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循环冷却水广泛应用于发电、石化、钢铁和暖通等行业。为了避免结垢,必须对其进行有效的处理。目前循环冷却水的处理方法包括阻垢剂法、磁化处理、化学沉淀、反渗透、电渗析、离子交换与电沉积,其中,电沉积兼备环境友好、反应迅速、适用范围广和能同时产氯消毒等优点,已成为近年来的研究热点。然而,当前可用的电沉积反应器存在脱垢繁琐、软化效率低和能耗高等诸多问题。本论文旨在研发兼备高效软化性能与脱垢性能的电沉积反应器,用于循环冷却水处理。主要研究工作包括四部分:阴极优选,脱垢方法研究,单级电沉积反应器研究和多级电沉积反应器研究。首先从软化性能、能耗和脱垢性能三方面对普通不锈钢板、不锈钢网、镜面不锈钢板、磨砂不锈钢板、镍板和钛板等阴极进行考察。研究结果表明,镜面不锈钢板的综合性能最优,是电沉积反应器最适宜阴极,其沉积速率与脱垢效率分别高达34 g/h/m2和87.5%,为其余阴极的1-1.3倍和1.2-2.2倍;而能耗仅17.4k Wh/kg,为其余阴极的66%-98%。其次自主研发了空气冲刷和电流脉动两种全新脱垢方法。空气冲刷与电流脉动分别利用气泡剪切力和强化电解水产H2脱垢,不仅拥有良好的脱垢性能,而且能显著延长电极的使用寿命,可取代传统脱垢方法。空气冲刷和电流脉动的脱垢效率分别可达84.8%和92.1%,为传统机械刮擦的1.2-1.3倍;而电极寿命可长达15 y,为传统倒极的13倍。基于阴极优选与脱垢方法的研究结果,改进了单级电沉积反应器。水力特性试验表明,反应器内流态趋向于全混流。在无电流的条件下,单级反应器内示踪剂平均停留时间为7.45 min;分散值为0.110;方差为14.6;莫瑞尔指数为4.33;容积效率为23%;死区容积率为11.30%。得益于阴极与脱垢方法的优化,单级反应器的电极间距显著缩短,阴极有效面积大幅增加,因此软化性能显著提升,而能耗大幅降低。该反应器沉积速率高达40.47 g/h/m2,为传统反应器的2-10倍;而能耗与停留时间分别仅为14.8 k Wh/kg和0.6 min,为传统反应器的10%-90%与10%-29%。周期性试验表明单级反应器能长期高效稳定运行。最后,针对单级电沉积反应器结构不合理的问题,成功开发了一种多级电沉积反应器。水力特性试验表明,与单级反应器相比,多级串联不仅显著降低了反应器内的返混、短流、死区和轴向分散,从而实现推流态,而且大幅提高了容积效率。在无电流的条件下,多级反应器内示踪剂平均停留时间分别为8.20 min;分散值为0.032;方差为4.5;莫瑞尔指数为1.90;容积效率为53%;死区容积率为2.32%。上述水力特性使得多级反应器比单级反应器拥有更高效的软化性能。同等条件下,多级反应器沉积速率与电流效率分别高达单级反应器的1.8-3.1倍与1.8-2.4倍,而能耗仅为单级反应器的21%-46%。与均匀电解相比,渐减电解不仅有利于充分强化多级反应器前端处理性能,而且有利于抑制反应器后端传质限制的出现,因此具备更大的技术优越性。周期性试验表明多级反应器能长期高效稳定运行。