电化学新工艺在循环水处理装置中的应用

摘要：目前，我国的综合国力在不断的加强，针对传统的药剂投加法处理循环水系统存在加药费用高、排放废水污染环境等问题，采用电化学方法对循环水系统进行了节能改造。对比了药剂投加法和电化学法的工艺特点，介绍了电化学处理循环水技术的工作原理。结合山焦循环水处理系统实际情况，确定了电化学处理循环水的最经济方案。运行结果表明，采用电化学处理循环水，不需投加化学药剂；处理后的循环水，水质可达到工业循环冷却水处理设计规范要求；浓缩倍数由2提高到6，可节水38.4m3/h，经济效益明显。

关键词：循环水，电化学，药剂投加，缓蚀，阻垢，杀菌，节水，环保

引言

电化学将成为清洁处理石化的循环水的手段之一。本文从电化学技术的基本内容讲起，介绍了电化学技术以及循环水的组成，阐明了电化学技术处理循环水的过程，并且展望了未来的发展方向。争取为电化学技术处理石化循环水的研究提供帮助。

1 电化学处理循环水技术原理

1.1 电化学除垢

电化学处理循环水的设备（型号EDS-B202）主要由阴极和阳极组成，阳极能杀菌，阴极可除垢。在电流的作用下，水在阴极电解生成OH-，OH-打破阴极附近溶液中碱度与硬度的平衡，溶液中的HCO^3-转化为CO₃^2-，同时水中Ca²⁺、Mg²⁺等成垢离子在静电引力的作用下，向阴极区迁移，生成沉淀物CaCO₃、MgCO₃、Ca（OH）₂、Mg（OH）₂析出。生成沉淀物的同时，在电场作用下，CaCO₃等水垢在阴极板表面的结晶形式由坚硬的方解石结构，转变为较为疏松的纹石型结构，更易于剥离清除，阴极板上的水垢沉积到一定厚度时，定期清理。

1.2 电化学除垢技术处理循环水过程

常用的循环水处理办法是处理补充水（石化处理法、氢离子交换法、钠离子交换法等），投加化学药剂处理循环水，聚磷酸盐对胶体颗粒具有分散稳定作用，对钙镁等离子络合分散悬浮水中，改变碳酸钙晶体结构，防止沉淀产生，起到阻垢性能。而电化学除垢技术，在循环水不加化学药剂的条件下，解决循环水系统中的结垢、腐蚀和微生物滋生的问题。将电化学除垢设备系统进水可以取循环泵回水管道旁路，可与旁滤设备串联起来，旁滤器放置在电化学处理系统之后，处理后的水直接回到冷却塔水池。水垢不断通过电化学水处理设备预先结垢去除的同时，电化学过程产生的次氯酸根、臭氧、双氧水等的量足以维持系统的杀菌灭藻效果而且不带来腐蚀的危险。另外，冷却循环水中的悬浮物在经过电化学水处理设备反应室内部的强酸性环境和强碱性环境的过程中，表面电荷被破坏而失稳，从而沉积到反应室底部排出系统，实现降低系统悬浮物的作用。同样的原理，藻类、油质等有机物在经过电化学水处理设备反应室中阳极附近的时候，被阳极产生的强氧化剂氧化降解。

2 电化学新工艺在循环水处理装置的应用

2.1 新工艺改造方案

山焦循环水系统实际循环水量为3000m³/h~3200m³/h，保有水量1200m³/h。依据循环水水质参数及换热器要求，在不加药剂的条件下，尽量提高浓缩倍数，减少排放，节约用水，制定了电化学循环水处理技术改造方案。电化学处理量选择最经济实用的处理量，即循环水量10%（300m³/h）的方案。这样电化学处理系统每天可以将保有水量处理大约6遍，也就是系统中的水每天经过电化学水处理系统反应室强氧化环境和强电流环境6次，这将有效控制循环水系统中微生物的滋生。

2.2 磁化水处理

磁化水处理是利用电场和磁场来阻碍水中致垢物（钙和镁的碳酸盐和硫酸盐）在容器壁上析出的一种广泛应用于水处理系统的技术。

近年来，磁化水技术被应用到污水处理领域。其核心装置为磁化水处理器，利用不同性能的材料及水流通道设计来使水磁化。磁化器的优点是内部结构简单、使用方便，后期维护成本低，缺点是磁场强度受到磁性材料和充磁技术的限制，随时间的延长或水温的提高会有退磁现象发生。主要采用磁电协同式处理方式在自制的双通道试验台上对电厂循环冷却水进行了动态阻垢实验研究。测试结果表明，脉冲方波占空比为70%，脉冲方波频率为100Hz，水流速度为0.870m/s，选用5kV离子棒电压时，经过30h的试验，设备的阻垢率为78.23%，得到了良好的阻垢效果。进行了磁化与化学加药联合水处理试验研究，并对其阻垢效果和经济效益进行了分析，进一步提出了物理化学联合高效水处理工艺。研究了在磁场作用下水的结垢性能，证明了外加磁场可明显减少水的结垢量；结垢量与磁化时间和强度成反比；当磁间距小时，磁化和阻垢的处理效果更好；磁化阻垢不适合用于对偏酸性或偏碱性溶液的处理；另外，高浓度的Ca2+和Mg2+会严重影响阻垢效果。

2.3 电化学处理循环水系统操作过程

电化学处理循环水系统通过PLC控制系统在线连续处理循环水，周期性自动刮垢和排污。根据循环水水质情况自动控制刮垢、排污的频率，维持系统中水的化学物质平衡和控制微生物。刮垢、排污流程：PLC控制系统对控制阀阀门给出指令，关闭进出水阀门，系统模块的排污阀门自动打开，将预先沉淀出来的结垢物质和生物黏泥排出处理单元，并和冲洗水一起排到沉淀池。60s后，排污阀关闭，打开进出水阀，完成一次清洗周期。

2.4 提高浓缩倍率方法比较

综上所述，传统的阻垢处理法是现有技术条件下最为简单和可靠的提高浓缩倍率的方法，其需要向水中添加阻垢剂以达到阻垢的目的。但阻垢剂的大量使用将会导致二次污染严重和发电成本增加。目前，复合物理阻垢法的研发已成为现代水处理技术的热门研究方向之一。水稳定剂法是提高严重缺水地区废水浓缩倍率和零排放的必不可少的方法，结合酸和阻垢剂，可减少阻垢剂用量，适用于南方和沿海城市的低硬度和低碱度；弱酸树脂交换法因对进水水质要求高且再生成本高，限制了其使用范围，可作为末级水处理设备；电磁阻垢技术虽有无毒无污染、操作简便的优势，以及一些实际应用，但在其机理和阻垢效果方面仍然需要进一步的研究，可辅助化学药剂与其他技术联合使用。

3 电厂循环水排污水的脱盐技术

要实现电厂循环水系统“零排放”，可将该系统的排污水用于对水质要求低的系统，例如脱硫系统和输煤系统。对于具有水力除灰系统的火电厂，可将循环水排污作为冲灰系统的补充水，以实现梯级利用。但是，该法缺点是在自然降水较大情况下，容易打乱电厂自身的实际水平衡，造成储灰场溢流等问题。在确保浓缩倍率为3.0～5.0的前提下，循环污水可用作脱硫系统的补充水。在减少循环水排污量的同时，可达到维持梯级利用水的效果。但这种方法增加了循环水旁路排污深度处理和脱硫废水处理工程的投资，以及土地及基础设施的占用，不符合经济性的要求。除了上述回收方法外，由于循环冷却排污水还含有大量的水和高含盐量，使得脱盐技术在电厂的节能减排和实现零排放中扮演着重要的角色。

结语

电化学处理循环水新工艺技术在山焦循环水装置的使用实践证明，该技术是以节能环保的方式解决循环水问题，在实现化学法水处理所能达到的防垢、杀菌、灭藻、缓蚀等性能的同时，还具有除垢、溶垢、降低盐类离子浓度、提高浓缩倍数、节水、节能、无污染等特点，具有很好的技术优势和应用前景。

参考文献：

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