關(guān)正秋

摘 要：我國是一個(gè)嚴(yán)重缺水的國家，隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的崛起，水資源短缺這一現(xiàn)實(shí)也日益突顯，工業(yè)領(lǐng)域節(jié)水事關(guān)全局，而工業(yè)用水中的70%～80%是用于冷卻水，因此選擇先進(jìn)、適宜的循環(huán)冷卻水的水質(zhì)穩(wěn)定處理方法將會(huì)產(chǎn)生巨大的節(jié)水成效。本文對(duì)電化學(xué)法水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)進(jìn)行了淺談，并與傳統(tǒng)循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定方法---化學(xué)藥劑法進(jìn)行了比較。

關(guān)鍵詞：工業(yè)循環(huán)水;電化學(xué);化學(xué)藥劑法;水質(zhì)穩(wěn)定

中圖分類號(hào)：TU834 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）09-0004-01

1 現(xiàn)狀及問題

循環(huán)水在運(yùn)行過程中會(huì)沉析出大量的溶解鹽類附著于設(shè)備和管道的內(nèi)壁上，這種沉積物稱為水垢。循環(huán)水還會(huì)直接或間接地對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備和管道進(jìn)行腐蝕，對(duì)于循環(huán)水系統(tǒng)來說都是十分有害的。水垢大量沉積不僅會(huì)堵塞管道同時(shí)會(huì)使熱交換器的傳熱效率降低。腐蝕將會(huì)造成設(shè)備使用壽命縮短，維修費(fèi)用增加，甚至造成事故，影響安全生產(chǎn)。因此循環(huán)水處理問題愈來愈引起人們的重視。

循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定的傳統(tǒng)藥劑處理方法需要較大的人工勞動(dòng)。目前，雖然冷卻循環(huán)水站一般會(huì)配備加藥裝置（包括儲(chǔ)藥槽、加藥泵、輸藥管道和電氣控系統(tǒng)）通過補(bǔ)水信號(hào)和加藥泵聯(lián)動(dòng)。但是只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)加藥。具體調(diào)節(jié)藥劑濃度，需要通過技術(shù)人員根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行人工調(diào)整。特別是對(duì)于殺菌滅藻劑，比如固體的氧化型的殺菌劑，需要人工通過不銹鋼溶解籃浸入冷水池溶解，同時(shí)需要根據(jù)所測的余氯濃度（0.2-0.5ppm）調(diào)整加藥量，即使是液體形式的非氧化型殺菌劑也需要人工通過加藥泵注入冷水池。

菌藻的控制一直是一個(gè)較困難的問題，即使向系統(tǒng)中投加殺菌滅藻劑，一段時(shí)間后細(xì)菌也會(huì)產(chǎn)生抗藥性，并且在藥劑有效周期過了后菌藻又會(huì)滋生，很多系統(tǒng)在夏天或者向陽的地方都會(huì)滋生菌藻，在冷卻塔底部集水盤中都會(huì)有厚厚的粘泥。一些磷系的阻垢劑在一定溫度下會(huì)轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽，對(duì)微生物來說反而是一種營養(yǎng)物質(zhì)，造成菌藻的繁殖。微生物的迅速繁殖導(dǎo)致水質(zhì)惡化，既能促進(jìn)污垢沉積，又能促進(jìn)腐蝕。藻類不斷繁殖又不斷脫落，脫落的藻類又成為冷卻水系統(tǒng)的懸浮物和沉積物，堵塞管道，影響輸水能力，降低傳熱能力，同時(shí)，生成的沉積物覆蓋在金屬表面，易發(fā)生沉積物下腐蝕。

2 電化學(xué)水處理技術(shù)

2.1 電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)簡介

電化學(xué)水處理法，在電極接通電源后，水分子在電場作用下，在陰、陽兩級(jí)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，通過Haber-Weiss反應(yīng)可以生成[O]、H2O2、羥基自由基等，具有極強(qiáng)的氧化能力，微生物細(xì)胞膜中的不飽和脂肪酸被氧化，產(chǎn)生大量的脂質(zhì)過氧化物，使細(xì)胞膜柔韌性降低，脆性增加，溶酶體膜通透性增強(qiáng)，釋放溶酶體酶，導(dǎo)致細(xì)胞裂解死亡，電化學(xué)方法能夠完全殺滅水中的細(xì)菌，而且經(jīng)過電化學(xué)處理后的水具有一定的持續(xù)殺菌能力。

采用電化學(xué)水處理法代替加藥，日常運(yùn)行中完全不需要維護(hù)，工人不需要在化學(xué)藥劑較多、惡劣的環(huán)境下作業(yè)，只需要每日對(duì)電化學(xué)水處理器的運(yùn)行電流電壓進(jìn)行例行檢測即可。每三個(gè)月左右可以請(qǐng)專業(yè)廠家對(duì)極板上析出的CaCO3，MgCO3等污垢進(jìn)行一次清理。

通過技術(shù)改造改用電化學(xué)水處理法，利用電極板上產(chǎn)生的[O]、羥基自由基等完全殺死細(xì)菌，降低粘泥量，降低濁度，通過電場的作用，使腐蝕產(chǎn)物3Fe2O3.nH2O與電子發(fā)生反應(yīng)，稱為磁性氧化鐵，隔開鋼管壁和水，起到防腐作用，從而改善系統(tǒng)的腐蝕狀態(tài)，將成垢離子Ca2+直接從循環(huán)水中以固體形式取出，有效降低水質(zhì)硬度及濃縮倍數(shù)。

2.2 電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)特色

2.2.1 節(jié)約水資源

循環(huán)冷卻水通過冷卻塔時(shí)水分不斷蒸發(fā)，因?yàn)檎舭l(fā)掉的水中不含鹽分，所以隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，循環(huán)水中的溶解鹽類不斷被濃縮，含鹽量不斷增加，引起濃縮倍數(shù)的增加?；瘜W(xué)工業(yè)出版社《工業(yè)水處理技術(shù)》指出：化學(xué)法最佳的水的濃縮倍數(shù)應(yīng)在1-2，在此濃縮倍數(shù)間，補(bǔ)充水量和排污水量可較多地減少，當(dāng)濃縮倍數(shù)大于2.5以后就需要加大補(bǔ)充水量，否則，水中有害離子氯根和成垢離子鈣、鎂含量過高，就會(huì)有產(chǎn)生腐蝕和結(jié)垢的頃向。

電化學(xué)水質(zhì)穩(wěn)定的原理不是靠水稀釋而是靠陰極還原反應(yīng)、陽極氧化反應(yīng)和電場效應(yīng)等三種反應(yīng)自動(dòng)控制水的濃縮倍數(shù)的增長。因?yàn)橐粷饪s的游離Ca2+、Mg2+…和被陽極氧化劑分解出的Ca++、Mg++…會(huì)在電場力的作用下移向陰極還原成CaCO3、MgCO3….而被陰極取走，當(dāng)取走的量同要濃縮的量通過調(diào)配處理裝置數(shù)量和電場參數(shù)達(dá)到平衡時(shí)，濃縮倍數(shù)就不會(huì)再大幅度的增加，而是穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)量的上下，實(shí)踐表明這個(gè)數(shù)量約是補(bǔ)充水硬度的1.5倍。

2.2.2 成垢鹽類直接從陰極板析出

循環(huán)水中Ca2+、Mg2+一般以Ca（HCO3）2和Mg（HCO3）2的形態(tài)存在，在直流電場作用下，Ca2+、Mg2+等正離子會(huì)在陰極板上析出，生成CaCO3等固體，直接導(dǎo)致循環(huán)水硬度的下降，起到防結(jié)垢的作用，代替阻垢劑的使用。CaCO3等固體其物質(zhì)的量同硬度值、電量、通電時(shí)間成正比。1臺(tái)箱型多功能電化學(xué)水處理器工作3個(gè)月可析出200Kg左右固體。

某6000m3/h循環(huán)水系統(tǒng)十年例行監(jiān)測得出補(bǔ)充水、循環(huán)水變化基本規(guī)律為：

補(bǔ)充水總硬度變化較小，循環(huán)水總硬度值在運(yùn)行初期是升高趨勢(shì)，表明循環(huán)系統(tǒng)中有垢，在處理器作用下，結(jié)垢離子逐漸進(jìn)入水體，使水的總硬度值升高。（2）運(yùn)行一段時(shí)間后，總硬度值開始下降，直到下降到最低點(diǎn)后不再有大的變化，而成了一條近似平行于補(bǔ)充水曲線的曲線，比補(bǔ)充水的硬度值約高12-15%，即濃縮倍數(shù)小于1.5，十年監(jiān)測數(shù)據(jù)中沒有出現(xiàn)過濃縮倍數(shù)大于2的結(jié)果。

3 傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法與電化學(xué)法效益比較

以循環(huán)水量為3500m3/h的循環(huán)水系統(tǒng)為例，簡要分析比較以上兩種水處理方法效益，詳細(xì)如下：

3.1 傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法費(fèi)用

化學(xué)藥劑費(fèi)約為24萬元/年（阻垢緩蝕劑及殺菌滅藻劑）。

化學(xué)法維護(hù)費(fèi)約為1萬元/年（不考慮維護(hù)時(shí)停產(chǎn)造成的損失）。

3.2 電化學(xué)水處理法費(fèi)用

電化學(xué)法年費(fèi)用=設(shè)備費(fèi)/保用期+設(shè)備維護(hù)費(fèi)+BCE臺(tái)數(shù)×功率×24小時(shí)×365天×電費(fèi)=1400000/8+10000+6×0.5×24×365×0.5≈19.8萬元/年。

3.3 節(jié)水費(fèi)用

由于采用BEC設(shè)備可以將Ca2+，Mg2+等結(jié)垢離子直接在極板上析出，使整個(gè)系統(tǒng)的水質(zhì)硬度和電導(dǎo)率穩(wěn)定在較低水平，有效控制濃縮倍數(shù)增長，幾乎不需要強(qiáng)制排污，節(jié)約了大量水資源。

循環(huán)水系統(tǒng)年節(jié)水費(fèi)用=節(jié)省水量（強(qiáng)制排污量m3/h）×24小時(shí)×365天×水費(fèi)=20m3/h（平均值）×24×365×1≈17.5萬元/年。

3.4 直接經(jīng)濟(jì)效益

直接經(jīng)濟(jì)效益/年=傳統(tǒng)化學(xué)藥劑法費(fèi)用-電化學(xué)水處理法費(fèi)用+節(jié)水費(fèi)用=25-19.8+17.5=22.7萬元/年。

4 結(jié)語

電化學(xué)法具有綠色節(jié)能無污染的特點(diǎn)，逐漸成為水處理的未來發(fā)展趨勢(shì)，電化學(xué)法技術(shù)應(yīng)用于循環(huán)水水質(zhì)穩(wěn)定，可將水中的硬度離子直接取出、將氯離子、硝酸根等還原成氯氣和氮?dú)夥懦?，還可以氧化降解水中有機(jī)污染物，具有綠色節(jié)能、無污染的特點(diǎn)。該技術(shù)一旦在市場推廣，應(yīng)用前景將非常可觀。

參考文獻(xiàn)

[1]陸柱，陳中興，等.水處理技術(shù)[M].上海：華東理工大學(xué)出版社，2000.

[2]陸婉珍，李本高，等.工業(yè)水處理技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.

[3]周本省.工業(yè)冷卻水系統(tǒng)中金屬的腐蝕與防護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1993.