微电解技术在工业循环水方面的应用

张良虎（蓝星（北京）化工机械有限公司，北京100176）



微电解技术在工业循环水方面的应用

张良虎
（蓝星（北京）化工机械有限公司，北京100176）

摘要：介绍了工业循环水处理的现状和存在的问题，分析了微电解技术的主要机理及用于工业循环水处理的优势和应用前景。

关键词：微电解技术；工业循环水；运行；应用

1　工业循环水

1.1工业循环水现状

中国的工业企业水资源利用率较低，只有30%左右，与世界发达国家相距甚远。而工业用水中60%以上是循环水，大部分为敞开式循环冷却水。在循环使用中，各种无机盐离子和有机物随着水分的蒸发而浓缩，同时灰尘杂质不断混入，产生严重的沉积附着物、设备腐蚀和微生物滋生，带来的粘泥污垢堵塞管路，以及降低换热效率增大能耗等问题，威胁工厂长期、稳定和安全的运行，甚至造成严重的经济损失。

工业循环水药剂使用后，大大节约了用水量。但导致循环冷却水出现严重的结垢、腐蚀和菌藻滋生等三大弊病，使热交换率大为降低，检修频繁，威胁生产正常进行。为此，必须在冷却水中加入阻垢剂、缓蚀剂、杀菌灭藻剂及与其配套的清洗剂、预膜剂、分散剂、消泡剂、絮凝剂等。虽然加入化学药剂防止了循环水结垢、腐蚀、菌藻滋生，但同时也带来一系列环保排放方面的问题。

1.2工业循环水的处理难题

（1）水垢。在循环水系统中，随着换热面温度的升高，水中含有的碳酸盐类会在传热表面沉积，形成难溶的水垢，因其传热性能很差（＜1.16 W/（m.K）），而钢材通常为（45 W/（m.K）），因此，水垢的附着，轻者降低换热效率，增加能耗，严重时堵塞换热器，造成非正常停车，甚至带来更大的安全问题。

（2）腐蚀。大量的金属设备在循环水使用过程中，因有害离子（Cl-，SO2-4）的浓缩以及微生物的滋生代谢带来腐蚀，设备穿孔泄漏，工艺介质渗入循环水中导致水体污染，造成经济损失，影响生产安全。

（3）藻类及生物粘泥。敞开式的循环水因阳光直射，空气直接接触，给藻类及其他微生物的大量繁殖提供了便利条件，其代谢产物与外界混入的灰尘杂质及化学沉淀物一起形成了生物粘泥，亦会带来严重的管道堵塞和设备腐蚀问题。

（4）浓缩倍数。目前，中国工业企业由于技术落后，其循环水运行的浓缩倍数始终处于较低水平，通常只有3.0～4.0，而这一指标在发达国家通常在8以上。较低的浓缩倍数使循环水补水量巨大，增加了企业的运行成本；同时增大了外排量，水资源浪费严重，含有药剂的污水排放还造成严重的环境污染问题。

随着国家节能节水政策的推进以及环保要求的进一步收紧，探寻一种经济可行的，能够有效降低循环水系统结垢和腐蚀，显著提高循环水浓缩倍数，降低补给水量和排放量的新技术、新设备，对于众多工业企业，乃至整个经济社会的健康发展都具有重要的意义。

循环水微电解技术就是在这样的背景下出现的一种新型的去除水中钙镁离子的新的环保技术。

2　微电解技术主要原理

循环水微电解技术，就是通过在循环水的流动路线中增加微电解装置，让循环水通过微电解装置，在流程中引入为电场，利用正负极之间的电位差将水分子团之间的分子键打开，微电解成还原性活泼氢素和氢氧根离子，并通过电化学反应将Ca2+、Mg2+形成不溶性物质吸附于电极上，从而降低水中的Ca2+、Mg2+含量，达到不结垢的目的。

（1）阻垢。通过在微电解槽阴极表面发生钙、镁离子的吸附沉降，使循环水中的钙镁离子浓度大大降低，防止其在企业设备及工艺管道上面结垢。

（2）防腐。水中Ca2+是一种天然的缓蚀剂，Ca2+和Cl-形成离子缔合，抑制了Cl-的腐蚀特征

（3）杀菌。阳极产生Cl2，随着循环倍数的提高，Cl2浓度增加。阳极表面发生电解反应，生成氯气、羟基自由基等氧化性杀菌灭藻类物质，实现杀菌灭藻控制粘泥，防止生物腐蚀。

通过在阳极表面产生的游离氯和羟基自由基等物质，能够有效地杀灭循环水中的微生物和浮游生物，从而避免在设备及工艺管道中滋生和产生生物粘泥。

3　设备的计算和选型

3.1理论计算

为了恰如其分的去除循环水中的结构粒子，首先要对循环水的水质进行全分析，根据水中矿物离子腐蚀—结垢行为，应用水质数学运算法则，计算水系统能够结垢或腐蚀的矿物离子平衡量。

3.2选型和设计

根据上述计算，确定循环水中超出平衡量的多余矿物离子量，按照微电解的相关电解特性，设计微电解设备运行参数（电流、电压、流量），计算出微电解装置的电解面积，确定装置结构型式，完成反应器设计。

根据现场位置，可以将整套设备设计成撬装式或集装箱式，这样可以减少现场施工的难度，同时不需建设房屋等基建工程。

3.3系统安装的位置

根据循环水现场的条件，MET设备在循环冷却水系统中的3种安装方式：第一种是安装在循环水的上水口，借助上水泵的压力，使得循环水通过微电解装置后返回循环水池；第二种可以与旁滤系统并联，同样借助循环水回水压力，通过微电解设备后，返回循环水池；第三种是在循环水池旁进行自循环，这种方案必须单独增加循环水泵，由于要额外增加泵的功率消耗，一般情况下不建议采用。

3.4操作与运行

整台撬装式MET设备经过妥善的现场安装之后，即可进行处理循环水通电运行。整个运行过程通过预先编写的PLC自动控制程序自动实现，且整个运行过程所涉及到的关键参数在PLC的多功能现实屏上面均有清晰的体现，且能够通过远程传输系统实时将数据远传到制定的运行服务中心，供专业人员参考。如果一旦部分参数的发生改变，超出预定的控制范围，在PLC的控制液晶屏上面亦可对控制条件进行相应的修改。所有的运行关键数据都自动保存，可以随时取出查阅。

4　MET系统的技术优势

（1）安全可靠，采用自控设计，节省人力，避免接触危险化学品。

（2）一机多能，同时解决结垢、微生物及生物粘泥和腐蚀问题，不需要添加化学药剂，不向环境中排放任何化学药剂，不会对环境造成污染。

（3）运行成本低，单套设备最大功率仅为5 kW，能耗很低，且全自动控制，不用专人值守，大大节约人力资源成本。

（4）所有的运行程序均由PLC控制全自动化操作，维护方便简单，通过BITS系统可以实现远程监控。

（5）整套MET系统装置采用撬装式模块化设计，运输、安装和更换均十分方便灵活。

5　采用MET系统后的经济效益

5.1节省药剂

按本系统的循环水量，系统保有水量，每年节省各类药剂（阻垢缓蚀剂、杀菌灭澡剂、黏泥剥离剂等），经济效益明显。

5.2节省新鲜水费用，减少排污

浓缩倍率提高后，几乎不需要主动排污，MET设备自动除垢时，会排放少量的含垢废水，沉淀后清水可以回用，排水无污染，每次排放两三分钟。每年预计可节约大量新鲜水耗，经济效益和社会效益显著提升。

5.3设备能耗低

MET装置中所采用的起主要作用的MET循环水微电解槽，结构设计合理，运行所需电流、电压都很小，回水压头本身无动力装置的电耗，即设备本身运行的能耗很低。

5.4延长工艺装置检修周期

MET装置将循环水体系中的主要成垢物质取出，使换热器和冷却塔内部的结垢趋势和速度均大大降低，延长了循环水系统和工艺装置整体的检修周期，相当于降低了企业的检修、维护和保养成本。

6　应用领域与前景

6.1应用领域

冷却水是工业生产的用水大户，采用微电解技术能很好地解决了上述污染问题，符合国家节能减排零排放整体解决方案的趋势。同时，国家出台了对中央空调冷却系统洁净度的规定，微电解技术能解决中央空调给风的细菌污染问题，在民用设施上也会有广泛的应用空间。所以，MET循环水微电解技术可以应用于典型的间冷开式循环冷却水系统的工业企业及民用冷却设施（宾馆、酒店、商场、浴场、医院等）。

6.2前景

该技术符合国家环保政策、能给企业带来直接经济效益，降低了生产运营成本，相比药剂更能满足客户需求。

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

中图分类号：TQ085

文献标识码：B

文章编号：1009-1785（2016）01-0033-02

收稿日期：2015-05-10