淺談工業(yè)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定方法

關(guān)正秋

摘 要：我國(guó)是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國(guó)家，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的崛起，水資源短缺這一現(xiàn)實(shí)也日益突顯，工業(yè)領(lǐng)域節(jié)水事關(guān)全局，而工業(yè)用水中的70%～80%是用于冷卻水，因此選擇先進(jìn)、適宜的循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定處理方法將會(huì)產(chǎn)生巨大的節(jié)水成效。本文對(duì)電化學(xué)法水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)進(jìn)行了淺談，并與傳統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定方法---化學(xué)藥劑法進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：工業(yè)循環(huán)水;電化學(xué);化學(xué)藥劑法;水質(zhì)穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）09-0004-01

1 現(xiàn)狀及問(wèn)題

循環(huán)水在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)沉析出大量的溶解鹽類附著于設(shè)備和管道的內(nèi)壁上，這種沉積物稱為水垢。循環(huán)水還會(huì)直接或間接地對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備和管道進(jìn)行腐蝕，對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)都是十分有害的。水垢大量沉積不僅會(huì)堵塞管道同時(shí)會(huì)使熱交換器的傳熱效率降低。腐蝕將會(huì)造成設(shè)備使用壽命縮短，維修費(fèi)用增加，甚至造成事故，影響安全生產(chǎn)。因此循環(huán)水處理問(wèn)題愈來(lái)愈引起人們的重視。

循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定的傳統(tǒng)藥劑處理方法需要較大的人工勞動(dòng)。目前，雖然冷卻循環(huán)水站一般會(huì)配備加藥裝置（包括儲(chǔ)藥槽、加藥泵、輸藥管道和電氣控系統(tǒng)）通過(guò)補(bǔ)水信號(hào)和加藥泵聯(lián)動(dòng)。但是只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)加藥。具體調(diào)節(jié)藥劑濃度，需要通過(guò)技術(shù)人員根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工調(diào)整。特別是對(duì)于殺菌滅藻劑，比如固體的氧化型的殺菌劑，需要人工通過(guò)不銹鋼溶解籃浸入冷水池溶解，同時(shí)需要根據(jù)所測(cè)的余氯濃度（0.2-0.5ppm）調(diào)整加藥量，即使是液體形式的非氧化型殺菌劑也需要人工通過(guò)加藥泵注入冷水池。

菌藻的控制一直是一個(gè)較困難的問(wèn)題，即使向系統(tǒng)中投加殺菌滅藻劑，一段時(shí)間后細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生抗藥性，并且在藥劑有效周期過(guò)了后菌藻又會(huì)滋生，很多系統(tǒng)在夏天或者向陽(yáng)的地方都會(huì)滋生菌藻，在冷卻塔底部集水盤中都會(huì)有厚厚的粘泥。一些磷系的阻垢劑在一定溫度下會(huì)轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽，對(duì)微生物來(lái)說(shuō)反而是一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，造成菌藻的繁殖。微生物的迅速繁殖導(dǎo)致水質(zhì)惡化，既能促進(jìn)污垢沉積，又能促進(jìn)腐蝕。藻類不斷繁殖又不斷脫落，脫落的藻類又成為冷卻水系統(tǒng)的懸浮物和沉積物，堵塞管道，影響輸水能力，降低傳熱能力，同時(shí)，生成的沉積物覆蓋在金屬表面，易發(fā)生沉積物下腐蝕。

2 電化學(xué)水處理技術(shù)

2.1 電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)簡(jiǎn)介

電化學(xué)水處理法，在電極接通電源后，水分子在電場(chǎng)作用下，在陰、陽(yáng)兩級(jí)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)Haber-Weiss反應(yīng)可以生成[O]、H2O2、羥基自由基等，具有極強(qiáng)的氧化能力，微生物細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸被氧化，產(chǎn)生大量的脂質(zhì)過(guò)氧化物，使細(xì)胞膜柔韌性降低，脆性增加，溶酶體膜通透性增強(qiáng)，釋放溶酶體酶，導(dǎo)致細(xì)胞裂解死亡，電化學(xué)方法能夠完全殺滅水中的細(xì)菌，而且經(jīng)過(guò)電化學(xué)處理后的水具有一定的持續(xù)殺菌能力。

采用電化學(xué)水處理法代替加藥，日常運(yùn)行中完全不需要維護(hù)，工人不需要在化學(xué)藥劑較多、惡劣的環(huán)境下作業(yè)，只需要每日對(duì)電化學(xué)水處理器的運(yùn)行電流電壓進(jìn)行例行檢測(cè)即可。每三個(gè)月左右可以請(qǐng)專業(yè)廠家對(duì)極板上析出的CaCO3，MgCO3等污垢進(jìn)行一次清理。

通過(guò)技術(shù)改造改用電化學(xué)水處理法，利用電極板上產(chǎn)生的[O]、羥基自由基等完全殺死細(xì)菌，降低粘泥量，降低濁度，通過(guò)電場(chǎng)的作用，使腐蝕產(chǎn)物3Fe2O3.nH2O與電子發(fā)生反應(yīng)，稱為磁性氧化鐵，隔開鋼管壁和水，起到防腐作用，從而改善系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)，將成垢離子Ca2+直接從循環(huán)水中以固體形式取出，有效降低水質(zhì)硬度及濃縮倍數(shù)。

2.2 電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)特色

2.2.1 節(jié)約水資源

循環(huán)冷卻水通過(guò)冷卻塔時(shí)水分不斷蒸發(fā)，因?yàn)檎舭l(fā)掉的水中不含鹽分，所以隨著蒸發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，循環(huán)水中的溶解鹽類不斷被濃縮，含鹽量不斷增加，引起濃縮倍數(shù)的增加。化學(xué)工業(yè)出版社《工業(yè)水處理技術(shù)》指出：化學(xué)法最佳的水的濃縮倍數(shù)應(yīng)在1-2，在此濃縮倍數(shù)間，補(bǔ)充水量和排污水量可較多地減少，當(dāng)濃縮倍數(shù)大于2.5以后就需要加大補(bǔ)充水量，否則，水中有害離子氯根和成垢離子鈣、鎂含量過(guò)高，就會(huì)有產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的頃向。

電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定的原理不是靠水稀釋而是靠陰極還原反應(yīng)、陽(yáng)極氧化反應(yīng)和電場(chǎng)效應(yīng)等三種反應(yīng)自動(dòng)控制水的濃縮倍數(shù)的增長(zhǎng)。因?yàn)橐粷饪s的游離Ca2+、Mg2+…和被陽(yáng)極氧化劑分解出的Ca++、Mg++…會(huì)在電場(chǎng)力的作用下移向陰極還原成CaCO3、MgCO3….而被陰極取走，當(dāng)取走的量同要濃縮的量通過(guò)調(diào)配處理裝置數(shù)量和電場(chǎng)參數(shù)達(dá)到平衡時(shí)，濃縮倍數(shù)就不會(huì)再大幅度的增加，而是穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)量的上下，實(shí)踐表明這個(gè)數(shù)量約是補(bǔ)充水硬度的1.5倍。

2.2.2 成垢鹽類直接從陰極板析出

循環(huán)水中Ca2+、Mg2+一般以Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2的形態(tài)存在，在直流電場(chǎng)作用下，Ca2+、Mg2+等正離子會(huì)在陰極板上析出，生成CaCO3等固體，直接導(dǎo)致循環(huán)水硬度的下降，起到防結(jié)垢的作用，代替阻垢劑的使用。CaCO3等固體其物質(zhì)的量同硬度值、電量、通電時(shí)間成正比。1臺(tái)箱型多功能電化學(xué)水處理器工作3個(gè)月可析出200Kg左右固體。

某6000m3/h循環(huán)水系統(tǒng)十年例行監(jiān)測(cè)得出補(bǔ)充水、循環(huán)水變化基本規(guī)律為：

補(bǔ)充水總硬度變化較小，循環(huán)水總硬度值在運(yùn)行初期是升高趨勢(shì)，表明循環(huán)系統(tǒng)中有垢，在處理器作用下，結(jié)垢離子逐漸進(jìn)入水體，使水的總硬度值升高。（2）運(yùn)行一段時(shí)間后，總硬度值開始下降，直到下降到最低點(diǎn)后不再有大的變化，而成了一條近似平行于補(bǔ)充水曲線的曲線，比補(bǔ)充水的硬度值約高12-15%，即濃縮倍數(shù)小于1.5，十年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)濃縮倍數(shù)大于2的結(jié)果。

3 傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法與電化學(xué)法效益比較

以循環(huán)水量為3500m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)為例，簡(jiǎn)要分析比較以上兩種水處理方法效益，詳細(xì)如下：

3.1 傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法費(fèi)用

化學(xué)藥劑費(fèi)約為24萬(wàn)元/年（阻垢緩蝕劑及殺菌滅藻劑）。

化學(xué)法維護(hù)費(fèi)約為1萬(wàn)元/年（不考慮維護(hù)時(shí)停產(chǎn)造成的損失）。

3.2 電化學(xué)水處理法費(fèi)用

電化學(xué)法年費(fèi)用=設(shè)備費(fèi)/保用期+設(shè)備維護(hù)費(fèi)+BCE臺(tái)數(shù)×功率×24小時(shí)×365天×電費(fèi)=1400000/8+10000+6×0.5×24×365×0.5≈19.8萬(wàn)元/年。

3.3 節(jié)水費(fèi)用

由于采用BEC設(shè)備可以將Ca2+，Mg2+等結(jié)垢離子直接在極板上析出，使整個(gè)系統(tǒng)的水質(zhì)硬度和電導(dǎo)率穩(wěn)定在較低水平，有效控制濃縮倍數(shù)增長(zhǎng)，幾乎不需要強(qiáng)制排污，節(jié)約了大量水資源。

循環(huán)水系統(tǒng)年節(jié)水費(fèi)用=節(jié)省水量（強(qiáng)制排污量m3/h）×24小時(shí)×365天×水費(fèi)=20m3/h（平均值）×24×365×1≈17.5萬(wàn)元/年。

3.4 直接經(jīng)濟(jì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益/年=傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法費(fèi)用-電化學(xué)水處理法費(fèi)用+節(jié)水費(fèi)用=25-19.8+17.5=22.7萬(wàn)元/年。

4 結(jié)語(yǔ)

電化學(xué)法具有綠色節(jié)能無(wú)污染的特點(diǎn)，逐漸成為水處理的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，電化學(xué)法技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定，可將水中的硬度離子直接取出、將氯離子、硝酸根等還原成氯氣和氮?dú)夥懦觯€可以氧化降解水中有機(jī)污染物，具有綠色節(jié)能、無(wú)污染的特點(diǎn)。該技術(shù)一旦在市場(chǎng)推廣，應(yīng)用前景將非常可觀。

參考文獻(xiàn)

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