電子水處理技術的應用研究進展

劉慧杰，曾 錚，鄭 磊

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術的應用研究進展

劉慧杰1，曾 錚2，鄭 磊2

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術是一種新型的水處理技術，該技術具有很好的防垢除垢功效，能廣泛應用于工業和民用行業。介紹了電子水處理技術的除垢原理，綜述了該技術在電廠、油田、礦業、石化等行業水處理中的應用研究進展，對電子水處理技術的應用前景進行了展望。

電子水處理；防垢除垢；循環水；電廠

20 世紀 60 年代，發展起來一種新型的水處理技術，即電子水處理技術，由于具有良好的防垢除垢功效，能廣泛應用于工業和民用的冷熱水循環系統中，電子水處理技術的應用能夠起到節能節水的作用。60年代末，美國研制出第一臺靜電除垢器，70 年代末日本研制出專供鍋爐水處理的靜電除垢器，我國于 80 年代初研制出第一代靜電除垢器，90年代初研制出第二代靜電除垢器[1]。本文介紹了電子水處理技術的除垢原理，綜述了該技術在電廠、油田、石化等行業水處理中的應用研究進展，對電子水處理技術的應用前景進行了展望。

1 電子水處理技術的除垢防垢原理

由于循環水中的 Ca2+、Mg2+、Cl-及微生物等雜質會使循環水設備和管道腐蝕、結垢，導致換熱設備傳熱效率下將。因此，為解決循環冷卻水系統存在的問題，過去太多采用化學處理方法，比如加酸處理或水質穩定劑，化學處理方法設備投資較大，存在腐蝕管道，引起環境污染的問題[2]，而新興的電子水處理技術以其簡單、有效、投資小等優點被廣泛應用。電子水處理技術除垢防垢原理主要表現在物理原理和化學原理兩方面。

1.1 物理原理

當循環水經電子水處理器時，水中溶解的離子和極性的水分子能在低壓微電流產生的電場力作用下發生定向移動，水分子中的電子被激發，從低能軌道躍遷到高能軌道，使得水分子電位能損失，電位下降，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態發生變化，改變了水分子自身狀態和相互之間的締合程度。由以上作用產生的阻垢機理有以下兩種，第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，第二種是在高溫下持續處理提供種晶核，以促進水中的積垢成分聚集成松散的泥渣沉于水底。對于已結垢的系統，由于被處理過的水中含有大量被激勵的電子，這些電子對水垢分子有一定的破壞作用，使器壁上原來附著的垢層剝落、溶解，直到消失[3-9]。

1.2 化學原理

施加在電子水處理器陰陽級之間的低壓直流電場，在陰極區、水的界面之間會引發電極反應，如下方程式表示：

陰極表面附近 pH 值因反應中產生的 OH-而上升，碳酸根離子增加，如下方程式表示：

鈣離子、鎂離子等成垢離子因靜電引力作用，向陰極區移動，最終富集在陰極區附近，使局部離子濃度大于本體溶液中的離子濃度。此時，鈣離子、鎂離子分別與碳酸根離子和氫氧根離子發生反應，進而生成相應的沉淀物，如下方程式表示：

Ca2+、Mg2+分別于 CO32-和 OH-發生反應生成沉淀后，使水中 Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度大幅度降低，起到了抑制水垢形成的效果。經電子水處理后轉載陰極區析出的水垢很容易被高速水流帶走或是用專用的清除設施刮除[4，10-12]。

2 電子水處理技術應用研究進展

2.1 在電廠的應用

趙云浩等提出電子水處理法對解決電廠汽輪發電機凝汽器結垢有明顯的作用，其原理主要是通過電場的作用，將水中的鈣離子、鎂離子吸附到陰極區進行預結垢，從而形成松軟的粒狀文石，再由旋轉裝置去形成的除粒狀文石。在持續通電的情況下,水中的鈣離子、鎂離子不斷析出，鈣離子、鎂離子濃度降低，從而達到在凝汽器銅管內壁上無法結垢的目的[13-14]。

棗莊礦業集團蔣莊煤矸石熱電有限責任公司自投產以來，對循環水一直添加化學阻垢劑進行防垢除垢處理，2007 年初，應用了電子水處理技術對循環水系統進行了防垢除垢實驗。為了檢測電子水處理技術的運行效果，每月對凝汽器和涼水塔進行定期檢查，從檢查情況來看，沒有發現明顯的垢類生成在凝汽器銅管內，銅管內部清潔；涼水塔填料層未見結垢現象；汽輪機膠球收球率高，在 95%以上；凝汽器端差控制在 6～8 ℃的范圍內，機組能滿負荷運行，整體運行效果較好；完全停止了向循環水添加化學阻垢劑，每年可節約的化學藥劑費用大于26 萬元，節省排污費 50 萬元以上，同時可達到節水的目的，節水費用達33萬元，且設備運行良好，每年可節約檢修用1萬元以上，經濟效益和社會效益明顯[15]。

重慶安居水力發電廠為滿足冷卻水系統水質無垢無菌的要求，以往采用投入化學藥劑方法防垢殺菌，由于效果不明顯，后來采用電子水處理技術來解決該問題。通過在 1 號機安裝 1套 DGQ-320-Z 型電子水處理儀后，經幾個月運行觀察，循環水泵泵軸密封幾乎無漏水，膨脹水箱也未補充過水，水泵運行平穩，振動微小, 噪聲小。冷卻水經抽水樣檢查，未發現有黑色雜物，水色清晰，無異味，水質問題得到解決[16]。

2.2 在油田、礦業的應用

大慶朝陽溝油田由于注水管線和管柱結垢，懸浮物、細菌、硫化物超標導致堵塞井口精細過濾器，在注水井測試過程中出現坐封不嚴、掉儀器、卡儀器現象，每年由于結垢造成注水井重配數占注水井重配數的 40%～50%。為了解決以上問題，通過對水質處理站進行技術改造，包括脫氧工藝改造、過濾工藝改造、注水管線改造及增加殺菌設備等措施，并將高壓電子水處理儀用于結垢嚴重的地區。

通過采用高頻電場，在原有化學成分不改變的條件下，使水中礦物質的物理結構由締合鏈狀的大分子斷裂成單個小分子。溶解在水中鹽類的正負離子被單個水分子所包圍，使水中鈣、鎂等結垢物的針狀晶體變為粒狀晶體，它們之間相互粘附與聚積的特性受到破壞，在管壁上不形成結垢，部分呈微小顆粒，以起到防垢的效果。同時，由于水分子偶極距增大，使其與鹽類的正負離子之間的吸引力增大，附著在管壁上的舊垢逐漸開裂、疏松、脫落，起到了除垢的效果。通過掛片對比檢測，在安裝電子水處理儀的區域，平均阻垢率達到了 80.1%，阻垢效果良好。現場實際應用表明，在結垢嚴重的地區安裝電子水處理儀，可以大大減少因結垢而造成的注水井重配問題，而且能夠緩解注水井的二次污染[17]。

李石堅等[18]通過試驗室掛試驗，驗證電子水處理技術的控垢防垢的效果，試驗結果表明，采用電子水處理器，平均抑垢率達到 77.4%，且處理效果穩定，經過處理的凈化礦井水能達到良好的控垢效果，可用于低壓鍋爐補充用水。

2.3 在石化行業的應用

中原大化集團有限責任公司合成氨裝置脫碳系統溫水加熱器因選型不合理、無防垢設備等原因引起其結垢，導致換熱能力下降，極大地影響了脫碳系統的正常運行。為了解決脫碳系統存在的問題，將電子水處理儀應用于循環水系統管線上，電子水處理儀運行一年后，在裝置大修期間打開溫水加熱器檢查，同上次大檢修時比較，脫碳系統結垢現象不僅沒有增加，反而一些原有的結垢已經發生龜裂，用水沖洗時容易除去，這表明了電子水處理儀的應用有明顯阻垢、除垢的作用，有效的保證了裝置脫碳系統的正常運行[19]。

昆明焦化制氣廠[20]生產用水主要取用地下水，水硬度高，堿度大，屬易結垢型水質，生產中易引起換熱設備結垢堵塞，為解決該問題，在脫硫工段3號空氣壓縮機的循環冷卻水系統安裝了電子水處理器，電子水處理器運行三個月后，檢查3號空壓機冷卻器，冷卻器管口輪廓清楚，端面和換熱管無明顯結垢，表明循環冷卻水采用電子水處理器后，使用效果良好。

3 結 語

與傳統的添加化學藥劑、離子交換器、機械沖洗法等水處理方法相比，電子水處理技術具有無環境污染、設備管道壽命長、維護工作量小、投資小等優點，是一種具有發展前景較好的水處理技術，隨著科學技術的不斷發展及人們環保要求的日益嚴格，電子水處理技術將不斷發展完善，其應用領域也將不斷擴大。目前，電子水處理技術在理論研究上還不夠深入。在今后的研究中，應進一步加強該技術在阻垢殺菌上的機理研究，以指導實際應用，同時針對不同的行業，開發出新型的適應性強、運行穩定性高、除垢殺菌效果好的電子水處理儀，擴展電子水處理技術在更多行業的應用，如冶金、水泥、造紙、紡織業等。

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Research Progress in Application of the Electronic Water Treatment Technology

LIU Hui-jie1, ZENG Zheng2, ZHENG Lei2
（1. Yumen Petroleum Administration Bureau Hydropower Plant, Gansu Yumen 735200, China；2. Yumen Petroleum Administration Bureau Refining and Chemical Plant, Gansu Yumen 735200, China）

The electronic water treatment technology is a novel water treatment technology, the technology has well anti-fouling efficacy, and it has been applied in many fields. In this paper, the descaling principle of the electronic water treatment technology was introduced, research progress in application of the electronic water treatment technology in power plant, oilfield, mining industry and petrochemical industry was summarized, and application prospect of the electronic water treatment technology was prospected.

Electronic water treatment; Anti-fouling; Circulating water; Power plant

X 703

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1316-03

2013-11-24

劉慧杰（1986-），女，寧夏石嘴山人，助理工程師，2009 年畢業于西南石油大學應用化學專業，研究方向：從事水電廠化學車間生產技術工作。E-mail：314880626@qq.com。