电子水处理技术的应用研究进展

刘慧杰，曾 铮，郑 磊

（1. 玉门石油管理局水电厂，甘肃 玉门 735200； 2. 玉门石油管理局炼化总厂，甘肃 玉门 735200）

电子水处理技术的应用研究进展

刘慧杰1，曾 铮2，郑 磊2

（1. 玉门石油管理局水电厂，甘肃 玉门 735200； 2. 玉门石油管理局炼化总厂，甘肃 玉门 735200）

电子水处理技术是一种新型的水处理技术，该技术具有很好的防垢除垢功效，能广泛应用于工业和民用行业。介绍了电子水处理技术的除垢原理，综述了该技术在电厂、油田、矿业、石化等行业水处理中的应用研究进展，对电子水处理技术的应用前景进行了展望。

电子水处理；防垢除垢；循环水；电厂

20 世纪 60 年代，发展起来一种新型的水处理技术，即电子水处理技术，由于具有良好的防垢除垢功效，能广泛应用于工业和民用的冷热水循环系统中，电子水处理技术的应用能够起到节能节水的作用。60年代末，美国研制出第一台静电除垢器，70 年代末日本研制出专供锅炉水处理的静电除垢器，我国于 80 年代初研制出第一代静电除垢器，90年代初研制出第二代静电除垢器[1]。本文介绍了电子水处理技术的除垢原理，综述了该技术在电厂、油田、石化等行业水处理中的应用研究进展，对电子水处理技术的应用前景进行了展望。

1 电子水处理技术的除垢防垢原理

由于循环水中的 Ca2+、Mg2+、Cl-及微生物等杂质会使循环水设备和管道腐蚀、结垢，导致换热设备传热效率下将。因此，为解决循环冷却水系统存在的问题，过去太多采用化学处理方法，比如加酸处理或水质稳定剂，化学处理方法设备投资较大，存在腐蚀管道，引起环境污染的问题[2]，而新兴的电子水处理技术以其简单、有效、投资小等优点被广泛应用。电子水处理技术除垢防垢原理主要表现在物理原理和化学原理两方面。

1.1 物理原理

当循环水经电子水处理器时，水中溶解的离子和极性的水分子能在低压微电流产生的电场力作用下发生定向移动，水分子中的电子被激发，从低能轨道跃迁到高能轨道，使得水分子电位能损失，电位下降，水分子与器壁的固液界面间的偶电层电位差减小，导致粒子的水合程度和相互聚集的状态发生变化，改变了水分子自身状态和相互之间的缔合程度。由以上作用产生的阻垢机理有以下两种，第一种是在常温下可使水质稳定，增加水的溶解能力，减少结晶，把离子或胶体颗粒稳定在水溶液中，第二种是在高温下持续处理提供种晶核，以促进水中的积垢成分聚集成松散的泥渣沉于水底。对于已结垢的系统，由于被处理过的水中含有大量被激励的电子，这些电子对水垢分子有一定的破坏作用，使器壁上原来附着的垢层剥落、溶解，直到消失[3-9]。

1.2 化学原理

施加在电子水处理器阴阳级之间的低压直流电场，在阴极区、水的界面之间会引发电极反应，如下方程式表示：

阴极表面附近 pH 值因反应中产生的 OH-而上升，碳酸根离子增加，如下方程式表示：

钙离子、镁离子等成垢离子因静电引力作用，向阴极区移动，最终富集在阴极区附近，使局部离子浓度大于本体溶液中的离子浓度。此时，钙离子、镁离子分别与碳酸根离子和氢氧根离子发生反应，进而生成相应的沉淀物，如下方程式表示：

Ca2+、Mg2+分别于 CO32-和 OH-发生反应生成沉淀后，使水中 Ca2+、Mg2+等成垢离子浓度大幅度降低，起到了抑制水垢形成的效果。经电子水处理后转载阴极区析出的水垢很容易被高速水流带走或是用专用的清除设施刮除[4，10-12]。

2 电子水处理技术应用研究进展

2.1 在电厂的应用

赵云浩等提出电子水处理法对解决电厂汽轮发电机凝汽器结垢有明显的作用，其原理主要是通过电场的作用，将水中的钙离子、镁离子吸附到阴极区进行预结垢，从而形成松软的粒状文石，再由旋转装置去形成的除粒状文石。在持续通电的情况下,水中的钙离子、镁离子不断析出，钙离子、镁离子浓度降低，从而达到在凝汽器铜管内壁上无法结垢的目的[13-14]。

枣庄矿业集团蒋庄煤矸石热电有限责任公司自投产以来，对循环水一直添加化学阻垢剂进行防垢除垢处理，2007 年初，应用了电子水处理技术对循环水系统进行了防垢除垢实验。为了检测电子水处理技术的运行效果，每月对凝汽器和凉水塔进行定期检查，从检查情况来看，没有发现明显的垢类生成在凝汽器铜管内，铜管内部清洁；凉水塔填料层未见结垢现象；汽轮机胶球收球率高，在 95%以上；凝汽器端差控制在 6～8 ℃的范围内，机组能满负荷运行，整体运行效果较好；完全停止了向循环水添加化学阻垢剂，每年可节约的化学药剂费用大于26 万元，节省排污费 50 万元以上，同时可达到节水的目的，节水费用达33万元，且设备运行良好，每年可节约检修用1万元以上，经济效益和社会效益明显[15]。

重庆安居水力发电厂为满足冷却水系统水质无垢无菌的要求，以往采用投入化学药剂方法防垢杀菌，由于效果不明显，后来采用电子水处理技术来解决该问题。通过在 1 号机安装 1套 DGQ-320-Z 型电子水处理仪后，经几个月运行观察，循环水泵泵轴密封几乎无漏水，膨胀水箱也未补充过水，水泵运行平稳，振动微小, 噪声小。冷却水经抽水样检查，未发现有黑色杂物，水色清晰，无异味，水质问题得到解决[16]。

2.2 在油田、矿业的应用

大庆朝阳沟油田由于注水管线和管柱结垢，悬浮物、细菌、硫化物超标导致堵塞井口精细过滤器，在注水井测试过程中出现坐封不严、掉仪器、卡仪器现象，每年由于结垢造成注水井重配数占注水井重配数的 40%～50%。为了解决以上问题，通过对水质处理站进行技术改造，包括脱氧工艺改造、过滤工艺改造、注水管线改造及增加杀菌设备等措施，并将高压电子水处理仪用于结垢严重的地区。

通过采用高频电场，在原有化学成分不改变的条件下，使水中矿物质的物理结构由缔合链状的大分子断裂成单个小分子。溶解在水中盐类的正负离子被单个水分子所包围，使水中钙、镁等结垢物的针状晶体变为粒状晶体，它们之间相互粘附与聚积的特性受到破坏，在管壁上不形成结垢，部分呈微小颗粒，以起到防垢的效果。同时，由于水分子偶极距增大，使其与盐类的正负离子之间的吸引力增大，附着在管壁上的旧垢逐渐开裂、疏松、脱落，起到了除垢的效果。通过挂片对比检测，在安装电子水处理仪的区域，平均阻垢率达到了 80.1%，阻垢效果良好。现场实际应用表明，在结垢严重的地区安装电子水处理仪，可以大大减少因结垢而造成的注水井重配问题，而且能够缓解注水井的二次污染[17]。

李石坚等[18]通过试验室挂试验，验证电子水处理技术的控垢防垢的效果，试验结果表明，采用电子水处理器，平均抑垢率达到 77.4%，且处理效果稳定，经过处理的净化矿井水能达到良好的控垢效果，可用于低压锅炉补充用水。

2.3 在石化行业的应用

中原大化集团有限责任公司合成氨装置脱碳系统温水加热器因选型不合理、无防垢设备等原因引起其结垢，导致换热能力下降，极大地影响了脱碳系统的正常运行。为了解决脱碳系统存在的问题，将电子水处理仪应用于循环水系统管线上，电子水处理仪运行一年后，在装置大修期间打开温水加热器检查，同上次大检修时比较，脱碳系统结垢现象不仅没有增加，反而一些原有的结垢已经发生龟裂，用水冲洗时容易除去，这表明了电子水处理仪的应用有明显阻垢、除垢的作用，有效的保证了装置脱碳系统的正常运行[19]。

昆明焦化制气厂[20]生产用水主要取用地下水，水硬度高，碱度大，属易结垢型水质，生产中易引起换热设备结垢堵塞，为解决该问题，在脱硫工段3号空气压缩机的循环冷却水系统安装了电子水处理器，电子水处理器运行三个月后，检查3号空压机冷却器，冷却器管口轮廓清楚，端面和换热管无明显结垢，表明循环冷却水采用电子水处理器后，使用效果良好。

3 结 语

与传统的添加化学药剂、离子交换器、机械冲洗法等水处理方法相比，电子水处理技术具有无环境污染、设备管道寿命长、维护工作量小、投资小等优点，是一种具有发展前景较好的水处理技术，随着科学技术的不断发展及人们环保要求的日益严格，电子水处理技术将不断发展完善，其应用领域也将不断扩大。目前，电子水处理技术在理论研究上还不够深入。在今后的研究中，应进一步加强该技术在阻垢杀菌上的机理研究，以指导实际应用，同时针对不同的行业，开发出新型的适应性强、运行稳定性高、除垢杀菌效果好的电子水处理仪，扩展电子水处理技术在更多行业的应用，如冶金、水泥、造纸、纺织业等。

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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文献标识码： 1671-0460（2014）07-1316-03

2013-11-24

刘慧杰（1986-），女，宁夏石嘴山人，助理工程师，2009 年毕业于西南石油大学应用化学专业，研究方向：从事水电厂化学车间生产技术工作。E-mail：314880626@qq.com。