→Mg (OH) 2;Ca2++2OH-→Ca (OH) 2。

2.3.2 装置

电解海水防污系统主要由海水电解槽组、配电设备、海水输送三大部分组成。其中海水电解槽组部分为最关键技术。目前海水电解槽主要分为两种:管式电解槽和板式电解槽。日本Daiki公司生产的Hychlorator电解槽是目前世界上最先进的电解槽之一, 目前在世界上已经有236个项目采用该电解槽, 总产氯量达到20634kg/h, 其最大的电解槽产量高达500kg/h。我国对海水电解制氯的研究较晚, 20世纪80年代中后期开始研究海水电解制氯技术。但目前技术仍落后于上述世界水平[4]。目前电解海水电解池中电极的排列方式共有三种形式:板式组合、管式组合和双极性组合 (图la、b、c) 。

a板式组合;b管式组合;c双极性组合

2.3.3 电解效率影响因素

海水中的有效氯的强氧化性可以杀死海洋污损生物的幼虫或孢子, 从而达到防止污损的目的。有效氯浓度表示每升溶液所具有的氧化能力, 相当于若千克质量的氯气在水中所具有的氧化能力, 单位为g/L或m g/L。

电解防污的关键问题在于有效氯的产量, 其有效氯的产量的大小取决于电解槽的电流效率, 影响电流效率的主要有以下几个因素:

(1) 电解槽技术

电解槽设计主要考虑以下几个问题:

(1) 不溶物如Mg (OH) 2和Ca (OH) 2在电极上的沉积; (2) 极化作用; (3) 能耗; (4) 电极寿命和电解槽运行参数的控制; (5) 电解槽的维修。

(2) 阳极

限制电解槽技术发展的主要因素是阳极材料。它必须具备较低的析氯电位和较高的析氧电位, 并且具有较高的机械强度和耐海水腐蚀性。现在使用的阳极材料, 主要是贵金属氧化物涂层。一般常用钛做基板涂上铂、铱、钌等复合材料。阳极的大小必须根据防污结构、海水用量、产生一定有效氯成分所需要的电流、所使用的阳极材料临界电流密度来决定[5]。

(3) 海水电解质

海水成分复杂, 有很多成分影响有效氯的产量。海水中主要存在的影响成分主要有:海水中的卤索离子、硫化物离子、锰离子。海水温度对电流效率也有一定的影响。有研究表明:当温度降低到10℃以下时, 其电流效率则会急剧降低, 阳极电位升高, 阳极耗损量迅速增加, 阳极寿命变的很短。当海水温度降低到5℃时。与在15℃时所呈现的电流效率相比较, 将降低到50%左右。在10℃以上, 阳极电位基本没有变化。而当电流密度相同时, 海水温度越低, 其阳极损耗量越大, 阳极寿命越短[6]。

3 电解防污技术比较

电解海水制氯防污的使用范围广, 可以应用于船舶、海上平台、海滨电厂和化工厂的海水冷却系统中。其防污效果显著, 电解海水制氯所需有效氯浓度较大, 一次性投资和耗电量较大;同时氯又增大了金属结构腐蚀的速度, 为此需不断提高电解阳极电流效率和使用寿命, 但电解海水制氯可以处理较大的海水量。铜-铝系统即能防污又能防腐, 且装置简单, 管理方便。用电量少, 但只能应用于处理海水量较小的船舶和海上平台。并且对水质的要求较高, 此技术不适用于大型设施防污, 铜离子对海水环境存在污染, 对生物的杀除有选择性等缺点。有研究表明:铜离子对防止硬壳类生物 (如藤壶等) 有效果, 但是对防止粘膜类和藻类生物效果不明显。氯-铜联用防污系统以氯气和铜两种物质做毒料, 其浓度比单独使用时要小得多, 且装置简单, 一次性投资和运行费用都较低, 但电解铜阳极所产生的铜离子溶解在海水中是重金属离子, 排入水中在局部区域带来一定的污染, 处理海水量较小, 不适用于大型设备循环水量要求。其防污效果好于电解铜-铝防污技术[6]。防海生物污染装置的选择与海水的处理量密切相关。当海水处理量很小时, 主要考虑直接式电解铜、铝设备或直接式电解氯、铜、铝联合设备;当海水处理量很大时, 一般考虑采用直接式电解海水设备。总之, 必须根据海水的处理量、海水的用途、海况以及现场的情况, 以选择出经济、适用的电解防污装置。

摘要：本文介绍了海水电解防污技术的基本原理, 并对当前常用的一些电解防污技术进行了介绍, 指出各自的特点, 并对各种技术最除了简单的对比。

关键词：海洋生物污损,防污,电解

参考文献

[1] 黄运涛, 彭乔.海水电解防污技术的发展应用状况[J].辽宁化工, 2004, 33 (9) :543～545.

[2] 许凤玲, 刘升发, 侯保荣.海洋生物污损研究进展[J].海洋湖沼通报, 2008 (1) :146～151.

[3] 梁成浩, 顾谦农, 吴青镐.海水电解防污处理技术[J].化工腐蚀与防护, 1996 (4) :15～20.

[4] 逯艳英, 吴建华, 孙明先.海洋生物污损的防治-电解防污技术的新进展[J].腐蚀与防护, 2005, 17:530～534.

[5] 陈佼骄.电解海水防污系统中有效氯的研究[D].中国海洋大学, 2006.

[6] 马长江, 陈佼骄, 刘刚, 等.电解海水防污技术研究现状[J].腐蚀科学与防护技术, 2001, 22 (12) :471～473.