張良虎（藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司，北京100176）

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微電解技術(shù)在工業(yè)循環(huán)水方面的應(yīng)用

張良虎
（藍(lán)星（北京）化工機(jī)械有限公司，北京100176）

摘要：介紹了工業(yè)循環(huán)水處理的現(xiàn)狀和存在的問題，分析了微電解技術(shù)的主要機(jī)理及用于工業(yè)循環(huán)水處理的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：微電解技術(shù)；工業(yè)循環(huán)水；運(yùn)行；應(yīng)用

1　工業(yè)循環(huán)水

1.1工業(yè)循環(huán)水現(xiàn)狀

中國(guó)的工業(yè)企業(yè)水資源利用率較低，只有30%左右，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相距甚遠(yuǎn)。而工業(yè)用水中60%以上是循環(huán)水，大部分為敞開式循環(huán)冷卻水。在循環(huán)使用中，各種無機(jī)鹽離子和有機(jī)物隨著水分的蒸發(fā)而濃縮，同時(shí)灰塵雜質(zhì)不斷混入，產(chǎn)生嚴(yán)重的沉積附著物、設(shè)備腐蝕和微生物滋生，帶來的粘泥污垢堵塞管路，以及降低換熱效率增大能耗等問題，威脅工廠長(zhǎng)期、穩(wěn)定和安全的運(yùn)行，甚至造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

工業(yè)循環(huán)水藥劑使用后，大大節(jié)約了用水量。但導(dǎo)致循環(huán)冷卻水出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)垢、腐蝕和菌藻滋生等三大弊病，使熱交換率大為降低，檢修頻繁，威脅生產(chǎn)正常進(jìn)行。為此，必須在冷卻水中加入阻垢劑、緩蝕劑、殺菌滅藻劑及與其配套的清洗劑、預(yù)膜劑、分散劑、消泡劑、絮凝劑等。雖然加入化學(xué)藥劑防止了循環(huán)水結(jié)垢、腐蝕、菌藻滋生，但同時(shí)也帶來一系列環(huán)保排放方面的問題。

1.2工業(yè)循環(huán)水的處理難題

（1）水垢。在循環(huán)水系統(tǒng)中，隨著換熱面溫度的升高，水中含有的碳酸鹽類會(huì)在傳熱表面沉積，形成難溶的水垢，因其傳熱性能很差（＜1.16 W/（m.K）），而鋼材通常為（45 W/（m.K）），因此，水垢的附著，輕者降低換熱效率，增加能耗，嚴(yán)重時(shí)堵塞換熱器，造成非正常停車，甚至帶來更大的安全問題。

（2）腐蝕。大量的金屬設(shè)備在循環(huán)水使用過程中，因有害離子（Cl-，SO2-4）的濃縮以及微生物的滋生代謝帶來腐蝕，設(shè)備穿孔泄漏，工藝介質(zhì)滲入循環(huán)水中導(dǎo)致水體污染，造成經(jīng)濟(jì)損失，影響生產(chǎn)安全。

（3）藻類及生物粘泥。敞開式的循環(huán)水因陽光直射，空氣直接接觸，給藻類及其他微生物的大量繁殖提供了便利條件，其代謝產(chǎn)物與外界混入的灰塵雜質(zhì)及化學(xué)沉淀物一起形成了生物粘泥，亦會(huì)帶來嚴(yán)重的管道堵塞和設(shè)備腐蝕問題。

（4）濃縮倍數(shù)。目前，中國(guó)工業(yè)企業(yè)由于技術(shù)落后，其循環(huán)水運(yùn)行的濃縮倍數(shù)始終處于較低水平，通常只有3.0～4.0，而這一指標(biāo)在發(fā)達(dá)國(guó)家通常在8以上。較低的濃縮倍數(shù)使循環(huán)水補(bǔ)水量巨大，增加了企業(yè)的運(yùn)行成本；同時(shí)增大了外排量，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，含有藥劑的污水排放還造成嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

隨著國(guó)家節(jié)能節(jié)水政策的推進(jìn)以及環(huán)保要求的進(jìn)一步收緊，探尋一種經(jīng)濟(jì)可行的，能夠有效降低循環(huán)水系統(tǒng)結(jié)垢和腐蝕，顯著提高循環(huán)水濃縮倍數(shù)，降低補(bǔ)給水量和排放量的新技術(shù)、新設(shè)備，對(duì)于眾多工業(yè)企業(yè)，乃至整個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展都具有重要的意義。

循環(huán)水微電解技術(shù)就是在這樣的背景下出現(xiàn)的一種新型的去除水中鈣鎂離子的新的環(huán)保技術(shù)。

2　微電解技術(shù)主要原理

循環(huán)水微電解技術(shù)，就是通過在循環(huán)水的流動(dòng)路線中增加微電解裝置，讓循環(huán)水通過微電解裝置，在流程中引入為電場(chǎng)，利用正負(fù)極之間的電位差將水分子團(tuán)之間的分子鍵打開，微電解成還原性活潑氫素和氫氧根離子，并通過電化學(xué)反應(yīng)將Ca2+、Mg2+形成不溶性物質(zhì)吸附于電極上，從而降低水中的Ca2+、Mg2+含量，達(dá)到不結(jié)垢的目的。

（1）阻垢。通過在微電解槽陰極表面發(fā)生鈣、鎂離子的吸附沉降，使循環(huán)水中的鈣鎂離子濃度大大降低，防止其在企業(yè)設(shè)備及工藝管道上面結(jié)垢。

（2）防腐。水中Ca2+是一種天然的緩蝕劑，Ca2+和Cl-形成離子締合，抑制了Cl-的腐蝕特征

（3）殺菌。陽極產(chǎn)生Cl2，隨著循環(huán)倍數(shù)的提高，Cl2濃度增加。陽極表面發(fā)生電解反應(yīng)，生成氯氣、羥基自由基等氧化性殺菌滅藻類物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)殺菌滅藻控制粘泥，防止生物腐蝕。

通過在陽極表面產(chǎn)生的游離氯和羥基自由基等物質(zhì)，能夠有效地殺滅循環(huán)水中的微生物和浮游生物，從而避免在設(shè)備及工藝管道中滋生和產(chǎn)生生物粘泥。

3　設(shè)備的計(jì)算和選型

3.1理論計(jì)算

為了恰如其分的去除循環(huán)水中的結(jié)構(gòu)粒子，首先要對(duì)循環(huán)水的水質(zhì)進(jìn)行全分析，根據(jù)水中礦物離子腐蝕—結(jié)垢行為，應(yīng)用水質(zhì)數(shù)學(xué)運(yùn)算法則，計(jì)算水系統(tǒng)能夠結(jié)垢或腐蝕的礦物離子平衡量。

3.2選型和設(shè)計(jì)

根據(jù)上述計(jì)算，確定循環(huán)水中超出平衡量的多余礦物離子量，按照微電解的相關(guān)電解特性，設(shè)計(jì)微電解設(shè)備運(yùn)行參數(shù)（電流、電壓、流量），計(jì)算出微電解裝置的電解面積，確定裝置結(jié)構(gòu)型式，完成反應(yīng)器設(shè)計(jì)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置，可以將整套設(shè)備設(shè)計(jì)成撬裝式或集裝箱式，這樣可以減少現(xiàn)場(chǎng)施工的難度，同時(shí)不需建設(shè)房屋等基建工程。

3.3系統(tǒng)安裝的位置

根據(jù)循環(huán)水現(xiàn)場(chǎng)的條件，MET設(shè)備在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的3種安裝方式：第一種是安裝在循環(huán)水的上水口，借助上水泵的壓力，使得循環(huán)水通過微電解裝置后返回循環(huán)水池；第二種可以與旁濾系統(tǒng)并聯(lián)，同樣借助循環(huán)水回水壓力，通過微電解設(shè)備后，返回循環(huán)水池；第三種是在循環(huán)水池旁進(jìn)行自循環(huán)，這種方案必須單獨(dú)增加循環(huán)水泵，由于要額外增加泵的功率消耗，一般情況下不建議采用。

3.4操作與運(yùn)行

整臺(tái)撬裝式MET設(shè)備經(jīng)過妥善的現(xiàn)場(chǎng)安裝之后，即可進(jìn)行處理循環(huán)水通電運(yùn)行。整個(gè)運(yùn)行過程通過預(yù)先編寫的PLC自動(dòng)控制程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，且整個(gè)運(yùn)行過程所涉及到的關(guān)鍵參數(shù)在PLC的多功能現(xiàn)實(shí)屏上面均有清晰的體現(xiàn)，且能夠通過遠(yuǎn)程傳輸系統(tǒng)實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳到制定的運(yùn)行服務(wù)中心，供專業(yè)人員參考。如果一旦部分參數(shù)的發(fā)生改變，超出預(yù)定的控制范圍，在PLC的控制液晶屏上面亦可對(duì)控制條件進(jìn)行相應(yīng)的修改。所有的運(yùn)行關(guān)鍵數(shù)據(jù)都自動(dòng)保存，可以隨時(shí)取出查閱。

4　MET系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）安全可靠，采用自控設(shè)計(jì)，節(jié)省人力，避免接觸危險(xiǎn)化學(xué)品。

（2）一機(jī)多能，同時(shí)解決結(jié)垢、微生物及生物粘泥和腐蝕問題，不需要添加化學(xué)藥劑，不向環(huán)境中排放任何化學(xué)藥劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。

（3）運(yùn)行成本低，單套設(shè)備最大功率僅為5 kW，能耗很低，且全自動(dòng)控制，不用專人值守，大大節(jié)約人力資源成本。

（4）所有的運(yùn)行程序均由PLC控制全自動(dòng)化操作，維護(hù)方便簡(jiǎn)單，通過BITS系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（5）整套MET系統(tǒng)裝置采用撬裝式模塊化設(shè)計(jì)，運(yùn)輸、安裝和更換均十分方便靈活。

5　采用MET系統(tǒng)后的經(jīng)濟(jì)效益

5.1節(jié)省藥劑

按本系統(tǒng)的循環(huán)水量，系統(tǒng)保有水量，每年節(jié)省各類藥劑（阻垢緩蝕劑、殺菌滅澡劑、黏泥剝離劑等），經(jīng)濟(jì)效益明顯。

5.2節(jié)省新鮮水費(fèi)用，減少排污

濃縮倍率提高后，幾乎不需要主動(dòng)排污，MET設(shè)備自動(dòng)除垢時(shí)，會(huì)排放少量的含垢廢水，沉淀后清水可以回用，排水無污染，每次排放兩三分鐘。每年預(yù)計(jì)可節(jié)約大量新鮮水耗，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著提升。

5.3設(shè)備能耗低

MET裝置中所采用的起主要作用的MET循環(huán)水微電解槽，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行所需電流、電壓都很小，回水壓頭本身無動(dòng)力裝置的電耗，即設(shè)備本身運(yùn)行的能耗很低。

5.4延長(zhǎng)工藝裝置檢修周期

MET裝置將循環(huán)水體系中的主要成垢物質(zhì)取出，使換熱器和冷卻塔內(nèi)部的結(jié)垢趨勢(shì)和速度均大大降低，延長(zhǎng)了循環(huán)水系統(tǒng)和工藝裝置整體的檢修周期，相當(dāng)于降低了企業(yè)的檢修、維護(hù)和保養(yǎng)成本。

6　應(yīng)用領(lǐng)域與前景

6.1應(yīng)用領(lǐng)域

冷卻水是工業(yè)生產(chǎn)的用水大戶，采用微電解技術(shù)能很好地解決了上述污染問題，符合國(guó)家節(jié)能減排零排放整體解決方案的趨勢(shì)。同時(shí)，國(guó)家出臺(tái)了對(duì)中央空調(diào)冷卻系統(tǒng)潔凈度的規(guī)定，微電解技術(shù)能解決中央空調(diào)給風(fēng)的細(xì)菌污染問題，在民用設(shè)施上也會(huì)有廣泛的應(yīng)用空間。所以，MET循環(huán)水微電解技術(shù)可以應(yīng)用于典型的間冷開式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)及民用冷卻設(shè)施（賓館、酒店、商場(chǎng)、浴場(chǎng)、醫(yī)院等）。

6.2前景

該技術(shù)符合國(guó)家環(huán)保政策、能給企業(yè)帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，降低了生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本，相比藥劑更能滿足客戶需求。

Application of micro electrolysis technology in industrial circulating water

ZHANG Liang-hu
（Bluestar（Beijing）Chemical Machinery Co.，Ltd.，Beijing 100176，China）

Abstract：The application of micro electrolysis technology in industrial circulating water was introduced.

Key words：micro electrolysis；circulating water；application

中圖分類號(hào)：TQ085

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-1785（2016）01-0033-02

收稿日期：2015-05-10