许显光1 丁 甜2 苏和平3 孟伊拉图4 李小刚5
1.内蒙古弘牧晟科技股份有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000
2.鄂尔多斯市新杭能源有限公司 内蒙古 鄂尔多斯 017000
3.内蒙古工业大学乌海学院 内蒙古 鄂尔多斯 017000
摘要：随着电化学水处理技术的不断改进及广泛应用，发现电化学水处理技术在实际应用中，可以实现循环水系统更高浓缩倍数运行。本文针对企业循环水系统高浓缩倍数运行下，电化学设备对RSI稳定指数、杀菌能力、防腐缓蚀的作用进行分析。从而得出电化学水处理设备可以很好的提高浓缩倍数，实现节能减排，完全可以替代传统性化学药剂处理法。
电化学循环水处理设备已经实现大型化、自动化和智能化，在降低企业运营成本的同时减少循环水蒸发水雾中药剂对大气的污染，符合环保、节能要求，势必是未来循环水系统处理方法的主要发展趋势。
为实现上述成果，鄂尔多斯市新杭能源有限公司双创中心，汇同内蒙古弘牧晟科技股份有限公司及内蒙古工业大学乌海学院，开展了此项研究。
关键词：电化学设备；稳定指数；杀菌能力；防腐缓蚀；节约运营成本；环保
1前言
冷却循环水消耗了工业用水的70%，随着水资源日益紧张，企业节水的任务越来越重，所以如何提高循环冷却水的浓缩倍数实现节水也就成了一个相当紧迫的课题。但是在传统的处理方法下，冷却循环系统高浓缩倍率运营带来了许多复杂的技术和管理问题，循环冷却水高浓缩循环极易容易产生结垢，腐蚀现象，且会滋生菌藻类。尽管人们不断的提高药剂的使用量，并不断的改善药剂性能，但并不能取得实质性的突破。同时，随着环保政策的不断更新，力度不断地的加强，投加药剂的处理方法给循环水排污的处理也加重负担。其工艺流程如下：
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在中水回用系统中，很大程度上就是利用药剂法沉淀及物理过滤，通过多介质过滤、膜组过滤（超滤+反渗透+各种形式高压膜组）等措施或手段，去除原水中氯离子、钙镁离子等对系统有害物质，同时也在处理上游循环水系统为了维持水质稳定所投加的各类药剂。普通开式或半开式循环水系统，在运行中循环水存在一定量的蒸发，在此期间，也不能避免由蒸发的水雾造成大气的污染。
电化学循环处理设备，其一具有将系统内氯离子转换成对系统有用的各种杀菌剂，减少或者不添加传统杀菌剂；其二去除硬度、去除碱度、防腐缓蚀等功能，不但能够替代传统的药剂处理方法，还能够实现更高的浓缩倍数。并且处理成本低、具备传统水处理所无法比拟的优势。
2电化学水处理工艺的原理
循环水在电化学作用下阴极和阳极的反应如下所示：
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在电解过程中，阴极区域会有氢氧根离子和碳酸根离子富集，当钙、镁离子经过该区域时就会产生碳酸钙沉淀物吸附在阴极板上。这种将硬度从水中取出的方式，是最直接、最有效的阻垢方式。剩余的硬度在电场的作用下，也会有原来的方解石结垢转化为文石结垢，不再吸附在管壁上形成垢层。电化学设备在除垢、阻垢方面具有区别于其他方法独到的优势。
在电解过程中阳极表面（附近）区域能产生一定量的氯气(Cl2)、双氧水（H202）、次氯酸（HClO3）、羟基自由基（OH·）、臭氧（O3）、余氯等强氧化剂该物质都具有非常好的杀菌效果，如医院双氧水（H202）消毒，和自来水厂用次氯酸（HClO3）杀菌。同时阳极区域为强酸区域(PH＜4)，阴极区域为强碱区域（PH>10）,强酸、强碱都具有很强的杀菌效果。最后就是电场的杀菌效应，电场对各种微生物有极为明显的抑制作用，可进一步增强杀菌效果。
腐蚀原因较多，可分为细菌腐蚀、化学腐蚀、氯离子腐蚀等等，电化学设备的杀菌效果突出，因此可以减少细菌对系统所带来的腐蚀。设备在电解中能将部分氯离子转化成氯气和次氯酸，从而也能减少氯离子对管道、换热器、凝汽器等设备的腐蚀。特别要注意的是，电解过程中产生的氢氧根离子和活性氧可促进管道内壁和各种换热器内壁的亚铁离子和铁离子最终生成产四氧化三铁（Fe3O4）致密磁铁保护膜，磁铁膜隔开管壁和水，阻止进一步腐蚀。Fe2+ + 2OH- =Fe(OH)2进一步被氧化成Fe2O3·nH2O(红锈）Fe2O3.nH2O再与电子发生反应生成Fe3O4（磁铁），Fe3O4附着在钢管壁，使钢管壁与水隔开。同时，设备产生的较强直流电电场向循环水系统内提供了大量的电子，促使钢铁表面的“原电池”效应减弱，从而减弱系统的腐蚀趋势。
电化学技术独特的阻垢、杀菌、防腐的原理运用于循环水时，可以完全替代药剂处理方法并达到更高的浓缩倍数。
3电化学技术在循环水系统中的应用情况
以国内光伏材料大型企业中环光伏循环水系统实际运行水质进行讨论分析。该企业循环水系统共有8个系统，每个系统的循环量为1900m3/h。之前采用化学药剂法控制，浓缩倍数控制3-4倍。补水为自来水。补水水质如下：
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3.1电化学设备对循环水系统RSI稳定指数的影响
在电化学设备运行后，系统停止加阻垢剂和分散剂，不排水（只有部分风吹损失量），不断提高浓缩倍数。每天同一时间、同一地点取样化验，连续监测一个月，水质趋势图如下：
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从上图数据分析：
随着水质的不断浓缩，电导率不断的浓缩，总硬度缓慢的升高，但钙硬度、碱度基本保持不变，每天补水增加的钙硬度碱度被电化学设备去除。当电导率达到8000us/cm时，系统中钙硬度依然在200mg/l左右，碱度在300mg/l左右。同时，在浓缩倍数不断升高的情况下（≥10倍），RSI稳定指数基本在6-7之间，始终处于稳定趋势。说明在循环水系统高浓缩倍数运行下，电化学水处理设备仍有很好的阻垢作用。
3.2电化学技术对循环水系统的杀菌能力
在电化学设备运行后，系统停止加杀菌剂。在循环水浓缩倍数不断提高过程中，任意选取几天进行菌类总数检测，趋势图如下：
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按照国家标准《GB50050-2017—工业循环冷却水处理设计规范》规定间冷开式系统异养菌总数宜不大于1×105CFU/ml，通过检测菌类总数含量均在103CFU/ml数量级，远远优于国标要求，且运行中系统没有出现泡沫飞溅、生物粘泥，绿藻繁殖等情况。说明在循环水系统高浓缩倍数运行下，电化学水处理设备仍有很好的杀菌能力。
3.3电化学技术对循环水系统的防腐缓蚀的影响
在电化学设备运行后，系统停止缓蚀剂的情况下。在高浓缩倍数运行情况下，分别在2月、5月、8月、11月不同季节中进行挂片实验，测试结果如下：
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挂片实验采用旁路式挂片实验，按照国家标准《GB50050-2017—工业循环冷却水处理设计规范》规定碳钢材质腐蚀速率小于0.075mm/a，通过对不同季节一个月挂片实验的检测，腐蚀速率均在国标范围左右，说明在循环水系统高浓缩倍数运行下，电化学水处理设备仍有很好的防腐缓蚀作用。
4电化学技术在循环水处理中成本和效益
以8个1900m3/h循环量的系统进行对比计算：总循环量15200m3/h，温差8℃，原浓缩倍数4倍，安装电化学设备后控制浓缩倍数在8倍，补水水费4.9元/吨，排污费2.3元/吨，电费0.6元/度，全年运行365天。效益核算如下：
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安装电化学设备后，浓缩倍数提高，大大减少系统补排水量，同时节省全部药剂费用，为企业运行带的效益超过200万元/年。
5电化学循环水处理设备已经实现大型化、自动化和智能化
电化学技术虽然在循环水的处理中有独到的优势，但由于两个弊端制约了电化学设备的推广和应用：其一水垢清理较为繁琐，电化学设备将水中的硬度和碱度以沉淀物的形式吸附在阴极上，达到一定厚度时需要人工清理；其二电化学设备处理能力有限，一般单台设备处理能力对应循环系统循环水量为3000m3/h，遇到大型循环水系统需要多台设备处理。
最近电化学循环水处理设备取得突破发展，实现了大型化、自动除垢，解决了以上两个弊端。大型循环水处理设备单台处理能力可以达到50000m3/h的循环量，同时实现了一键控制的自动除垢，解决了以上两个弊端。该设备还配置了“水智方”工业水智能管理系统，具有水质在线监测、异常数据预警、数据智能管理、智能控制设备等一系列功能，可以在手机和PC端操作、控制，实现了循环水系统的智能管理。
6总结
电化学技术应用于循环水处理，实现高浓缩倍率运行。大幅减少了循环水补水、排水。同时完全替代药剂，也减少了循环水排水的主要污染成分。大幅降低了企业水处理成本，减轻企业的环保压力。电化学技术处理循环水是节水、处理效果和处理成本之间的最佳结合，随着电化学循环水设备的大型化、自动化、智能化的实现，电化学技术必将替代传统循环水处理方法成为未来发展趋势。