電化學水處理技術在工業循環冷卻水中的運用

余晟

摘 要：筆者結合實際工作情況，對電化學水處理技術的工藝流程和工作原理進行詳細論述，并通過比較分析的方法，將化學藥劑水處理法和電化學水處理法進行綜合的對比分析，全方位探討電化學水處理技術在工業循環冷卻水處理中的實踐應用價值。

關鍵詞：工業循環冷卻水處理;電化學水處理技術;化學藥劑水處理法

中圖分類號：TQ085.4 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）19-0064-03

Abstract： In this paper， combined with the actual work， the author discussed and analyzed in detail the technological process and working principle of electrochemical water treatment technology， and through the comparative analysis method， compared and analyzed the chemical agent water treatment method and electrochemical water treatment method comprehensively， and discussed the electrochemical water treatment technology in an all-round way.

Keywords： industrial circulating cooling water treatment;electrochemical water treatment technology;chemical reagent water treatment method

現階段，隨著世界工業生產技術的不斷發展，工業生產過程中水資源匱乏的問題已經成為困擾工業技術進步的重大難題。經過實踐研究發現，加強工業循環水處理系統的應用，能全面提升水資源在工業生產中的應用價值，緩解水資源的浪費現象，是工業生產未來的重要發展趨向。目前，在工業用水當中，循環冷卻水占工業用水整體的75%～85%。但是，在工業循環冷卻水大量應用的狀況下，換熱設備中往往會出現大量的水垢和污垢沉積，造成換熱設備效率直線下降，并有可能造成泄漏。如何消除循環水的水質質量隱患，實現循環冷卻水的深度處理，是業內人士要重點研究的問題。

1 工業冷卻循環水系統中的典型問題

1.1 水垢問題

工業循環冷卻水中水垢的主要成分是CaCO3、MgCO3與生物污泥。為防止系統中出現嚴重的垢下腐蝕，一般在循環冷卻水處理系統中添加一定量的聚磷酸鹽作為緩蝕劑，但當水溫逐漸升高時，聚磷酸鹽水結成正磷酸鹽，其中的PO43-和Ca2+會生成溶解度很低的Ca3（PO4）2[1]。此外，工業循環冷卻水中還會產生傳熱系數非常小的硅酸鈣和硅酸鎂水垢，這種水垢通過化學清洗的方式很難完全去除，是目前工業循環冷卻水處理系統中的一個重要難題。

1.2 鐵離子超標腐蝕問題

鐵離子濃度是工業循環冷卻水水質處理中的一個指示性指標。在所在單位經過長時間運行后發現，在某一段時間內，循環冷卻水處理系統中的鐵離子濃度經常處于超標的狀態，超標率高峰時達《工業循環冷卻水處理設計規范》（GB 50050—2007）建議運行值的150%。這主要是因為系統內的設備長時間未進行化學清洗，導致管道和設備結垢情況較為嚴重，使得大量鐵離子進入系統內部，造成系統內鐵離子嚴重超標。同時，補水中的鐵離子含量對循環水中的鐵離子含量也有顯著影響。在3～5倍濃縮倍數的作用下，該因素的影響將被擴大數倍。鐵離子嚴重超標的主要影響因素是裝置檢修時對換熱器循環水端的對空放置（未進行充氮保護），造成嚴重腐蝕，通水后，將大量的鐵離子帶入系統內。針對鐵離子嚴重超標的問題，本單位攻關小組最開始采用化學清洗預膜的方式進行處理，但實際使用效果并沒有達到預期的標準。目前，鐵離子超標問題已經成為筆者所在單位影響工業循環冷卻水水質的關鍵問題。在此情況下，研究新技術，以解決循環水系統中的頑固性問題，成為迫切需求。

1.3 懸浮物引發的沉積結垢現象

懸浮物的來源主要包括系統補水、腐蝕產物、結垢副產物、菌藻類代謝物以及投放的化學藥劑等[2]。懸浮物不僅能對換熱系統產生直接影響，同時還會助長細菌繁殖，如果長時間不進行處理，就會導致管道、換熱設備被腐蝕而出現穿孔泄漏，不僅影響系統的冷卻能力，甚至影響整個工廠的安全性能。

2 電化學水處理技術在工業冷卻循環水系統中的具體應用

電化學水處理技術經過近年來的發展，在工業冷卻循環水處理中的應用取得了重大進步，證明了其使用價值。該系統安裝在循環水回水管道的旁路中，或直接從冷水塔集水池中進行取水。在循環水量處理規模上，需要根據循環水補水的水質參數及濃縮倍率來確定，按照不同的循環水量來設置不同的處理量，最終使循環冷卻水處理系統實現零排放。電化學水處理系統的基本流程如圖1所示。

電化學水處理系統設備的組成元件主要包括帶電極的反應室、進水管和出水管、排污閥門、電源控制柜及輔助性維修設備等。電化學處理設備構造如圖2所示。

電化學處理設備的工作原理是，在直流電流的作用下，反應室內壁的陰極處會形成一個pH值在12～13的堿性環境[3]。在強堿性環境作用下，水體中鈣和鎂等離子通過結晶的方式析出。而在陽極位置，50%以上的氯離子會因此轉變成游離氯，同時還能生成羥基自由基、氧自由基、臭氧等強氧化性離子。通過這些廣譜殺菌劑的作用，在反應室內部形成一個強有力的殺菌環境，從而消除或減少水系統內部的藻類和菌類。

在設備運行過程中，工作人員要著重考量循環水蒸發濃縮過程中Ca+的濃度變化，將其控制在一定濃度下（根據筆者經驗，Ca+濃度控制在100～200mg/L為宜）。在這種情況下，管道和換熱器循環水過流部內壁位置就會形成一種包裹性很強的保護層，防止管道和處理單元與冷卻水中的溶解氧進行充分接觸，進而引發腐蝕現象。在濃度指數控制上，工作人員一般都會使用LSI控制軟件來進行控制，從而有效避免換熱器出現結垢和腐蝕現象。整個處理流程借助水體本源物質，污染性幾乎為零，是現階段最為綠色、環保、高效的工業循環冷卻水處理方法。

3 電化學處理方法與化學藥劑處理方法的經濟性比較

3.1 處理水量比較分析

以3 200m3/h的循環水量為標準，對電化學處理方法和化學藥劑處理方法的循環水量進行綜合性比較分析，從而進一步明確電化學處理方法的優勢。表1為電化學處理方法和化學藥劑處理方法的水處理量比較分析。

從表1可知，電化學處理方法與化學藥劑處理方法相比，其排污量明顯減少，同時還能有效節約補充水量，在處理性能上具有非常明顯的優勢。

3.2 處理費用比較分析

在處理費用比較分析過程中，筆者從藥劑費、補水費、排水費、電費及設備維修費用等方面進行綜合性分析，具體費用情況如表2所示。

從表2可知，電化學處理方法與化學藥劑處理方法相比，在藥劑費用和補水費用方面明顯減少。雖然在電費和設備維修費用方面消耗較高，但從消耗資金的總體情況來看，電化學處理技術能有效降低循環水處理過程中的年消耗費用，具有非常明顯的成本優勢。同時，在國家越來越嚴格的環保政策下，該技術還能有效降低污水處理裝置負荷，減少排污費用的損失。

4 結語

筆者通過理論概述和比較分析，詳細論述了電化學處理技術在工業冷卻循環水中的應用情況，并充分證明了其實踐價值，望相關部門及工作人員能結合實際工作情況有效應用該技術。

參考文獻：

[1]樊旭.電化學水處理技術在工業循環冷卻水處理中的應用[J].煤炭與化工，2018（9）：162-165.

[2]張常書.HAS型水質穩定制在工業循環冷卻水處理中的應用[J].工業水處理，1987（6）：19-31.

[3]段慧萍.電化學新工藝在循環水處理裝置中的應用[J].煤化工，2018（3）：30-33.