電解水技術在工業循環冷卻水中的應用

文_宋子平 山西省焦炭集團益達化工股份有限公司

目前循環水水處理大部分采用的是化學加藥處理方法，添加阻垢劑、緩蝕劑、滅藻殺菌劑、濃硫酸等處理循環冷卻水的平衡問題，隨著循環冷卻水的散熱蒸發，當濃縮達到一定倍數后必須排污，會浪費大量的水資源，而且造成環境污染。由于采用化學加藥處理，系統內會沉積大量的化學粘泥，系統設備清洗會消耗大量的藥劑。添加的各種有機的、無機的添加劑形成的COD、N、P及重金屬高鹽廢水會隨著排污進入自然水體造成嚴重的環境污染。

電化學技術在水處理中不需要投加藥劑，通過電子作用即可實現阻垢、除垢、緩蝕和殺菌等方面的作用。與化學處理法比較，采用該技術對循環冷卻水處理進行處理，具有易維修管理、運行費用低、排污量少、無污染等優點。

1 循環水冷卻水電解水處理原理

電解水處理主要作用機理是通過在正、負兩極板間加載直流電壓，使循環水體中的陰、陽離子向正、負極板遷移，并在正負極板上發生電化學反應。

1.1 陰極反應

在電流的作用下，陰極板上的反應生成OH-，部分OH-與HCO3-反應生成CO2-，部分OH-與可溶于水的Ca2+、Mg2+等成垢離子轉化為CaCO3。Mg(OH)2等沉淀析出。

1.2 陽極反應

在電場的作用下，利用循環水中的水和氯離子轉化成游離氯、次氯酸、臭氧、過氧化氫等殺菌組分，在模塊的酸性環境下（pH＜6）達到殺菌、滅藻的目的。這樣的殺菌、滅藻效率很高，有效的控制微生物、減少粘泥產生。具體反應化學式如下：

2 循環冷卻水電解水處理技術方案

2.1 工藝流程圖（見圖1）

圖1 循環冷卻水電解水處理工藝流程

2.2 電解水模塊設備工作流程

循環冷卻水通過潛水泵從冷卻塔水池取水，經管路分配到各個電解水處理模塊。由電解水處理模塊產生的堿性水先自流到沉降池，在沉降池停留1～2h后再溢流回到冷卻塔水池。沉降池中會有來自電解水處理模塊排出的垢渣，這些垢渣沉降在池底會加快堿性水中形成的結晶體的增長，加速沉降。沉降池中的垢渣也要定期清理。

由電解水處理模塊產生的酸性水分成兩部分，一部分直接自流回到冷卻塔水池；另一部分要經過低溫噴淋裝置后在流回到冷卻塔水池，低溫噴淋裝置來脫除酸性水中的余氯，降解水中的氯根含量，脫出的氯氣要進行壓縮回收。

每一個電解水處理模塊都有一臺智能型電源來控制，智能型電源除了為電解水處理模塊提供直流電壓外，還可控制電解水處理模塊的機械除垢裝置定時除掉極板上的水垢，并可定時打開電解水處理模塊的電動排污閥排出垢渣。

電解水處理模塊的配套組數是由循環水量及補水水質決定的，一般分支循環水量取系統總循環量的2%～10%。每個電解水處理模塊的功率為10kW，總耗電量由模塊組數、取水泵的功率以及低溫噴淋裝置的功率決定。

3 循環冷卻水電解水處理技術能實現的功能

3.1 零加藥

循環冷卻水主要面臨結垢、菌藻滋生、腐蝕三大問題，傳統方法通常采取向循環冷卻水中添加阻垢劑、殺菌滅藻劑、緩蝕劑等化學藥劑，并通過控制濃縮倍數和大量排水等措施解決。電解水處理技術的脫鹽、軟化可以解決循環水的硬度及堿度平衡問題，同時通過酸性水調節循環水的pH值，使循環水的pH值保持在介穩區內，最終解決系統結垢問題。

循環水中的氯離子是造成電化學點蝕的主要因素，目前火電廠的循環冷卻系統采用的材質都比較抗化學腐蝕，但無論什么材質都無法解決氯離子電化學點蝕的問題，所以采用電解水處理技術時，應控制好水體中的余氯值。

3.2 節水

電解水處理技術可以持續不斷地將蒸發濃縮后循環水體中的鈣、鎂等結垢離子轉化為固態物去除，這樣不僅可維持循環水的硬度及堿度平衡，還不需要排污。而陽極析出的氯離子轉化為氯氣，溶于水后進一步轉化為次氯酸，可用于循環水的殺菌滅藻。在保持好循環水的余氯值后，少量的排酸性水可維持循環水氯根的平衡。

3.3 防垢、無化學粘泥

電解水處理技術是循環水旁系分支處理技術，電解反應過程中，陰極區域產生大量的HO-，陰極區域的堿度很高，pH值在10以上，有利于分支循環水中的鈣、鎂離子在此結晶析出，解決了循環水的硬度平衡。而用電解產生的酸性水來調節循環水的pH值，只要維持循環水系統的pH值在8～9.5時，循環水系統內基本上不會結垢。由于無化學加藥，同時在線持續產生具有氧化性的次氯酸，具有清洗、殺菌的作用，因此系統內不會產生化學粘泥以及細菌黏液產生的黏泥沉積。

4 電解水處理在企業循環水的應用

4.1 某企業循環水基本情況

某企業循環水保有水量為3000m3，最大循環水量為7703m3/h，循環水泵運行情況為3開1備，實施前循環水系統通過添加化學藥劑緩蝕阻垢劑（每天加6桶）和殺菌滅藻劑（每周加1次）來調節循環水質。

4.2 項目改造情況

以旁流形式安裝到循環水系統中無需改變原管路系統，在循環水回水總管上接DN300管道至電解水處理設備底部，循環水經過水處理執行器箱體處理，然后分為酸性水和堿性水分別進入循環水池。

4.3 項目實施前后循環水水質分析

設備投入運行后，通過水質分析，循環水的總堿度、總硬度、氯離子、鈣離子、總磷等指標明顯下降。分別選取一年4月、5月、7月、9月、10月、11月各5d的循環水指標數據進行統計分析，具體情況見表1。

表1 循環水指標

某企業對循環水、原水、中水的水質指標進行分析，3種水樣中的K+分別為8.97mg/L、4.36mg/L、4.72mg/L，濃縮倍數大概為2倍左右。循環水管束中除含有部分泥沙，雜質，結垢與腐蝕情況并不明顯。項目投入運行后，月節約新鮮水10000t；化學藥劑、換熱設備清洗費用減少33.3萬元，合計約69.6萬元。

5 結語

電解水技術的應用可取代水處理化學藥劑，實現補水多樣化，不僅解決了整廠的水平衡，還避免了循環冷卻水系統（換熱器、冷卻塔等）結垢、腐蝕、堵塞，有效地提高了系統的工作效率，讓循環水系統運行更加穩定。