余晟

摘 要：筆者結(jié)合實(shí)際工作情況，對(duì)電化學(xué)水處理技術(shù)的工藝流程和工作原理進(jìn)行詳細(xì)論述，并通過(guò)比較分析的方法，將化學(xué)藥劑水處理法和電化學(xué)水處理法進(jìn)行綜合的對(duì)比分析，全方位探討電化學(xué)水處理技術(shù)在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：工業(yè)循環(huán)冷卻水處理;電化學(xué)水處理技術(shù);化學(xué)藥劑水處理法

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ085.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）19-0064-03

Abstract： In this paper， combined with the actual work， the author discussed and analyzed in detail the technological process and working principle of electrochemical water treatment technology， and through the comparative analysis method， compared and analyzed the chemical agent water treatment method and electrochemical water treatment method comprehensively， and discussed the electrochemical water treatment technology in an all-round way.

Keywords： industrial circulating cooling water treatment;electrochemical water treatment technology;chemical reagent water treatment method

現(xiàn)階段，隨著世界工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中水資源匱乏的問(wèn)題已經(jīng)成為困擾工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的重大難題。經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)工業(yè)循環(huán)水處理系統(tǒng)的應(yīng)用，能全面提升水資源在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值，緩解水資源的浪費(fèi)現(xiàn)象，是工業(yè)生產(chǎn)未來(lái)的重要發(fā)展趨向。目前，在工業(yè)用水當(dāng)中，循環(huán)冷卻水占工業(yè)用水整體的75%～85%。但是，在工業(yè)循環(huán)冷卻水大量應(yīng)用的狀況下，換熱設(shè)備中往往會(huì)出現(xiàn)大量的水垢和污垢沉積，造成換熱設(shè)備效率直線下降，并有可能造成泄漏。如何消除循環(huán)水的水質(zhì)質(zhì)量隱患，實(shí)現(xiàn)循環(huán)冷卻水的深度處理，是業(yè)內(nèi)人士要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。

1 工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的典型問(wèn)題

1.1 水垢問(wèn)題

工業(yè)循環(huán)冷卻水中水垢的主要成分是CaCO3、MgCO3與生物污泥。為防止系統(tǒng)中出現(xiàn)嚴(yán)重的垢下腐蝕，一般在循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)中添加一定量的聚磷酸鹽作為緩蝕劑，但當(dāng)水溫逐漸升高時(shí)，聚磷酸鹽水結(jié)成正磷酸鹽，其中的PO43-和Ca2+會(huì)生成溶解度很低的Ca3（PO4）2[1]。此外，工業(yè)循環(huán)冷卻水中還會(huì)產(chǎn)生傳熱系數(shù)非常小的硅酸鈣和硅酸鎂水垢，這種水垢通過(guò)化學(xué)清洗的方式很難完全去除，是目前工業(yè)循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)中的一個(gè)重要難題。

1.2 鐵離子超標(biāo)腐蝕問(wèn)題

鐵離子濃度是工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)處理中的一個(gè)指示性指標(biāo)。在所在單位經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)，在某一段時(shí)間內(nèi)，循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)中的鐵離子濃度經(jīng)常處于超標(biāo)的狀態(tài)，超標(biāo)率高峰時(shí)達(dá)《工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50050—2007）建議運(yùn)行值的150%。這主要是因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間未進(jìn)行化學(xué)清洗，導(dǎo)致管道和設(shè)備結(jié)垢情況較為嚴(yán)重，使得大量鐵離子進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)部，造成系統(tǒng)內(nèi)鐵離子嚴(yán)重超標(biāo)。同時(shí)，補(bǔ)水中的鐵離子含量對(duì)循環(huán)水中的鐵離子含量也有顯著影響。在3～5倍濃縮倍數(shù)的作用下，該因素的影響將被擴(kuò)大數(shù)倍。鐵離子嚴(yán)重超標(biāo)的主要影響因素是裝置檢修時(shí)對(duì)換熱器循環(huán)水端的對(duì)空放置（未進(jìn)行充氮保護(hù)），造成嚴(yán)重腐蝕，通水后，將大量的鐵離子帶入系統(tǒng)內(nèi)。針對(duì)鐵離子嚴(yán)重超標(biāo)的問(wèn)題，本單位攻關(guān)小組最開(kāi)始采用化學(xué)清洗預(yù)膜的方式進(jìn)行處理，但實(shí)際使用效果并沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的標(biāo)準(zhǔn)。目前，鐵離子超標(biāo)問(wèn)題已經(jīng)成為筆者所在單位影響工業(yè)循環(huán)冷卻水水質(zhì)的關(guān)鍵問(wèn)題。在此情況下，研究新技術(shù)，以解決循環(huán)水系統(tǒng)中的頑固性問(wèn)題，成為迫切需求。

1.3 懸浮物引發(fā)的沉積結(jié)垢現(xiàn)象

懸浮物的來(lái)源主要包括系統(tǒng)補(bǔ)水、腐蝕產(chǎn)物、結(jié)垢副產(chǎn)物、菌藻類(lèi)代謝物以及投放的化學(xué)藥劑等[2]。懸浮物不僅能對(duì)換熱系統(tǒng)產(chǎn)生直接影響，同時(shí)還會(huì)助長(zhǎng)細(xì)菌繁殖，如果長(zhǎng)時(shí)間不進(jìn)行處理，就會(huì)導(dǎo)致管道、換熱設(shè)備被腐蝕而出現(xiàn)穿孔泄漏，不僅影響系統(tǒng)的冷卻能力，甚至影響整個(gè)工廠的安全性能。

2 電化學(xué)水處理技術(shù)在工業(yè)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

電化學(xué)水處理技術(shù)經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展，在工業(yè)冷卻循環(huán)水處理中的應(yīng)用取得了重大進(jìn)步，證明了其使用價(jià)值。該系統(tǒng)安裝在循環(huán)水回水管道的旁路中，或直接從冷水塔集水池中進(jìn)行取水。在循環(huán)水量處理規(guī)模上，需要根據(jù)循環(huán)水補(bǔ)水的水質(zhì)參數(shù)及濃縮倍率來(lái)確定，按照不同的循環(huán)水量來(lái)設(shè)置不同的處理量，最終使循環(huán)冷卻水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)零排放。電化學(xué)水處理系統(tǒng)的基本流程如圖1所示。

電化學(xué)水處理系統(tǒng)設(shè)備的組成元件主要包括帶電極的反應(yīng)室、進(jìn)水管和出水管、排污閥門(mén)、電源控制柜及輔助性維修設(shè)備等。電化學(xué)處理設(shè)備構(gòu)造如圖2所示。

電化學(xué)處理設(shè)備的工作原理是，在直流電流的作用下，反應(yīng)室內(nèi)壁的陰極處會(huì)形成一個(gè)pH值在12～13的堿性環(huán)境[3]。在強(qiáng)堿性環(huán)境作用下，水體中鈣和鎂等離子通過(guò)結(jié)晶的方式析出。而在陽(yáng)極位置，50%以上的氯離子會(huì)因此轉(zhuǎn)變成游離氯，同時(shí)還能生成羥基自由基、氧自由基、臭氧等強(qiáng)氧化性離子。通過(guò)這些廣譜殺菌劑的作用，在反應(yīng)室內(nèi)部形成一個(gè)強(qiáng)有力的殺菌環(huán)境，從而消除或減少水系統(tǒng)內(nèi)部的藻類(lèi)和菌類(lèi)。

在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，工作人員要著重考量循環(huán)水蒸發(fā)濃縮過(guò)程中Ca+的濃度變化，將其控制在一定濃度下（根據(jù)筆者經(jīng)驗(yàn)，Ca+濃度控制在100～200mg/L為宜）。在這種情況下，管道和換熱器循環(huán)水過(guò)流部?jī)?nèi)壁位置就會(huì)形成一種包裹性很強(qiáng)的保護(hù)層，防止管道和處理單元與冷卻水中的溶解氧進(jìn)行充分接觸，進(jìn)而引發(fā)腐蝕現(xiàn)象。在濃度指數(shù)控制上，工作人員一般都會(huì)使用LSI控制軟件來(lái)進(jìn)行控制，從而有效避免換熱器出現(xiàn)結(jié)垢和腐蝕現(xiàn)象。整個(gè)處理流程借助水體本源物質(zhì)，污染性幾乎為零，是現(xiàn)階段最為綠色、環(huán)保、高效的工業(yè)循環(huán)冷卻水處理方法。

3 電化學(xué)處理方法與化學(xué)藥劑處理方法的經(jīng)濟(jì)性比較

3.1 處理水量比較分析

以3 200m3/h的循環(huán)水量為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)電化學(xué)處理方法和化學(xué)藥劑處理方法的循環(huán)水量進(jìn)行綜合性比較分析，從而進(jìn)一步明確電化學(xué)處理方法的優(yōu)勢(shì)。表1為電化學(xué)處理方法和化學(xué)藥劑處理方法的水處理量比較分析。

從表1可知，電化學(xué)處理方法與化學(xué)藥劑處理方法相比，其排污量明顯減少，同時(shí)還能有效節(jié)約補(bǔ)充水量，在處理性能上具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.2 處理費(fèi)用比較分析

在處理費(fèi)用比較分析過(guò)程中，筆者從藥劑費(fèi)、補(bǔ)水費(fèi)、排水費(fèi)、電費(fèi)及設(shè)備維修費(fèi)用等方面進(jìn)行綜合性分析，具體費(fèi)用情況如表2所示。

從表2可知，電化學(xué)處理方法與化學(xué)藥劑處理方法相比，在藥劑費(fèi)用和補(bǔ)水費(fèi)用方面明顯減少。雖然在電費(fèi)和設(shè)備維修費(fèi)用方面消耗較高，但從消耗資金的總體情況來(lái)看，電化學(xué)處理技術(shù)能有效降低循環(huán)水處理過(guò)程中的年消耗費(fèi)用，具有非常明顯的成本優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，在國(guó)家越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保政策下，該技術(shù)還能有效降低污水處理裝置負(fù)荷，減少排污費(fèi)用的損失。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者通過(guò)理論概述和比較分析，詳細(xì)論述了電化學(xué)處理技術(shù)在工業(yè)冷卻循環(huán)水中的應(yīng)用情況，并充分證明了其實(shí)踐價(jià)值，望相關(guān)部門(mén)及工作人員能結(jié)合實(shí)際工作情況有效應(yīng)用該技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]樊旭.電化學(xué)水處理技術(shù)在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用[J].煤炭與化工，2018（9）：162-165.

[2]張常書(shū).HAS型水質(zhì)穩(wěn)定制在工業(yè)循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，1987（6）：19-31.

[3]段慧萍.電化學(xué)新工藝在循環(huán)水處理裝置中的應(yīng)用[J].煤化工，2018（3）：30-33.