電子水處理技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉慧杰，曾 錚，鄭 磊

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉慧杰1，曾 錚2，鄭 磊2

（1. 玉門石油管理局水電廠，甘肅 玉門 735200； 2. 玉門石油管理局煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

電子水處理技術(shù)是一種新型的水處理技術(shù)，該技術(shù)具有很好的防垢除垢功效，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用行業(yè)。介紹了電子水處理技術(shù)的除垢原理，綜述了該技術(shù)在電廠、油田、礦業(yè)、石化等行業(yè)水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展，對(duì)電子水處理技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

電子水處理；防垢除垢；循環(huán)水；電廠

20 世紀(jì) 60 年代，發(fā)展起來(lái)一種新型的水處理技術(shù)，即電子水處理技術(shù)，由于具有良好的防垢除垢功效，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用的冷熱水循環(huán)系統(tǒng)中，電子水處理技術(shù)的應(yīng)用能夠起到節(jié)能節(jié)水的作用。60年代末，美國(guó)研制出第一臺(tái)靜電除垢器，70 年代末日本研制出專供鍋爐水處理的靜電除垢器，我國(guó)于 80 年代初研制出第一代靜電除垢器，90年代初研制出第二代靜電除垢器[1]。本文介紹了電子水處理技術(shù)的除垢原理，綜述了該技術(shù)在電廠、油田、石化等行業(yè)水處理中的應(yīng)用研究進(jìn)展，對(duì)電子水處理技術(shù)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 電子水處理技術(shù)的除垢防垢原理

由于循環(huán)水中的 Ca2+、Mg2+、Cl-及微生物等雜質(zhì)會(huì)使循環(huán)水設(shè)備和管道腐蝕、結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱設(shè)備傳熱效率下將。因此，為解決循環(huán)冷卻水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，過(guò)去太多采用化學(xué)處理方法，比如加酸處理或水質(zhì)穩(wěn)定劑，化學(xué)處理方法設(shè)備投資較大，存在腐蝕管道，引起環(huán)境污染的問(wèn)題[2]，而新興的電子水處理技術(shù)以其簡(jiǎn)單、有效、投資小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。電子水處理技術(shù)除垢防垢原理主要表現(xiàn)在物理原理和化學(xué)原理兩方面。

1.1 物理原理

當(dāng)循環(huán)水經(jīng)電子水處理器時(shí)，水中溶解的離子和極性的水分子能在低壓微電流產(chǎn)生的電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，水分子中的電子被激發(fā)，從低能軌道躍遷到高能軌道，使得水分子電位能損失，電位下降，水分子與器壁的固液界面間的偶電層電位差減小，導(dǎo)致粒子的水合程度和相互聚集的狀態(tài)發(fā)生變化，改變了水分子自身狀態(tài)和相互之間的締合程度。由以上作用產(chǎn)生的阻垢機(jī)理有以下兩種，第一種是在常溫下可使水質(zhì)穩(wěn)定，增加水的溶解能力，減少結(jié)晶，把離子或膠體顆粒穩(wěn)定在水溶液中，第二種是在高溫下持續(xù)處理提供種晶核，以促進(jìn)水中的積垢成分聚集成松散的泥渣沉于水底。對(duì)于已結(jié)垢的系統(tǒng)，由于被處理過(guò)的水中含有大量被激勵(lì)的電子，這些電子對(duì)水垢分子有一定的破壞作用，使器壁上原來(lái)附著的垢層剝落、溶解，直到消失[3-9]。

1.2 化學(xué)原理

施加在電子水處理器陰陽(yáng)級(jí)之間的低壓直流電場(chǎng)，在陰極區(qū)、水的界面之間會(huì)引發(fā)電極反應(yīng)，如下方程式表示：

陰極表面附近 pH 值因反應(yīng)中產(chǎn)生的 OH-而上升，碳酸根離子增加，如下方程式表示：

鈣離子、鎂離子等成垢離子因靜電引力作用，向陰極區(qū)移動(dòng)，最終富集在陰極區(qū)附近，使局部離子濃度大于本體溶液中的離子濃度。此時(shí)，鈣離子、鎂離子分別與碳酸根離子和氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成相應(yīng)的沉淀物，如下方程式表示：

Ca2+、Mg2+分別于 CO32-和 OH-發(fā)生反應(yīng)生成沉淀后，使水中 Ca2+、Mg2+等成垢離子濃度大幅度降低，起到了抑制水垢形成的效果。經(jīng)電子水處理后轉(zhuǎn)載陰極區(qū)析出的水垢很容易被高速水流帶走或是用專用的清除設(shè)施刮除[4，10-12]。

2 電子水處理技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展

2.1 在電廠的應(yīng)用

趙云浩等提出電子水處理法對(duì)解決電廠汽輪發(fā)電機(jī)凝汽器結(jié)垢有明顯的作用，其原理主要是通過(guò)電場(chǎng)的作用，將水中的鈣離子、鎂離子吸附到陰極區(qū)進(jìn)行預(yù)結(jié)垢，從而形成松軟的粒狀文石，再由旋轉(zhuǎn)裝置去形成的除粒狀文石。在持續(xù)通電的情況下,水中的鈣離子、鎂離子不斷析出，鈣離子、鎂離子濃度降低，從而達(dá)到在凝汽器銅管內(nèi)壁上無(wú)法結(jié)垢的目的[13-14]。

棗莊礦業(yè)集團(tuán)蔣莊煤矸石熱電有限責(zé)任公司自投產(chǎn)以來(lái)，對(duì)循環(huán)水一直添加化學(xué)阻垢劑進(jìn)行防垢除垢處理，2007 年初，應(yīng)用了電子水處理技術(shù)對(duì)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行了防垢除垢實(shí)驗(yàn)。為了檢測(cè)電子水處理技術(shù)的運(yùn)行效果，每月對(duì)凝汽器和涼水塔進(jìn)行定期檢查，從檢查情況來(lái)看，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的垢類生成在凝汽器銅管內(nèi)，銅管內(nèi)部清潔；涼水塔填料層未見結(jié)垢現(xiàn)象；汽輪機(jī)膠球收球率高，在 95%以上；凝汽器端差控制在 6～8 ℃的范圍內(nèi)，機(jī)組能滿負(fù)荷運(yùn)行，整體運(yùn)行效果較好；完全停止了向循環(huán)水添加化學(xué)阻垢劑，每年可節(jié)約的化學(xué)藥劑費(fèi)用大于26 萬(wàn)元，節(jié)省排污費(fèi) 50 萬(wàn)元以上，同時(shí)可達(dá)到節(jié)水的目的，節(jié)水費(fèi)用達(dá)33萬(wàn)元，且設(shè)備運(yùn)行良好，每年可節(jié)約檢修用1萬(wàn)元以上，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯[15]。

重慶安居水力發(fā)電廠為滿足冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)無(wú)垢無(wú)菌的要求，以往采用投入化學(xué)藥劑方法防垢殺菌，由于效果不明顯，后來(lái)采用電子水處理技術(shù)來(lái)解決該問(wèn)題。通過(guò)在 1 號(hào)機(jī)安裝 1套 DGQ-320-Z 型電子水處理儀后，經(jīng)幾個(gè)月運(yùn)行觀察，循環(huán)水泵泵軸密封幾乎無(wú)漏水，膨脹水箱也未補(bǔ)充過(guò)水，水泵運(yùn)行平穩(wěn)，振動(dòng)微小, 噪聲小。冷卻水經(jīng)抽水樣檢查，未發(fā)現(xiàn)有黑色雜物，水色清晰，無(wú)異味，水質(zhì)問(wèn)題得到解決[16]。

2.2 在油田、礦業(yè)的應(yīng)用

大慶朝陽(yáng)溝油田由于注水管線和管柱結(jié)垢，懸浮物、細(xì)菌、硫化物超標(biāo)導(dǎo)致堵塞井口精細(xì)過(guò)濾器，在注水井測(cè)試過(guò)程中出現(xiàn)坐封不嚴(yán)、掉儀器、卡儀器現(xiàn)象，每年由于結(jié)垢造成注水井重配數(shù)占注水井重配數(shù)的 40%～50%。為了解決以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)水質(zhì)處理站進(jìn)行技術(shù)改造，包括脫氧工藝改造、過(guò)濾工藝改造、注水管線改造及增加殺菌設(shè)備等措施，并將高壓電子水處理儀用于結(jié)垢嚴(yán)重的地區(qū)。

通過(guò)采用高頻電場(chǎng)，在原有化學(xué)成分不改變的條件下，使水中礦物質(zhì)的物理結(jié)構(gòu)由締合鏈狀的大分子斷裂成單個(gè)小分子。溶解在水中鹽類的正負(fù)離子被單個(gè)水分子所包圍，使水中鈣、鎂等結(jié)垢物的針狀晶體變?yōu)榱罹w，它們之間相互粘附與聚積的特性受到破壞，在管壁上不形成結(jié)垢，部分呈微小顆粒，以起到防垢的效果。同時(shí)，由于水分子偶極距增大，使其與鹽類的正負(fù)離子之間的吸引力增大，附著在管壁上的舊垢逐漸開裂、疏松、脫落，起到了除垢的效果。通過(guò)掛片對(duì)比檢測(cè)，在安裝電子水處理儀的區(qū)域，平均阻垢率達(dá)到了 80.1%，阻垢效果良好。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用表明，在結(jié)垢嚴(yán)重的地區(qū)安裝電子水處理儀，可以大大減少因結(jié)垢而造成的注水井重配問(wèn)題，而且能夠緩解注水井的二次污染[17]。

李石堅(jiān)等[18]通過(guò)試驗(yàn)室掛試驗(yàn)，驗(yàn)證電子水處理技術(shù)的控垢防垢的效果，試驗(yàn)結(jié)果表明，采用電子水處理器，平均抑垢率達(dá)到 77.4%，且處理效果穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)處理的凈化礦井水能達(dá)到良好的控垢效果，可用于低壓鍋爐補(bǔ)充用水。

2.3 在石化行業(yè)的應(yīng)用

中原大化集團(tuán)有限責(zé)任公司合成氨裝置脫碳系統(tǒng)溫水加熱器因選型不合理、無(wú)防垢設(shè)備等原因引起其結(jié)垢，導(dǎo)致?lián)Q熱能力下降，極大地影響了脫碳系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了解決脫碳系統(tǒng)存在的問(wèn)題，將電子水處理儀應(yīng)用于循環(huán)水系統(tǒng)管線上，電子水處理儀運(yùn)行一年后，在裝置大修期間打開溫水加熱器檢查，同上次大檢修時(shí)比較，脫碳系統(tǒng)結(jié)垢現(xiàn)象不僅沒有增加，反而一些原有的結(jié)垢已經(jīng)發(fā)生龜裂，用水沖洗時(shí)容易除去，這表明了電子水處理儀的應(yīng)用有明顯阻垢、除垢的作用，有效的保證了裝置脫碳系統(tǒng)的正常運(yùn)行[19]。

昆明焦化制氣廠[20]生產(chǎn)用水主要取用地下水，水硬度高，堿度大，屬易結(jié)垢型水質(zhì)，生產(chǎn)中易引起換熱設(shè)備結(jié)垢堵塞，為解決該問(wèn)題，在脫硫工段3號(hào)空氣壓縮機(jī)的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)安裝了電子水處理器，電子水處理器運(yùn)行三個(gè)月后，檢查3號(hào)空壓機(jī)冷卻器，冷卻器管口輪廓清楚，端面和換熱管無(wú)明顯結(jié)垢，表明循環(huán)冷卻水采用電子水處理器后，使用效果良好。

3 結(jié) 語(yǔ)

與傳統(tǒng)的添加化學(xué)藥劑、離子交換器、機(jī)械沖洗法等水處理方法相比，電子水處理技術(shù)具有無(wú)環(huán)境污染、設(shè)備管道壽命長(zhǎng)、維護(hù)工作量小、投資小等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有發(fā)展前景較好的水處理技術(shù)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展及人們環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，電子水處理技術(shù)將不斷發(fā)展完善，其應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。目前，電子水處理技術(shù)在理論研究上還不夠深入。在今后的研究中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)該技術(shù)在阻垢殺菌上的機(jī)理研究，以指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用，同時(shí)針對(duì)不同的行業(yè)，開發(fā)出新型的適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性高、除垢殺菌效果好的電子水處理儀，擴(kuò)展電子水處理技術(shù)在更多行業(yè)的應(yīng)用，如冶金、水泥、造紙、紡織業(yè)等。

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Research Progress in Application of the Electronic Water Treatment Technology

LIU Hui-jie1, ZENG Zheng2, ZHENG Lei2
（1. Yumen Petroleum Administration Bureau Hydropower Plant, Gansu Yumen 735200, China；2. Yumen Petroleum Administration Bureau Refining and Chemical Plant, Gansu Yumen 735200, China）

The electronic water treatment technology is a novel water treatment technology, the technology has well anti-fouling efficacy, and it has been applied in many fields. In this paper, the descaling principle of the electronic water treatment technology was introduced, research progress in application of the electronic water treatment technology in power plant, oilfield, mining industry and petrochemical industry was summarized, and application prospect of the electronic water treatment technology was prospected.

Electronic water treatment; Anti-fouling; Circulating water; Power plant

X 703

： A文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： 1671-0460（2014）07-1316-03

2013-11-24

劉慧杰（1986-），女，寧夏石嘴山人，助理工程師，2009 年畢業(yè)于西南石油大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，研究方向：從事水電廠化學(xué)車間生產(chǎn)技術(shù)工作。E-mail：314880626@qq.com。