劉慧杰，曾 錚，鄭 磊

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術(shù)的應(yīng)用研究進展

劉慧杰1，曾 錚2，鄭 磊2

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術(shù)是一種新型的水處理技術(shù)，該技術(shù)具有很好的防垢除垢功效，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用行業(yè)。介紹了電子水處理技術(shù)的除垢原理，綜述了該技術(shù)在電廠、油田、礦業(yè)、石化等行業(yè)水處理中的應(yīng)用研究進展，對電子水處理技術(shù)的應(yīng)用前景進行了展望。

電子水處理；防垢除垢；循環(huán)水；電廠

20 世紀(jì) 60 年代，發(fā)展起來一種新型的水處理技術(shù)，即電子水處理技術(shù)，由于具有良好的防垢除垢功效，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用的冷熱水循環(huán)系統(tǒng)中，電子水處理技術(shù)的應(yīng)用能夠起到節(jié)能節(jié)水的作用。60年代末，美國研制出第一臺靜電除垢器，70 年代末日本研制出專供鍋爐水處理的靜電除垢器，我國于 80 年代初研制出第一代靜電除垢器，90年代初研制出第二代靜電除垢器[1]。本文介紹了電子水處理技術(shù)的除垢原理，綜述了該技術(shù)在電廠、油田、石化等行業(yè)水處理中的應(yīng)用研究進展，對電子水處理技術(shù)的應(yīng)用前景進行了展望。

1 電子水處理技術(shù)的除垢防垢原理

由于循環(huán)水中的 Ca2+、Mg2+、Cl-及微生物等雜質(zhì)會使循環(huán)水設(shè)備和管道腐蝕、結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備傳熱效率下將。因此，為解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問題，過去太多采用化學(xué)處理方法，比如加酸處理或水質(zhì)穩(wěn)定劑，化學(xué)處理方法設(shè)備投資較大，存在腐蝕管道，引起環(huán)境污染的問題[2]，而新興的電子水處理技術(shù)以其簡單、有效、投資小等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。電子水處理技術(shù)除垢防垢原理主要表現(xiàn)在物理原理和化學(xué)原理兩方面。

1.1 物理原理

當(dāng)循環(huán)水經(jīng)電子水處理器時，水中溶解的離子和極性的水分子能在低壓微電流產(chǎn)生的電場力作用下發(fā)生定向移動，水分子中的電子被激發(fā)，從低能軌道躍遷到高能軌道，使得水分子電位能損失，電位下降，水分子與器壁的固液界面間的偶電層電位差減小，導(dǎo)致粒子的水合程度和相互聚集的狀態(tài)發(fā)生變化，改變了水分子自身狀態(tài)和相互之間的締合程度。由以上作用產(chǎn)生的阻垢機理有以下兩種，第一種是在常溫下可使水質(zhì)穩(wěn)定，增加水的溶解能力，減少結(jié)晶，把離子或膠體顆粒穩(wěn)定在水溶液中，第二種是在高溫下持續(xù)處理提供種晶核，以促進水中的積垢成分聚集成松散的泥渣沉于水底。對于已結(jié)垢的系統(tǒng)，由于被處理過的水中含有大量被激勵的電子，這些電子對水垢分子有一定的破壞作用，使器壁上原來附著的垢層剝落、溶解，直到消失[3-9]。

1.2 化學(xué)原理

施加在電子水處理器陰陽級之間的低壓直流電場，在陰極區(qū)、水的界面之間會引發(fā)電極反應(yīng)，如下方程式表示：

陰極表面附近 pH 值因反應(yīng)中產(chǎn)生的 OH-而上升，碳酸根離子增加，如下方程式表示：

鈣離子、鎂離子等成垢離子因靜電引力作用，向陰極區(qū)移動，最終富集在陰極區(qū)附近，使局部離子濃度大于本體溶液中的離子濃度。此時，鈣離子、鎂離子分別與碳酸根離子和氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)，進而生成相應(yīng)的沉淀物，如下方程式表示：

Ca2+、Mg2+分別于 CO32-和 OH-發(fā)生反應(yīng)生成沉淀后，使水中 Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度大幅度降低，起到了抑制水垢形成的效果。經(jīng)電子水處理后轉(zhuǎn)載陰極區(qū)析出的水垢很容易被高速水流帶走或是用專用的清除設(shè)施刮除[4，10-12]。

2 電子水處理技術(shù)應(yīng)用研究進展

2.1 在電廠的應(yīng)用

趙云浩等提出電子水處理法對解決電廠汽輪發(fā)電機凝汽器結(jié)垢有明顯的作用，其原理主要是通過電場的作用，將水中的鈣離子、鎂離子吸附到陰極區(qū)進行預(yù)結(jié)垢，從而形成松軟的粒狀文石，再由旋轉(zhuǎn)裝置去形成的除粒狀文石。在持續(xù)通電的情況下,水中的鈣離子、鎂離子不斷析出，鈣離子、鎂離子濃度降低，從而達到在凝汽器銅管內(nèi)壁上無法結(jié)垢的目的[13-14]。

棗莊礦業(yè)集團蔣莊煤矸石熱電有限責(zé)任公司自投產(chǎn)以來，對循環(huán)水一直添加化學(xué)阻垢劑進行防垢除垢處理，2007 年初，應(yīng)用了電子水處理技術(shù)對循環(huán)水系統(tǒng)進行了防垢除垢實驗。為了檢測電子水處理技術(shù)的運行效果，每月對凝汽器和涼水塔進行定期檢查，從檢查情況來看，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的垢類生成在凝汽器銅管內(nèi)，銅管內(nèi)部清潔；涼水塔填料層未見結(jié)垢現(xiàn)象；汽輪機膠球收球率高，在 95%以上；凝汽器端差控制在 6～8 ℃的范圍內(nèi)，機組能滿負荷運行，整體運行效果較好；完全停止了向循環(huán)水添加化學(xué)阻垢劑，每年可節(jié)約的化學(xué)藥劑費用大于26 萬元，節(jié)省排污費 50 萬元以上，同時可達到節(jié)水的目的，節(jié)水費用達33萬元，且設(shè)備運行良好，每年可節(jié)約檢修用1萬元以上，經(jīng)濟效益和社會效益明顯[15]。

重慶安居水力發(fā)電廠為滿足冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)無垢無菌的要求，以往采用投入化學(xué)藥劑方法防垢殺菌，由于效果不明顯，后來采用電子水處理技術(shù)來解決該問題。通過在 1 號機安裝 1套 DGQ-320-Z 型電子水處理儀后，經(jīng)幾個月運行觀察，循環(huán)水泵泵軸密封幾乎無漏水，膨脹水箱也未補充過水，水泵運行平穩(wěn)，振動微小, 噪聲小。冷卻水經(jīng)抽水樣檢查，未發(fā)現(xiàn)有黑色雜物，水色清晰，無異味，水質(zhì)問題得到解決[16]。

2.2 在油田、礦業(yè)的應(yīng)用

大慶朝陽溝油田由于注水管線和管柱結(jié)垢，懸浮物、細菌、硫化物超標(biāo)導(dǎo)致堵塞井口精細過濾器，在注水井測試過程中出現(xiàn)坐封不嚴(yán)、掉儀器、卡儀器現(xiàn)象，每年由于結(jié)垢造成注水井重配數(shù)占注水井重配數(shù)的 40%～50%。為了解決以上問題，通過對水質(zhì)處理站進行技術(shù)改造，包括脫氧工藝改造、過濾工藝改造、注水管線改造及增加殺菌設(shè)備等措施，并將高壓電子水處理儀用于結(jié)垢嚴(yán)重的地區(qū)。

通過采用高頻電場，在原有化學(xué)成分不改變的條件下，使水中礦物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)由締合鏈狀的大分子斷裂成單個小分子。溶解在水中鹽類的正負離子被單個水分子所包圍，使水中鈣、鎂等結(jié)垢物的針狀晶體變?yōu)榱罹w，它們之間相互粘附與聚積的特性受到破壞，在管壁上不形成結(jié)垢，部分呈微小顆粒，以起到防垢的效果。同時，由于水分子偶極距增大，使其與鹽類的正負離子之間的吸引力增大，附著在管壁上的舊垢逐漸開裂、疏松、脫落，起到了除垢的效果。通過掛片對比檢測，在安裝電子水處理儀的區(qū)域，平均阻垢率達到了 80.1%，阻垢效果良好?，F(xiàn)場實際應(yīng)用表明，在結(jié)垢嚴(yán)重的地區(qū)安裝電子水處理儀，可以大大減少因結(jié)垢而造成的注水井重配問題，而且能夠緩解注水井的二次污染[17]。

李石堅等[18]通過試驗室掛試驗，驗證電子水處理技術(shù)的控垢防垢的效果，試驗結(jié)果表明，采用電子水處理器，平均抑垢率達到 77.4%，且處理效果穩(wěn)定，經(jīng)過處理的凈化礦井水能達到良好的控垢效果，可用于低壓鍋爐補充用水。

2.3 在石化行業(yè)的應(yīng)用

中原大化集團有限責(zé)任公司合成氨裝置脫碳系統(tǒng)溫水加熱器因選型不合理、無防垢設(shè)備等原因引起其結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱能力下降，極大地影響了脫碳系統(tǒng)的正常運行。為了解決脫碳系統(tǒng)存在的問題，將電子水處理儀應(yīng)用于循環(huán)水系統(tǒng)管線上，電子水處理儀運行一年后，在裝置大修期間打開溫水加熱器檢查，同上次大檢修時比較，脫碳系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象不僅沒有增加，反而一些原有的結(jié)垢已經(jīng)發(fā)生龜裂，用水沖洗時容易除去，這表明了電子水處理儀的應(yīng)用有明顯阻垢、除垢的作用，有效的保證了裝置脫碳系統(tǒng)的正常運行[19]。

昆明焦化制氣廠[20]生產(chǎn)用水主要取用地下水，水硬度高，堿度大，屬易結(jié)垢型水質(zhì)，生產(chǎn)中易引起換熱設(shè)備結(jié)垢堵塞，為解決該問題，在脫硫工段3號空氣壓縮機的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安裝了電子水處理器，電子水處理器運行三個月后，檢查3號空壓機冷卻器，冷卻器管口輪廓清楚，端面和換熱管無明顯結(jié)垢，表明循環(huán)冷卻水采用電子水處理器后，使用效果良好。

3 結(jié) 語

與傳統(tǒng)的添加化學(xué)藥劑、離子交換器、機械沖洗法等水處理方法相比，電子水處理技術(shù)具有無環(huán)境污染、設(shè)備管道壽命長、維護工作量小、投資小等優(yōu)點，是一種具有發(fā)展前景較好的水處理技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及人們環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，電子水處理技術(shù)將不斷發(fā)展完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴大。目前，電子水處理技術(shù)在理論研究上還不夠深入。在今后的研究中，應(yīng)進一步加強該技術(shù)在阻垢殺菌上的機理研究，以指導(dǎo)實際應(yīng)用，同時針對不同的行業(yè)，開發(fā)出新型的適應(yīng)性強、運行穩(wěn)定性高、除垢殺菌效果好的電子水處理儀，擴展電子水處理技術(shù)在更多行業(yè)的應(yīng)用，如冶金、水泥、造紙、紡織業(yè)等。

［1］宋玉素．電子水處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]．河南水利，2004（5）：93．

［2］李鷹，郭虹．電子水處理器處理循環(huán)冷卻水的原理和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J]．同濟大學(xué)學(xué)報，2000，28（1）：70-72．

［3］徐浩，延衛(wèi)，湯成莉．電子水處理技術(shù)[J]．工業(yè)水處理，2009，29（8）：5-8．

［4］李明建，彭熾筠．電子場水處理技術(shù)阻垢效果研究[J]．重慶環(huán)境科學(xué)，1998，20（3）：38-42．

［5］延衛(wèi)，徐浩，湯成莉．水系統(tǒng)的積垢及其物理控制技術(shù)[J]．工業(yè)水處理，2008，27（3）：9-13．

［6］戴繼嵐．電子水處理和靜電水處理原理與應(yīng)用（上）[J]．給水排水，1992，18（1）：57-60．

［7］吳五星，高廷耀．低壓靜電阻垢水處理的研究[J]．同濟大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，1996，24（4）：411-416．

［8］何俊，趙宗澤，李躍華，等．物理方法除垢阻垢技術(shù)的研究現(xiàn)狀及進展[J]．工業(yè)水處理，2010，30（9）：5-9．

［9］丘泰球，劉石生，黃運賢，等．物理場防除積垢節(jié)能技術(shù)[J]．物理，2002，31（3）：162-166．

［10］蘇翔云．變頻防垢除垢儀的研究[D]．鄭州：鄭州大學(xué)，2011．

［11］李敏哲，遲娟，湛藍．微電解用于循環(huán)冷卻水的實驗研究[J]．工業(yè)水處理，2006，26（2）：39-42．

［12］全貞花，王春明，李兵，等．低壓靜電用于循環(huán)冷卻水阻垢的實驗研究[J]．凈水技術(shù)，2007，26（6）：30-33．

［13］趙云浩，延衛(wèi)，張加振．電子水處理法在解決汽輪發(fā)電機凝汽器結(jié)垢中的應(yīng)用[J]．青海電力，2009，28（增刊 1）：30-33．

［14］張廣浩，景鵬龍．電子水處理技術(shù)在電廠循環(huán)水處理中的應(yīng)用分析[J]．電子制作，2013，（3）：195．

［15］郝培龍，魏延華，吳榮強．電子水處理技術(shù)在電廠循環(huán)水處理中的應(yīng)用[J]．節(jié)能與環(huán)保，2009，（1）：50-51．

［16］張祥文，佟文敏．電子水處理技術(shù)在燈泡貫流機組上的應(yīng)用[J]．水力發(fā)電，2002，（1）：40-41．

［17］劉玉芹．高壓電子水處理儀用于低滲透油田[J]．油氣田地面工程，2004，23（5）：55．

［18］李石堅，于海宏，肖亞寧，等．電子水處理器在礦井水回用中防垢效果試驗[J]．煤，2001，10（4）：61-62．

［19］李振勇．電子水處理儀在生產(chǎn)中的應(yīng)用[J]．河南化工，2003，（11）：34-35．

［20］章曉東，劉勇剛，陳家朝．電子水處理器在冷卻水系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．燃料與化工，2001，32（3）：148-149．

Research Progress in Application of the Electronic Water Treatment Technology

LIU Hui-jie1, ZENG Zheng2, ZHENG Lei2
（1. Yumen Petroleum Administration Bureau Hydropower Plant, Gansu Yumen 735200, China；2. Yumen Petroleum Administration Bureau Refining and Chemical Plant, Gansu Yumen 735200, China）

The electronic water treatment technology is a novel water treatment technology, the technology has well anti-fouling efficacy, and it has been applied in many fields. In this paper, the descaling principle of the electronic water treatment technology was introduced, research progress in application of the electronic water treatment technology in power plant, oilfield, mining industry and petrochemical industry was summarized, and application prospect of the electronic water treatment technology was prospected.

Electronic water treatment; Anti-fouling; Circulating water; Power plant

X 703

： A文獻標(biāo)識碼： 1671-0460（2014）07-1316-03

2013-11-24

劉慧杰（1986-），女，寧夏石嘴山人，助理工程師，2009 年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：從事水電廠化學(xué)車間生產(chǎn)技術(shù)工作。E-mail：314880626@qq.com。