电解水技术在工业循环冷却水中的应用

·
107
电解水技术在工业循环冷却水中的应用
文_宋子平 山西省焦炭集团益达化工股份有限公司
摘要：
本文介绍了工艺循环冷却水电解水处理技术的工作原理及工作流程，通过剖析循环水冷却水电解水处理技术的原理探究其发展前景，为发电行业、化工行业等同类型循环水电解水可行性改造提供参考。

关键词：
循环水；电解水；阻垢缓蚀；杀菌除藻Application of Electrolytic Water Technology in Industrial Circulating Cooling Water
SONG Zi-ping
[ Abstract ] This paper introduces the working principle and working process of process circulating cooling water electrolysis water treatment technology, and explores its development prospect by analyzing the principle of circulating cooling water electrolysis water treatment technology, so as to provide reference for the feasibility reform of the same type of circulating water electrolysis water in power generation industry and chemical industry.
[ Key words ] circulating water; electrolytic water; scale and corrosion inhibition; sterilization and algae removal 目前循环水水处理大部分采用的是化学加药处理方法，添加阻垢剂、缓蚀剂、灭藻杀菌剂、浓硫酸等处理循环冷却水的平衡问题，随着循环冷却水的散热蒸发，当浓缩达到一定倍数后必须排污，会浪费大量的水资源，而且造成环境污染。

由于采用化学加药处理，系统内会沉积大量的化学粘泥，系统设备清洗会消耗大量的药剂。

添加的各种有机的、无机的添加剂形成的COD、N、P 及重金属高盐废水会随着排污进入自然水体造成严重的环境污染。

电化学技术在水处理中不需要投加药剂，通过电子作用即可实现阻垢、除垢、缓蚀和杀菌等方面的作用。

与化学处理法比较，采用该技术对循环冷却水处理进行处理，具有易维修管理、运行费用低、排污量少、无污染等优点。

1 循环水冷却水电解水处理原理
电解水处理主要作用机理是通过在正、负两极板间加载直流电压，使循环水体中的阴、阳离子向正、负极板迁移，并在正负极板上发生电化学反应。

1.1 阴极反应
在电流的作用下，阴极板上的反应生成OH -，部分OH -与HCO 3-反应生成CO 2-，部分OH -与可溶于水的Ca 2+、Mg 2+等成垢离子转化为CaCO 3。

Mg(OH)2等沉淀析出。

1.2 阳极反应
在电场的作用下，利用循环水中的水和氯离子转化成游离氯、次氯酸、臭氧、过氧化氢等杀菌组分，在模块的酸性环境下（pH ＜6）达到杀菌、灭藻的目的。

这样的杀菌、灭藻效率很高，有效的控制微生物、减少粘泥产生。

具体反应化学式如下：
游离氯 Cl --e -→[Cl] （1）氯气 2Cl -→Cl 2+2e - （2）次氯酸 C l 2+H 2O →HClO+HCl （3）臭氧 O 2+2OH --2e -→O 3+H 2O （4）过氧化氢 2H 2O-2e -→H 2O 2+2H + （5）
2 循环冷却水电解水处理技术方案
2.1 工艺流程图（见图1）
2.2 电解水模块设备工作流程
循环冷却水通过潜水泵从冷却塔水池取水，经管路分配到
各个电解水处理模块。

由电解水处理模块产生的碱性水先自流到沉降池，在沉降池停留1～2h 后再溢流回到冷却塔水池。

沉降池中会有来自电解水处理模块排出的垢渣，这些垢渣沉降在池底会加快碱性水中形成的结晶体的增长，加速沉降。

沉降池
应 用·APPLICATION 108
中的垢渣也要定期清理。

由电解水处理模块产生的酸性水分成两部分，一部分直接自流回到冷却塔水池；另一部分要经过低温喷淋装置后在流回到冷却塔水池，低温喷淋装置来脱除酸性水中的余氯，降解水中的氯根含量，脱出的氯气要进行压缩回收。

每一个电解水处理模块都有一台智能型电源来控制，智能型电源除了为电解水处理模块提供直流电压外，还可控制电解水处理模块的机械除垢装置定时除掉极板上的水垢，并可定时打开电解水处理模块的电动排污阀排出垢渣。

电解水处理模块的配套组数是由循环水量及补水水质决定的，一般分支循环水量取系统总循环量的2%～10%。

每个电解水处理模块的功率为10kW，总耗电量由模块组数、取水泵的功率以及低温喷淋装置的功率决定。

3 循环冷却水电解水处理技术能实现的功能
3.1 零加药
循环冷却水主要面临结垢、菌藻滋生、腐蚀三大问题，传统方法通常采取向循环冷却水中添加阻垢剂、杀菌灭藻剂、缓蚀剂等化学药剂，并通过控制浓缩倍数和大量排水等措施解决。

电解水处理技术的脱盐、软化可以解决循环水的硬度及碱度平衡问题，同时通过酸性水调节循环水的pH值，使循环水的pH 值保持在介稳区内，最终解决系统结垢问题。

循环水中的氯离子是造成电化学点蚀的主要因素，目前火电厂的循环冷却系统采用的材质都比较抗化学腐蚀，但无论什么材质都无法解决氯离子电化学点蚀的问题，所以采用电解水处理技术时，应控制好水体中的余氯值。

3.2 节水
电解水处理技术可以持续不断地将蒸发浓缩后循环水体中的钙、镁等结垢离子转化为固态物去除，这样不仅可维持循环水的硬度及碱度平衡，还不需要排污。

而阳极析出的氯离子转化为氯气，溶于水后进一步转化为次氯酸，可用于循环水的杀菌灭藻。

在保持好循环水的余氯值后，少量的排酸性水可维持循环水氯根的平衡。

3.3 防垢、无化学粘泥
电解水处理技术是循环水旁系分支处理技术，电解反应过程中，阴极区域产生大量的HO-，阴极区域的碱度很高，pH值在10以上，有利于分支循环水中的钙、镁离子在此结晶析出，解决了循环水的硬度平衡。

而用电解产生的酸性水来调节循环水的pH值，只要维持循环水系统的pH值在8～9.5时，循环水系统内基本上不会结垢。

由于无化学加药，同时在线持续产生具有氧化性的次氯酸，具有清洗、杀菌的作用，因此系统内不会产生化学粘泥以及细菌黏液产生的黏泥沉积。

4 电解水处理在企业循环水的应用
4.1 某企业循环水基本情况
某企业循环水保有水量为3000m3，最大循环水量为7703m3/h，循环水泵运行情况为3开1备，实施前循环水系统通过添加化学药剂缓蚀阻垢剂（每天加6桶）和杀菌灭藻剂（每周加1次）来调节循环水质。

4.2 项目改造情况
以旁流形式安装到循环水系统中无需改变原管路系统，在循环水回水总管上接DN300管道至电解水处理设备底部，循环水经过水处理执行器箱体处理，然后分为酸性水和碱性水分别进入循环水池。

4.3 项目实施前后循环水水质分析
设备投入运行后，通过水质分析，循环水的总碱度、总硬度、氯离子、钙离子、总磷等指标明显下降。

分别选取一年4月、5月、7月、9月、10月、11月各5d的循环水指标数据进行统计分析，具体情况见表1。

检测项目循环水指标投运前投运后
pH8.2~9.08.868.45浊度（mg/L）≤2016.8013.85
总碱度（mg/L）≤800825.60269.06
总硬度（mg/L）≤10001462.741024.26
氯离子（mg/L）≤300677.52600.97
钙离子（mg/L）100~200133.4675.62
总磷（mg/L）5~1010.04 4.14
总铁（mg/L）<1.00.320.21
某企业对循环水、原水、中水的水质指标进行分析，3种水样中的K+分别为8.97mg/L、4.36mg/L、4.72mg/L，浓缩倍数大概为2倍左右。

循环水管束中除含有部分泥沙，杂质，结垢与腐蚀情况并不明显。

项目投入运行后，月节约新鲜水10000t；化学药剂、换热设备清洗费用减少33.3万元，合计约69.6万元。

5 结语
电解水技术的应用可取代水处理化学药剂，实现补水多样化，不仅解决了整厂的水平衡，还避免了循环冷却水系统（换热器、冷却塔等）结垢、腐蚀、堵塞，有效地提高了系统的工作效率，让循环水系统运行更加稳定。

参考文献
[1]徐浩，延卫，唐成莉.水垢的电化学去除工艺与机理研究[J].西安大学学报，2009,43（5）：104-108.
[2]全贞花，王春明，李兵.低压静电用于循环冷却水阻垢的实验研究[J].净水技术，2007,26（6）：30-33.
[3]崔云峰.循环水的电化学除硬机理研究[J].山西化工，2019,39（3)：127-128.
作者简介
宋子平（1984-），男，汉族，山西介休人，本科，工程师，研究方向为环境保护。