浅谈高压静电水处理器处理循环冷却水.doc

精品文档浅谈高压静电水处理器处理循环冷却水苏州同帝水处理科技有限公司摘要：我国水资源总拥有量约2.7万亿立方米。仅2002年，全国淡水取用量达到5497亿立方米。2004年仅全国因环境污染造成的经济损失为5118亿元，其中水污染为2862.8亿元。在此严峻形势下怎样才能响应国家节能减排号召并突破瓶颈创造出更多的经济效益呢？选择高效优秀的环保方案和环保产品是企业的明智措施。本文介绍了一种新兴的物理水处理方法-高压静电水处理器，并在水处理效果，经济效益，环境效益等方面与传统的水处理方法进行了比较。关键词：水处理；高压静电；节能环保 我国水资源总拥有量约2.7万亿立方米，人均水资源占有量2200立方米位列全球倒数第二，只相当于世界平均水平的1/4。随着中国大规模的工业化和城市化进程，污染问题和水资源短缺问题还在继续恶化中。根据既定的环保目标，未来五年，中国全社会环保投资预计将达到创记录的1.3万亿元，将比“十五”期间增加近6000亿元。国家环保总局的目标是：到2010年，在G D P年均增长7.5%的同时，单位G D P能源消耗降低20%，主要污染物排放总量减少10%。在此严峻形势下，要实现环境和经济和谐科学发展必须从节能减排和提高效率上入手。对中国企业而言通过节能降耗减少产品中资源消耗成本的空间还很大, 企业入手节能降耗即响应国家节能减排要求又可保持产品竞争力。以技术创新为动力,采用新技术、新工艺、新材料,减少资源消耗,沟通以产业链为纽带的上下游关联产业,发展循环经济、节能环保和循环经济,降低产品成本，提高经济效益,提升企业竞争力是企业领导人可以采取的可持续发展战略。在目前的条件背景下，一个能提高企业效率改善工况且本身不产生更多污染的方案和产品就是优秀的环保方案、环保产品。企业选择此类方案和产品必定将大大受益,研究结果表明：高压静电场水处理技术具有低能耗、无污染、高效率的特点，极具应用前景，在不久的将来，静电水处理技术将成为工业用循环冷却水处理技术的主流发展方向。一、 高压静电水处理设备的简介：1、高压静电水处理器的组成结构和工作原理：高压静电水处理器是根据最新一代的物理水处理原理，其主要是由棒体合金复合探头和产生高压电的电控箱组成。电控箱输出18000V以上的直流电，使水中的棒体合金复合探头周围产生一个高压静电场，以维持对水的连续处理。按照水分子具有极性的特性，自然状态下的水分子是无序排列的，但在高压静电场中，水分子则会发生有规则的排列。可将水体中的阳离子（Ca2+、Mg2+）、阴离子（ Cl-和SO42-）包围起来，阻止其化学反应的发生，并且在水分子和设备间形成电位差，束缚离子向设备聚集的能力，起到阻止结垢的作用。在高压静电场中水垢分子间的电子结合力能得到破坏，改变了其晶体结构，促使其疏松，并加大水分子的偶极距，增强与盐类分子的水合能力，使水垢逐渐剥蚀、脱落。在高压静电场的作用下，水体中还能生成一定量的臭氧（O3），臭氧具有很强的氧化能力，能在设备无垢的内壁生成几微米的致密氧化层，能极大的延缓系统的腐蚀。臭氧还具有很强的杀灭微生物的作用，比氯快600-3000倍，能迅速杀灭微生物，高压静电场还改变了水中衍生的细菌和藻类的生物场，抑制其代谢能力，在这些综合作用下，能迅速有效的杀灭水体中的微生物。2、高压静电水处理设备的安装和运行方式：高压静电水处理设备安装极其简单，可以安装在系统的管道中，也可以数十台上百台的集群安装在蓄水池里或冷却塔下方的水槽中，采用阵列式方法安装，能处理数千至数万吨的循环水量，并可连接远程监控设备，在机房或控制中心监视高压静电水处理器的工作状况。接通电源就可进行工作，单台耗电低于15瓦，无需专人管理，只需定期巡视观察设备指示灯是否正常工作即可，安全方便。二、 高压静电水处理方法的优势1、效果优势1.1、 与其他物理学方法处理水的比较目前除了高压静电处理循环冷却水外，经常应用的是磁场处理循环冷却水，其原理是根据法拉第的电磁理论，循环水在外力作用下通过磁场，作切割磁力线运动，水中就会产生电荷和使电荷运动的电动势。于是产生了电流电位差等物理变化，生成了电能，磁场强度越高，磁力线越密集，水的运动速度越快，水的电阻率越低就会产生越多的电能，水的物理变化也就越显著。这时水就被磁化了。这种水可以称之为磁性水或者叫磁化水。同时也可以看出水被有效磁化是有条件的，具体到循环冷却水系统， 必须要使在系统中循环的水流与磁力线垂直正交，用一定数量的水流去切割有相应磁场强度和相应密度的磁力线，还应有足够的流速，才能对水进行有效能的磁化。如果磁化程度不够，水的性质没有发生显著的变化，在使用中就不会有明显的效果。磁化过的水经过一段时间， 即流经一段距离，磁化水经本身的物理化学变化，以及磁化水与金属管壁及其它物质的接触过程中所进行的反应，会逐步消耗完磁化的能量。因此，适时、恰当的应用是十分重要的。 磁场水处理的处理效果,受水质如总硬度、暂时硬度、pH和其它成分的影响,不同水质其处理效果也不同。用于除垢时,主要适用于结垢成分是碳酸盐的水,对不同总硬度的水进行磁化处理研究表明：在250mg/L附近抑垢率出现极小值。当水中含有SO42-时,磁化抑垢效果被破环,一般当水中含有SO42-时要慎用。碱度对磁化防垢处理也有影响,当碱度远小于硬度时,抑垢效果不明显。研究表明,当水中碱度增大时,磁化处理和未磁化处理的水,结垢量都增加,不同的是未磁化处理水在碱度350mg/L(以CaCO3计)左右时结垢急剧增加,而磁化处理水的结垢增加相当平缓1，2。水中主要结垢成分是磷酸盐、硅酸盐时,则不宜使用。实践表明，电场处理比磁场处理更适于循环冷却水防垢。其原因是，循环水中总含有一些腐蚀产物，例如磁性氧化物微粒，它们流过磁场时被吸着，这些铁磁性物质在磁场中聚集，结果造成磁短路，减弱了磁场对水的作用。电场防垢中在高压静电的作用下，水中所含的铁磁性物质颗粒不会被吸着，不会影响防垢装置的防垢作用。高压静电水处理的处理效果除了对硅酸盐垢效果不佳外，其他则没有任何附加条件，因此，高压静电水处理的效果从原理上优于磁场的方法。超声波防垢器主要由超声波电源发生器、超声波换能器、传输电缆组成。超声波的辐射能对被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡，当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时，产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其易于脱落。受气泡产生压力的影响流动液体和成垢物质的活性得到提高，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件。水分子裂解产生的活性H 自由基进入管道后将产生还原作用，可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上，加热管上的吸收和传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，从而导致垢层产生疲劳而松脱。超声波防垢器的关键在于发泡。发泡的条件是比较苛刻的，受水质、黏度、表面张力、水中的空气、温度、流速、距离、管路材质，设备本身的参数设置等等许多因素影响。发泡效果差，除垢防垢效果也就差。一般利用超声波清洗时为达到好的清洗效果还得使用利于发泡的清洗液。超声波防垢器的最大缺点在于对人体有伤害，有噪音污染和辐射污染。为达到效果超声波设备频率很多是20khz，这个频率属于高频噪声，人长期在此环境下工作将严重损坏听力系统并影响神经系统。超声波对固体和液体都有很强的穿透本领，医用B超这个强度就足以使生物体产生瞬态空化现象，靠近爆炸气泡附近的细胞会受到损伤，一般说来，在人体内大多数器官和生物流体中，损伤少量细胞不会对人体产生危害。B超已经经过小白鼠试验证明不会致癌。但工业中的超声波辐射强度和持续时间比B超强过千万倍。存在潜在的致癌与致畸形因素。高压静电水处理则是相当安全环保的。它并不产生污染。 另外再介绍两种电子水处理器：1、静电水处理器和电子水处理器： 静电水处理器和电子水处理器的构造相似,均由两部分组成。(1)水处理器其壳体为阴极,一般由镀锌钢管制成,壳体中心装一阳极。静电水处理器的阳极是一个芯棒,芯棒外套四氟乙烯管,确保有良好绝缘。电子水处理器的阳极是一根金属电极,它直接与水接触。被处理的介质通过阳极和壳体之间的环状空间而被处理。(2)直流电源静电水处理器采用高压直流电源,又称高压发生器。电子水处理器则采用低压直流电源。2、高频电子水处理器（电子除垢仪）：它由水处理器和电控器组成。水处理器由电极和壳体构成,其中电极为阳极,壳体为阴极。电控器即高频发生器,它的功能是利用电子元件产生高频电磁场，水通过其间即被处理。 为了提高处理效果,有人经研究提出在阳极之间加设屏蔽网(负极)进行屏蔽,确保各阳极独立工作,互不干扰。据称该项技术与不设屏蔽网的同类产品相比,效率可提高30%以上3。实践表明，以上水处理设备在实际运用中，由于受到设备本身和使用条件的限制，都不能很好的解决循环冷却水系统中的问题。1.2、 与传统的化学药剂处理循环冷却水方法的比较目前大多数循环水都是使用化学药剂进行水处理的。由于大量设备是由金属制造的，在生产过程中，循环水会对系统产生腐蚀。腐蚀有二种形式，一种是直接的腐蚀，还有一种是垢下腐蚀。这主要是由以下四种因素造成的：1、冷却水中溶解氧引起的电化学腐蚀；2、有害阴离子（ Cl-和SO42-）引起的腐蚀；3、微生物（厌氧菌、铁细菌）引起的腐蚀和垢下腐蚀；4、由于处理循环冷却水所加的化学药剂大部分为酸性，如有机膦酸类药剂-羟基乙叉二磷酸（HEDP），含磷酸根离子和亚磷酸根离子及氯化物，在反应的过程中除了和碳酸钙发生反应外，还和铜产生络合作用；又如聚羧酸类分散阻垢剂-聚丙烯酸（PAA），与铜也具有较强的络合作用，它们在解决阻垢问题的同时会对铜管产生一定的腐蚀性。还有清洗预膜剂，合成的高效缓蚀阻垢剂等都是ph值在1-2之间的，所以加化学药剂的方法本身就会对设备带来腐蚀的风险4，5。用加药剂的方法处理循环冷却水，还要考虑原水水质、循环水水量及温升、补水水质、排污量、使用循环水的换热设备材质和型式以及其他工况条件等实际情况，药剂投放的不均匀也会产生局部的酸性和碱性,有时还需要加硫酸来中和PH值。因此，这是一个动态的控制，相当复杂繁琐。例如，在实际情况中，在加化学药剂，使用胶球清洗管道的情况下，往往还需要对循环水系统进行定期清洗，这就是由于系统中的细菌和藻类大量繁殖，产生的分泌物和细菌藻类的尸体黏附在水中的悬浮物上，然后附着在管壁上引起的，在引起腐蚀的同时，降低了冷凝器的热交换效率，也使冷却水流量减少，进而降低冷却效果；严重时会堵死管道（如厌氧菌和铁细菌引起的锈瘤），迫使停产清洗6。因此，在使用药剂的情况下，系统往往有可能达不到最佳的运行工况。1.3、工厂实例根据对大量循环冷却水系统的了解，在浓缩倍率小的情况下（如2-3倍），软垢生成的速度较硬垢生成的速度大，随着浓缩倍率的增大（如20-30倍，氯根离子含量大于500mg/L），硬垢生成的速度相对增大。因此，大部分企业对循环冷却水系统的浓缩倍率都控制在比较小的情况下，故由软垢引起的影响热交换效率的情况就相对比较突出。高压静电水处理器具有强大的阻止硬垢生成和清除软垢和硬垢的能力，并且也在实际案例中得到了验证，如在高浓缩倍率下对凝汽器端差的控制。端差是指凝汽器压力下的饱和温度与凝汽器冷却水出口温度之差。对一个清洁的凝汽器，在一定的循环水温度和循环水量及单位蒸汽负荷下就有一定的端差值指标，一般端差值指标是当循环水量增加，冷却水出口温度愈低，端差愈大；单位蒸汽负荷愈大，端差愈大。实际运行中，若端差值比端差指标值高得太多，则表明凝汽器铜管（钢管）内部脏污、腐蚀或积泥，致使导热条件恶化。我们统计了杭联热电从07年3月到9月使用高压静电水处理器的数据：1. 系统发电量最高每小时1.3万度，最低每小时0.85万度2. 系统凝结水量最高每小时50T，最低每小时32T3. 系统真空度85-92kpa之间4. 系统端差3-4月份保持在8.5-10.5度左右，5-9月份保持在10-12度之间5. 循环水浓缩倍率在3-4月份保持在30-50倍，cl-离子浓度在600-850mg/L之间，5-6月份相对较小,在5-20倍，在7-9月份开始，又恢复到30倍以上，最高62倍，cl根离子浓度达到1005mg/L6. 在整个3-9月份的过程里，PH值都稳定在7.8-8.2之间通过以上数据分析，对比前面影响端差增加的原因，可以看出，在凝汽器汽侧不漏气，冷却水的流量相对稳定的情况下，在系统负荷变化很大和由于进入夏季，环境温度上升20度左右而导致冷却水入口温度上升的情况下，端差基本能保持不变，说明铜管的换热效率很好，水侧没有发现任何结垢现象，而系统的循环冷却水始终保持了较高的浓缩倍率。 浙江衢州巨化集团下属电化厂氯化分厂有一套冷冻循环水系统，按计划在07年的11月底进行两年一次的大修，该系统在07年9月安装了高压静电水处理设备，在使用不到两个月的情况下，打开冷凝器检查，效果非常理想。该冷凝器热交换采用不锈钢管，在没有使用高压静电水处理器时，打开检修能看到大量的软垢，使用后不锈钢管内表面光滑，没有任何软垢。并且冷凝器的循环水进出水温差从原来的4度上升到7度，液氨冷凝温度下降1度，明显的提高了热交换效率，降低了3.1%的冰机耗电量，同时年节约用水20-25%。2、环境能源优势 循环冷却水是工业废水中的主要排污源，工业废水的磷源主要是循环冷却水处理中采用的磷系药剂带入的。我国循环冷却水处理用的药剂以磷系配方为主,占52 %58 %; 全有机磷配方占20 %。还有钼系配方, 占5 %; 硅系配方, 占5 % 8 %; 钨系配方,占5 %; 其他药剂配方,占5 %10 %。石化企业使用磷系配方的占90 %以上,非磷系配方还不到10 %。钼酸盐价格昂贵,钼也属于重金属,在国外环境立法中受到限制, 特别是西欧和日本钼和磷一样已开始列入被限制排放之列7。硅酸盐，主要是水玻璃，价廉无毒，但控制不好会形成难以清洗的硅垢。使用时需加有机磷酸盐如羟基乙叉二磷酸（HEDP）5L作为阻垢剂。钨酸盐缓蚀剂价格高，也要同时加入有机磷酸盐以提高缓蚀效果。其他如对常用的铝盐絮凝剂，鉄盐絮凝剂和有机高分子絮凝剂在制备过程中的生态安全性进行分析，认为铝盐絮凝剂的长期使用会造成水中过高的铝离子残留，其在环境中的迁移转化会对植物、动物、微生物和人造成慢性的长期危害；铁盐絮凝剂在制备过程中可能会引入有害离子。并产生NO2有害气体，铁离子可以促进自由基的产生，导致细胞和组织的损害；聚丙烯酰胺在自然条件下也可缓慢降解为剧毒的丙烯酰胺单体。而且单从含磷的磷酸盐、聚磷酸盐到磷基聚羟酸虽然磷含量逐渐降低，但终归含磷任然会引起环境的富营养化。含磷过多会引起环境的富营养化使藻类和其他水生植物快速生长,消耗水中的氧,使水变黑、变臭,鱼类和其他水生物大量死亡。湖水中滋生的藻类达117种，其中蓝藻，硅藻、绿藻、裸藻4种藻类占总藻类的90%以上，蓝藻甚至可产生致癌毒素。因此，当有机物过高超过水体的自净能力时就会导致湖泊湿地退化，打破水生态平衡，导致水生生物大量死亡，从而影响到整个生态圈的能量流动与物质循环7替代物如聚羟酸类阻垢分散剂-聚丙酸烯、聚马来酸酐等聚合物虽然曾经使水处理技术取得了突破性进展， 由于无磷，曾被认为是无毒、污染很小、环境可接受的水处理药剂8。但对这些毒性较低或者无毒的水处理药剂，忽略了他们在环境中长期造成的潜在危害。近年研究成果表明，尽管多数聚羟酸阻垢剂分散剂毒性较低，但它们一般无法生物降解或只能少量生物降解，若在水体中长期富集，也将严重污染环境，因此，从生物降解指标看，这些被认为是无毒的药剂，同样会严重污染环境。高压静电水处理不产生任何污染，替代化学药剂处理方法后就可以减少以上污染的排放。有着明显的环境能源优势。总的来说，使用高压静电水处理器有4大优势：1，能有效提高设备效率，工厂实例显示年节约用水20-25%。2，能有效提高设备工况，延长设备连续工作时间和使用寿命。3，完全可替代化