電子水處理技術

電子水處理（EWT）技術是20世紀70年代以後發展起來的新型水處理技術，最早由美國國家航空宇航局研製成功。

基本介紹

• 中文名：電子水處理技術
• 作用：該技術能廣泛運用於工業和民用
• 研製時間：20世紀70年代
• 研製單位：美國國家航空宇航局

作用

該技術能廣泛運用於工業和民用的冷、熱水循環系統的供水處理，具有很好的防垢除垢、殺菌滅藻以及緩蝕防腐的功效，能夠起到較好的節能節水作用。

阻垢除垢機理

電子水處理技術的阻垢除垢機理可以從兩個角度來考慮。

物理角度

從物理的角度來看，當水流經水處理器時在低壓微電流所產生的電場力作用下，水中溶解的離子和極性的水分子會發生定向移動；水分子中的電子被激發，從低能軌道躍遷到高能軌道，引起水分子電位能的損失，使其電位下降，致使水分子與器壁的固液界面間的偶電層電位差減小，導致粒子的水合程度和相互聚集的狀況發生變化；改變水分子自身的狀態和水分子間的締合程度等。

由這些作用產生的阻垢機理可以有2種：一種是在常溫下可使水質穩定，增加水的溶解能力，減少結晶，把離子或膠體顆粒穩定在水溶液中；另一種是在高溫下持續處理提供種晶核，促進水中的積垢成分聚集成鬆散的泥渣沉於水底。該2種作用相反，但都能達到防除積垢的效果。

對於已經結垢的系統，由於被處理過的水中含有大量被激勵的電子，它們對水垢分子有一定的破壞作用，會使器壁原有的垢層剝落和溶解，直到消失。這種阻垢機理，與高壓靜電阻垢技術以及磁化或電磁阻垢技術的阻垢機理有很大程度上的相似性。

化學角度

從化學的角度來看，兩極間施加的低壓直流電場，會在陰極區與水的界面引發電極反應，見式（1）：2H2O+2e→2OH－+H2↑（1）由於反應產生OH－，使得陰極表面附近pH上升，CO32－增多，見式（2）HCO3－+OH－→H2O+CO32－（2）而Ca2+、Mg2+等成垢離子由於靜電引力的作用會向陰極區遷移，並最終在陰極區附近富集，造成局部濃度遠大於本體溶液濃度。此時Ca2+、Mg2+分別與CO32－和OH－反應生成沉澱，見（3）、式（4）：Ca2++CO32－→CaCO3↓（3）Mg2++2OH－→Mg（OH）2↓（4）上述反應使得水中的成垢離子濃度大幅降低，起到了抑制水垢形成的效果。經電子水處理後在陰極區析出的水垢很容易被高速水流帶走或者是用專用的清除設備將其刮除。由此可以看出，電子場水處理技術是一種主動防垢技術。

滅菌消毒的機理

電子水處理技術的殺菌機理非常複雜，包括物理、化學和生物等多種作用機制與反應歷程，主要涉及到以下幾個方面：

（1）活性氯的作用。當對含氯離子的水溶液進行處理時，氯離子在陽極表面被氧化，生成氯氣；氯氣與水反應生成次氯酸。活性氯即為Cl2、HClO、ClO-3種形式的總和，其殺菌效果好且具有持續殺菌作用。C.Morita實驗表明，即使在氯離子濃度很低的情況下，電解所產生的活性氯也具有十分優良的殺菌效果。但電解氯的過程對電極的腐蝕作用非常大，因此採用電解氯來殺菌對所使用的金屬陽極有較高的要求。

（2）活性自由基的作用。水在處理過程中，產生了一系列的活性自由基，如HO·、O2·、Cl·等。H.F.Diao等對臭氧、氯、Fenton試劑以及電化學法殺滅大腸桿菌做了對比研究，通過觀察4種方法處理後大腸桿菌的SEM圖片，發現電化學法和Fenton試劑法所得到的結果十分相近，細胞的破壞程度明顯高於臭氧和氯處理過的細胞。由此他們認定HO·是電化學法殺菌的主要成分。K.P.Dress等實驗表明，當水中加入谷胱甘肽（GSH）之後，由於GSH能保護細胞免受自由基和氧化劑的攻擊，使得電化學殺菌的能力大大下降。這也證明電解過程中產生的大量氧化性物質，尤其是無氯情況下產生的自由基，是滅菌的關鍵所在。

（3）電極表面的吸附作用。T.Matsunaga等研究表明，電化學殺菌是由於細菌吸附在電極表面，與電極之間進行了直接的電子交換，導致細胞內胞內酶CoA的氧化，破壞了細菌的呼吸能力，而致使細菌死亡。死亡的細胞從電極上脫落下來，保持了電極殺菌的持續性。

緩蝕防腐的機理

由於電解作用，電子水處理裝置的出水中含有大量的活性成分，可使腐蝕金屬器壁上的紅銹Fe2O3·nH2O轉化為緻密的Fe3O4膜；而對於清潔的金屬器壁，則會發生電化學反應生成Fe3O4保護膜。

微生物滋長被控制，管路與管壁上的積垢被清除，使金屬管道腐蝕的兩大原因（微生物腐蝕和沉積腐蝕）被抑制，從而起到緩蝕防腐的功效。