CN105800842B - 一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法，该旁流水处理系统包括旁流取水单元；与旁流取水单元连接的电化学水处理装置，电化学水处理装置中包括反应室；反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；设置在反应室内部顶端的阳极；位于反应室和阳极之间的刮刀；及驱动刮刀的驱动装置；驱动装置位于所述反应室的下方；与电化学水处理装置连接的旋液分离器，其溢流口与循环水系统相连；与反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。该旁流水处理系统通过控制水量、矿物质、悬浮物和生态四个平衡，将水质控制在适当的范围内，从而解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题。

Description

一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法

技术领域

本发明涉及循环冷却水处理领域，尤其涉及一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法。

背景技术

循环冷却水系统是以水作为冷却介质，由换热设备、冷却设备、水泵、管道及其它有关设备组成，并循环使用的一种给水系统。旁流水，是从循环冷却水系统中分流并经处理后，再返回循环冷却水系统的那部分水。

循环冷却水是指通过换热器交换热量或直接接触换热方式来交换介质热量并经冷却塔冷却后，循环使用，以节约水资源。一般情况下，循环冷却水是中性或弱碱性的，pH值控制在7～9.5之间。水经过冷却塔降温之后(通常蒸发掉1～2％可以将剩下的98～99％的水的温度降低5～10℃)，重新回到换热器吸收热量，如此循环不止；水循环过程中蒸发掉的是纯水，水中的盐份则会不断浓缩，溶解盐类的浓度不断升高；难溶盐或微溶盐的浓度达到饱和浓度以上时，就会结晶析出，成为水垢，碳酸钙则是循环水系统中最为常见的水垢。同时冷却塔中的循环水温度一般为30℃左右，微生物滋生也是循环冷却水中常见的问题。循环冷却水在循环运行过程中不可避免地对换热设备产生一系列的危害，即水垢、污垢的沉积、腐蚀的加剧、菌藻的滋生等，如不进行有效治理，循环冷却水系统则很难正常运行。

目前，现有技术采用投加化学药剂的方式处理循环冷却水中的水垢、污垢的沉积、腐蚀的加剧、菌藻的滋生等问题，但是传统加药方式无法在线消毒，杀菌灭藻剂投加是间歇投加的，微生物在两次投加之间会滋生，造成微生物和悬浮物问题；排污也是间歇式排污，碳酸钙饱和指数LSI和稳定指数RSI波动范围大，结垢和腐蚀也难以得到稳定的控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法，本发明提供的旁流水处理系统能够同时解决循环冷却水的腐蚀、结垢、微生物和悬浮物问题。

本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，包括：

旁流取水单元；

与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置，所述电化学水处理装置中包括反应室；

所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；

设置在所述反应室内部顶端的阳极；

位于所述反应室和阳极之间的刮刀；

及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；

与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；

与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。

优选地，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括控制单元，所述控制单元用于分别控制旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器和排污单元。

优选地，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括人工检测校验单元；

所述人工检测校验单元用于调整控制单元。

优选地，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括与控制单元连接的远程监控单元。

优选地，所述排污单元包括储污仓；所述储污仓设置有排污入口和排污出口；

所述反应室的排污口和所述储污仓的排污入口相连。

优选地，所述旋液分离器的底流口与储污仓的排污入口相连。

本发明提供了一种根据上述技术方案所述循环冷却水旁流水处理系统处理循环冷却水旁流水的方法，包括以下步骤：

将旁流取水单元中的待处理水通入到电化学水处理装置中，得到电解处理后的水、消毒物质和水垢；

将所述电解处理后的水和消毒物质通入到旋液分离器中，得到悬液分离处理后的水、消毒物质和悬浮物，所述悬液分离处理后的水和消毒物质输送到所述循环水系统中；

将所述水垢和悬浮物通入到排污单元中进行处理。

优选地，所述循环冷却水在循环水系统中的停留时间T_AR按照下述反应式进行计算：

T_AR＝V÷L＝(K-1)×V÷Q_e；

其中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)；Q_b为排污量；Q_d为飞溅或风吹损失量；

实际或运行浓缩倍数：K＝Q_m÷(Q_b+Q_d)；Q_m为循环水系统补加水量；

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)，Q为循环冷却水循环量；F为显冷校正系数，年平均0.75，冬季为0.65，夏季为0.85；ΔT为冷却塔温度差。

优选地，所述排污单元按照下述反应式得到的排污时间进行排污：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁))

其中，Q_m为循环水系统补加水量；

Q_d为冷却塔飞溅损失；

Q₁为旁流处理量；

t为排污时间；

f为排污频率；

K为实际或运行浓缩倍数，循环水与补水中硫酸根的比值，无量纲。

本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，包括：旁流取水单元；与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置，所述电化学水处理装置中包括反应室；所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；设置在所述反应室内部顶端的阳极；位于所述反应室和阳极之间的刮刀；及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。本发明提供的系统中的电化学水处理装置能够控制水的结垢和微生物的滋生；旋液分离器能够分离循环冷却水中的悬浮物和捕捉从电化学水处理装置中逃逸的水垢结晶；排污单元将电化学水处理装置中的水垢和旋液分离器中的悬浮物以及部分循环冷却水排出系统之外，实现循环冷却水中的矿物质平衡，维持碳酸钙在稳定状态，易腐蚀离子浓度处于安全范围内，从而控制循环冷却水的腐蚀问题，因此，该循环冷却水旁流水处理系统通过控制水量、矿物质、悬浮物和生态四个平衡，将水质控制在适当的范围内，从而解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。实验结果表明：本发明提供的旁流处理系统处理循环冷却水后返回到循环水系统中，循环水系统中的循环冷却水的浊度在20NTU以下；LSI维持在1.0～2.0之间；RSI维持在4.0～6.0之间。

附图说明

图1为本发明提供的电化学水处理装置结构示意图；

图2为本申请提供的刮刀驱动装置的分解结构示意图；

图3为本发明采用的旋液分离器的结构示意图；

图4为本发明提供的循环水系统水量平衡示意图；

图5为本发明提供的旁流电解处理的有机合成循环水电导率与钙硬度的变化趋势图；

图6为本发明提供的循环冷却水旁流水处理流程示意图；

图7为本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统安装示意图；

图8为本发明实施例1的循环冷却水浊度-运行时间变化趋势图；

图9为本发明实施例1的循环冷却水的水质稳定性控制随运行时间的变化趋势图；

图10为本发明实施例1的循环冷却水中总磷随运行时间的变化趋势图。

具体实施方式

本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，包括：

旁流取水单元；

与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置，所述电化学水处理装置中包括反应室；

所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；

设置在所述反应室内部顶端的阳极；

位于所述反应室和阳极之间的刮刀；

及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；

与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；

与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统包括旁流取水单元。在本发明中，所述旁流取水单元与循环水系统连接。在本发明中，所述旁流取水单元为旁流取水泵。旁流取水泵将循环水系统中的部分循环冷却水输送给电化学水处理装置进行电解处理。在本发明中，循环冷却水是中性或弱碱性的，pH值在7～9.5之间。水经过冷却塔降温之后，通常蒸发掉1～2％可以将剩下的98～99％的水的温度降低5～10℃，重新回到换热器吸收热量，如此循环不止。水循环过程中蒸发掉的是纯水，水中的盐分则会不断浓缩，溶解盐类的浓度不断升高。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统包括与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置。在本发明中，所述电化学水处理装置作为循环冷却水旁流水处理系统的电解单元，见图1，图1为本发明提供的电化学水处理装置结构示意图；其中，1为反应室，2为阳极，3为刮刀，4为控制柜，5为电解电源正极，6为电解电源负极，7为阳极接线盒，8为自动进气排气阀门，9为驱动马达，10为减速器，11为刮刀传动轴，12为入口，13为出口，14为刮刀支架，15为排污口，16为密封套件，17为支腿，18为排污阀门。

在本申请中，所述电化学水处理装置中包括反应室1；所述反应室1也作为电解反应的阴极；所述反应室1用于电化学水处理。在本申请的实施例中，所述反应室1为圆柱状；所述反应室1的顶部为平面式端板。在阴极附近，水溶液电解产生OH^-，在阴极附近界面层获得pH值高达14的强碱性溶液，碳酸钙和氢氧化镁在界面层处于过饱和状态，碳酸钙和氢氧化镁在阴极表面和界面层中快速结晶，部分水垢结晶在阴极表面沉积析出。在本申请中，所述反应室1的材质优选为碳钢、不锈钢、钛、钛合金或铝合金。阴极附近发生的电化学反应如下：

2H₂O(l)+2e^-→H₂(g)+2OH^-(aq)；

Ca²⁺(aq)+2OH^-(aq)→Ca(OH)₂(垢)；

Ca²⁺(aq)+CO₃ ^2-(aq)→CaCO₃(垢)；

阴极附近产生高浓度的OH^-，阴极的旋转强化了传质过程，此碱性环境中的结垢离子过饱和度很高，过饱和的结垢离子快速形成晶核，大量的晶核为溶液中的结垢离子提供了超大的晶体生长表面和晶体活性生长点；由于大量微小晶核的表面积比阴极表面积大很多倍，结垢离子结晶析出的机率大大增加，除垢效率也就增加。

所述反应室1底端设有入口12和排污口15，且上端设有出口13；待处理水由入口12进入反应室1，进行电化学处理；在电解水垢沉积和刮除水垢的过程中，部分细微的颗粒会经过出口13回到水系统，成为悬浮物，经由旁滤系统去除；产生的水垢经过排污口15排出反应室1。

在本申请中，所述电化学水处理装置包括阳极2，所述阳极2设置于反应室1的内部顶端。在本申请的实施例中，所述反应室1内设置至少一只阳极，所述阳极固定在反应室1的内部顶端；所述阳极为圆柱状或V形长条状。在本申请中，所述阳极和阴极成对布置；阴极可以在阳极内部，阳极也可以在阴极内部。在阳极附近，水电解产生氧气和氧自由基，与水及水中的溶解氧生成双氧水和臭氧，维持反应室内部较强的消毒环境，同时部分氯离子被氧化成氯气，从而形成次氯酸根(ClO^-)，次氯酸根具有持续的抑制细菌滋生能力。阳极附近发生的电化学反应如下：

生成氧气：4HO^-→O₂(g)+2H₂O+4e^-；

游离氯：Cl^-–e^-→ClO^-；

2Cl^-(aq)→Cl₂(g)+2e^-；

O₂+2HO^-–2e^-→O₃(g)+H₂O；

2H₂O–2e^-→H₂O₂+2H⁺；

2H₂O–2e^-→2OH^-+2H⁺。

在本申请的实施例中，本申请采用的阳极可以为网状形稳性电极(DSA)，在200A/m²以上的电流的密度条件下，使用寿命在5年以上。

在本申请中，所述电化学水处理装置包括刮刀3，所述刮刀位于所述反应室1和阳极2之间，所述刮刀3置于刮刀支架14之上，所述刮刀支架14与反应室1相连。在本申请的实施例中，所述刮刀的外边缘与反应室的内壁之间的间隙优选为2mm～4mm；所述刮刀可以为笼状刮刀，所述笼状刮刀为内外形状均为圆柱状，三只以上的条状刮刀用四个以上圆环固定，形成笼状；笼状刮刀底部设有镂空圆盘，圆盘外边缘设有固定条状刮刀的凹槽；圆盘中央开连接孔与传动轴11相连；所述笼状刮刀的材质为聚合物或陶瓷；所述聚合物为塑料或橡胶。所述刮刀可以频繁开启，频繁转动，增强传质效果，增加成垢离子到达阴极表面的几率；也可以随时刮除已经沉积在阴极表面的水垢，减少电阻，提高电流效率和降低电能消耗。在本申请中，所述刮刀工作时围绕中心轴旋转，所述中心轴与所述反应室的轴线重合，所述刮刀可以以5rpm～30rpm的角速度进行旋转；所述刮刀的旋转增加了对阳极反应产物的扰动，强化了阳极反应产物的扩散，增强了杀菌灭藻的效率。

在本申请中，所述电化学水处理装置包括驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置设置于所述反应室1的下方。在本申请中，所述刮刀与阴极弹性接触，在驱动装置的驱动下，刮刀可以随时将阴极沉积的水垢刮除，及时更新水垢沉积表面，可以提高水垢沉积速率。在本申请的实施例中，所述驱动装置可以包括驱动马达9、减速器10和传动轴11；所述驱动马达9的输出轴与所述减速器10连接，所述减速器的输出端通过传动轴11连接，所述传动轴11的输出端通过所述刮刀支架14与刮刀3连接。随着电解反应的进行，阴极表面会析出水垢，根据补水的水质，可以定时启动驱动装置驱动刮刀3刮除反应室1表面的水垢。在本申请中，所述驱动装置设置于反应室1的下方，顶部端板只固定电极，打开设备维护更加轻便。在本申请的实施例中，所述传动轴与水接触部分采用聚合物材质，不与水接触部分采用不锈钢材质；所述传动轴的聚合物材质部分采用旋转接头式机械密封，旋转接头式机械密封用经过过滤的水冷却。

进一步的，图2为本申请提供的刮刀驱动装置的分解结构示意图。在图2中，9为驱动马达，10为减速器，52为刮刀传动轴连接不锈钢部分，53为机械密封转子，54为机械密封定子，55为轴承，56为轴封，16为密封套件，58为减速器固定法兰，59为减速器固定端板，60为减速器法兰底座。

本申请提供的刮刀驱动装置与水直接接触的部分均为非金属材料制作而成，且采用轴封56、机械密封转子53和机械密封定子54双密封。

本申请提供的密封套件16内注满过滤后的水，则轴封56内外没有压力差，轴封56起到保护机械密封不被析出水垢或者机械颗粒损坏的作用。

本申请提供的刮刀驱动装置中的减速器10通过减速器固定法兰58和减速法兰底座60固定在减速器固定端板59上。

在本申请中，所述电化学水处理装置优选还包括电解电源正极5和阳极接线盒7；所述电解电源正极5通过所述阳极接线盒7与上述技术方案所述阳极2连接。

在本申请中，所述电化学水处理装置优选还包括电解电源负极6，所述电解电源负极6与上述技术方案所述反应室1的外壁直接相连。在本申请中，电解电源为直流恒电流输出。

本申请提供的电化学水处理装置优选还包括自动进气排气阀门8，所述自动进气排气阀门8与上述技术方案所述反应室1的外壁直接相连，且位于反应室1的顶部。本申请中的自动进气排气阀门8将反应室1中积累的气体自动排出反应室1之外，同时在反应室排空时，空气通过自动进气排气阀门8进入反应室1。

在本申请中，所述电化学水处理装置优选还设置有排污阀门18；所述排污阀门18位于反应室1的底部。在本申请的实施例中，刮刀刮掉的水垢一部分会沉积到反应室1的底部，通过启动排污阀门18将水垢排出反应室1之外。

在本申请中，电化学水处理后产生的水垢通过排污阀门18的控制输送至排污口15。

在本申请中，所述电化学水处理装置优选还包括支腿17，所述支腿17将电化学水处理装置支离地面。

在本申请中，所述电化学水处理装置优选还包括控制柜4，所述控制柜4中包括PLC控制器、电解电源和电气连接器件。在本申请中，所述PLC根据预先设置，监测电解过程中的各个参数，如电流、电压、阀门状态；也可以根据驱动马达的工作周期和工作时间，决定排污阀门的开启时机，自动完成刮垢和排污功能。PLC能够自动调控循环水的矿物质平衡，替代了现场管理人员的人为调节矿物质平衡的工作，简化了循环水的管理工作。

具体地，在本申请的实施例中，循环水的电化学处理过程如下：

将待处理的循环水从反应室1底端设置的入口进入到反应室1中，电解电源的正极5通过阳极接线盒7与阳极2连接，电解电源的负极6与反应室外壁直接相连；反应室1中充满的水溶液、反应室1、阳极2与电解电源的连线，形成闭合电流回路，启动电解电源，在阳极和阴极附近开始发生电化学反应；随着反应的进行，自动进气排气阀门8则可以将反应室中积累的气体自动排出反应室1之外；在阳极附近，水电解产生氧气和氧自由基，与水及水中的溶解氧生成双氧水和臭氧，维持反应室内部较强的消毒环境，同时部分氯离子被氧化成氯气，从而形成次氯酸根，次氯酸根具有持续的抑制细菌滋生能力；在阴极附近界面层获得pH值高达14的强碱性溶液，碳酸钙和氢氧化镁在界面层处于过饱和状态，它们在阴极表面和界面层具备快速结晶的条件，部分水垢在阴极表面结晶析出；根据补水的水质和循环水系统工况分析(蒸发量、温度和管道材质等)，可以定时启动驱动马达9驱动刮刀3刮除阴极2表面的水垢，此时入口的进水并没有终止；刮掉的水垢一部分沉积到反应室底部，通过排污口15排出；细微的颗粒会经过出口13回到待处理的循环水系统中，成为悬浮物，经由旁滤系统去除；处理后的水从反应室1上端设置的出口13排出反应室。

在本发明中，所述电化学水处理装置利用水及水中矿物质的电化学特性，通过电解来调节水中矿物质的平衡，从而控制腐蚀和结垢，同时产生杀菌灭藻的物质控制循环水中的微生物。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统包括与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器。在本发明中，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连。在本发明中，所述旋液分离器为循环冷却水旁流水处理系统的悬液分离单元，旋液分离器将沉积的颗粒物通过离心方式分离出来，经由底流口排出到排污单元中。本发明采用本领域技术人员熟知的旋液分离器进行悬液分离。在本发明中，所述旋液分离器的结构示意图参见图3，图3为本发明采用的旋液分离器的结构示意图，从图3可以看出，旋液分离器的主体由一圆筒和一锥筒壳连接而成；D_e为圆筒内径，D_e＝75～500mm。在本发明中，所述旋液分离器的溢流口直径优选为17mm～130mm，所述旋液分离器的底流口直径优选为8mm～75mm；所述旋液分离器的进料口直径优选为20mm～160mm。

在本发明中，电化学水处理装置由于刮刀频繁启动增加除垢效率的同时，也有部分水垢结晶没有沉淀到反应室底部进入储污仓，而是逃出反应室进入循环冷却水中，旋液分离器则可以捕捉逃逸的水垢颗粒；部分循环冷却水中的悬浮物包括藻类，在电流作用下发生絮凝或被灭活，旋液分离器则可以配合将絮凝的颗粒和灭活的藻类尸体分离出来。在本发明中，由电化学水处理装置输送过来的固-液悬液由旋液分离器的进料口按切线方向进入，并在旋液分离器内造成强烈的旋流运动，含细颗粒那部分液体则通过旋转固定在旋液分离器顶部中心，并伸至于旋液分离器的溢流口排出至循环水系统中；在离心力作用下，较大颗粒在向旋液分离器内壁沉降的同时，由于有压力差的推动力作用，则随一部分液体从底流口排出。在本发明中，所述旋液分离器的去除效率取决于水的流速和悬浮物比重。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统包括与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。

在本发明中，所述排污单元包括补水流量计、储污仓和排污阀门；所述排污阀门安装在储污仓的出口上，排污阀根据所述控制单元的指令开启和关闭；反应室的排污口和旋液分离器的底流口均连接到储污仓上，作为储污仓的入口；补水流量计安装在循环水系统补水管道上，，补水流量计向控制系统提供补水量的数值，控制器根据补水量的数值，计算排污时间的长短。在本发明中，经由反应室底部的排污口和旋液分离器的底流口进入到储污仓的水垢和悬浮物，在系统排污操作时，随着排污水一起排到循环水系统之外，同时排掉一定量的循环水，以维持循环水中的矿物质平衡在预先设定的范围，将碳酸钙控制在稳定状态，从而控制循环冷却水的腐蚀。

图4为本发明的循环水系统水量平衡示意图，其中，Q为循环冷却水循环量，M为系统补水量，E为冷却塔蒸发量，D为风吹损失量，B为排污量，V为循环水系统保有体积。循环水系统的水量平衡计算基础如下：

Q_m＝Q_e+Q_b+Q_d 公式1；

公式1中，Q_m为补水流量，单位为m³/h；

Q_e为蒸发量，单位为m³/h；

Q_b为排污量，单位为m³/h；

Q_d为飞溅或风吹损失量，单位为m³/h。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000) 公式2；

公式2中，ΔT为冷却塔温度差，℃；

F为显冷校正系数，年平均0.75，冬季为0.65，夏季为0.85。

在本发明中，根据冷却塔的类型，飞溅或风吹损失量Q_d与Q的关系见表1所示，表1为不同冷却塔的飞溅或风吹损失量：

表1不同冷却塔的飞溅或风吹损失量

冷却塔类型	飞溅或风吹损失量
		引风式冷却塔	0.001×Q
强制通风式冷却塔	0.002×Q
		自然通风式冷却塔	0.005×Q
喷淋池	0.025×Q
		蒸发式冷凝器	0.001×Q

根据预先水质分析和预测的循环水水质结果确定浓缩倍率(K)，控制单元可以根据排污单元中的补水流量计的某个时段的累积补水水量(Q_m)，决定排污时机，打开排污单元的储污仓阀门，将水垢、悬浮物和一定量的水(Qb+Qd)排出循环水系统之外。

在本发明中，循环冷却水的停留时间(T_AR)按照公式3进行计算：

T_AR＝V÷L＝(K-1)×V÷Q_e 公式3；

公式3中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)，m³/h。

在本发明中，极限浓缩倍数K_TC＝(Q_e+Q_d)÷Q_d 公式4；

实际或运行浓缩倍数：K＝Q_m÷(Q_b+Q_d) 公式5。

在本发明中，排污时间根据公式6进行计算：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁)) 公式6；

公式6中，Q_m为循环水系统补加水量，m³/h；

Q_d为冷却塔飞溅损失，m³/h；

Q₁为旁流处理量，m³/h；

t为排污时间，s/次；

f为排污频率，次/小时；

K为实际或运行浓缩倍数，循环水与补水中硫酸根的比值，无量纲。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统优选还包括与循环水系统连接的在线检测单元。在本发明中，所述在线检测单元包括仪表和传感器，所述传感器包括电导率测定仪、pH值传感器、温度计、补水流量计和旁流处理流量计。在本发明中，所述在线检测单元能够检测循环水的某个时刻的各个参数数值，包括电导率、pH值、温度、湿度、补水流量和旁流处理量；也可以保存历史记录，作为循环水系统分析依据；分析的结果反过来可以通过人工校验，更改旁流电解处理系统的设定参数，优化旁流处理效果，校验水质变化数学模型。

在本发明中，所述电导率测定仪除了记录日常循环水参数，电导率数值用于水质稳定性评价计算；同时具有高和低电导率报警，高电导率强制排污功能。对于特定水质，通过模拟循环水系统试验，测定电导率与水中主要离子钙离子的对应关系，尤其是电导率-钙硬度对应关系，根据二者的数学模型，计算得出钙硬度的数值。

在本发明中，所述pH值传感器除了记录日常循环水读数，pH值传感器读数还用于水质稳定性评价计算；同时具有高和低pH值报警功能。对于特定水质，通过模拟循环水系统试验，测定pH值与甲基橙碱度的对应关系，根据二者的拟合关系式，计算得出甲基橙碱度的数值。

在本发明中，所述温度计测量的温度除了用于水质稳定性评价计算，冷却塔实际蒸发量的计算，同时也用来对电导率和pH值传感器读数进行校正。湿度则用来评价冷却塔的运行状况。

在本发明中，所述在线检测单元中的补水流量计用来计量补充新鲜水的水量，用Q_m表示；冷却塔的飞溅损失用Q_d表示；所述旁流处理流量计用来计量旁流水量，用Q₁表示。根据循环水理论计算和模拟试验的结果，确定合适的浓缩倍数，用K表示，一般通过测定循环水和补充水中硫酸根离子的浓度计算。根据Q_m，Q₁和K，以及设定的排污频率(f)，控制单元可以根据公式4计算出需要的排污时间(t)。在本发明的具体实施例中，吸风式冷却塔循环量Q＝1000m³/h，循环水浓缩倍数k＝3，补水量Q_m＝15m³/h，旁流水处理器处理量Q₁＝25m³/h，风吹飞溅Q_d＝0.001×Q＝1m³/h，排污频率f＝2次/h，计算可得旁流处理系统的排污时间，即排污单元的排污时间为：

t＝3600×(15÷(2×3×25)-1÷(2×25))＝288秒/次＝4.8分/次；

其中旁流处理系统排污量Q_b＝2m³/次＝4m³/h。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统包括控制单元，所述控制单元用于分别控制上述旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器、排污单元和在线检测单元。

在本发明中，所述控制单元分别控制旁流取水单元、电解单元、在线检测单元、排污单元和悬液分离单元；和采集各个单元的工作参数及状态并储存运行数据和状态；向远程监控单元传输实时数据和历史数据，接受和执行远程指令。在本发明中，所述控制单元的主要功能有：

(1)旁流处理系统启停控制：循环水系统运行时，旁流处理系统运行；循环水系统停止运行时，根据停运时间的长短，决定旁流处理系统的启停。一般情况下，循环水系统短时间停运(7～14天)，旁流处理系统每天要定时启动，以维持系统中的微生物处于控制之中；如果停运超过两周，则需要对循环水系统进行维护保养处理，旁流处理系统也需要停止运行。

(2)电解单元控制：电解电源的设置和运行参数电流(I)、电压(V))显示、记录通过控制单元完成。根据设定的电解电流，维持向电解单元提供恒定的电流强度；并根据预先设定定时启动刮垢驱动装置，对反应室中沉积的水垢进行刮除。控制单元对电解单元设有高电压报警、低电压报警、低电流报警、过电流保护、驱动电机状态报警等功能。

(3)排污单元控制：设定排污频率，计算排污时间，启动排污操作，记录排污水量。

(4)在线监测控制及循环水水质评价：控制单元采集和保存在线检测单元监测的数据，并定时对数据进行计算分析，生成并报告分析结果。其中钙硬度通过理论计算和钙硬度-TDS拟合关系得出，甲基橙碱度通过甲基橙碱度-pH拟合关系得出；拟合关系则通过模拟循环水系统试验确定。

图5为本发明的旁流电解处理的有机合成循环水电导率与钙硬度的变化趋势图。从图5中可以看出，在循环水系统投入运行初期，电导率与钙硬度有很好的线性关系，随着系统运行，由于物料泄漏和加酸调节pH值，线性关系有所偏离。在不加任何化学药剂和没有物料泄漏，电导率与钙硬度的关系式可以表示为公式7所示：

C_Ca＝0.2928×A_Cond 公式7；

其中，C_ca表示钙硬度；

A_cond表示电导率。

在本发明中，电导率通过电导率测定仪测定，通过公式7所示的拟合关系计算在该电导率下对应的钙硬度。

相同的补水水质，假设换热器和管道内部没有结垢，钙离子除了被电解设备去除之外，均溶解在水体之中，则这个拟合关系式在相同补水水质和类似换热器条件下是通用的。

在旁流水处理系统调试初期，钙硬度也可以通过公式8计算：

c_n＝aⁿ×c⁰+(a^n-1+a^n-2+…+a+1)×b×(Q_m×c₀-Δc×Q₁) 公式8；

其中，a＝V÷(V+Q_b+Q_d)；

b＝1÷(V+Q_b+Q_d)；

c_n为第n小时循环水中的钙硬度，mg/L以CaCO₃计；

c⁰为电解设备开始运行时循环水中的钙硬度，现场测定，mg/L以CaCO₃计；

c₀为补水中的钙硬度，现场测定，对于新系统c⁰＝c₀，mg/L以CaCO₃计；

Δc为电解水处理器进出口钙硬度的差，现场测定，mg/L以CaCO₃计；

Q₁为电解水处理器的处理量，m³/h。

碳酸钙饱和指数即朗格利尔(Langelier)指数(LSI)根据公式9进行计算：

LSI＝pH–pHs 公式9；

其中，pHs＝(9.3+A+B)–(C+D)

A＝(log10[TDS]-1)÷10，总溶解性固体因数；

B＝-13.12log10(℃+273)+34.55，温度因数，摄氏度；

C＝log10[Cn as CaCO₃]-0.4，钙硬度因数；

D＝log10[TA as CaCO₃]，甲基橙碱度因数。

在本发明中，所述LSI和水的腐蚀结垢倾向的关系如表2所示，表2为LSI和水的腐蚀结垢倾向的关系：

表2LSI和水的腐蚀结垢倾向的关系

LSI	水的腐蚀结垢倾向
		+3.0	极易结垢
+2.0	强烈结垢倾向
		+1.0	形成水垢
+0.5	不确定区域，结垢/局部腐蚀都有可能
		-0.5	不确定区域，结垢/局部腐蚀都有可能
-1.0	腐蚀倾向
		-2.0	强烈腐蚀倾向
-3.0	极易腐蚀

并根据计算的饱和值(pHs)进一步计算得出稳定指数(RSI)和临界pH值(pHc)；

RSI＝2pHs–pH 公式10；

在本发明中，所述RSI和水的腐蚀结垢倾向的关系如表3所示，表3为RSI和水的腐蚀结垢倾向的关系：

表3RSI和水的腐蚀结垢倾向的关系

RSI	水的腐蚀结垢倾向
		＜4.0	极易结垢
4.0～5.0	强烈结垢倾向
		5.0～6.0	结垢倾向
6.0～7.0	不确定区域，结垢/局部腐蚀都有可能
		7.0～8.0	腐蚀倾向
8.0～9.0	强烈腐蚀倾向
		＞9.0	极易腐蚀

由表3可以看出：RSI为4.0～6.0范围内为合格。在本发明中，pHc＝pHs+2.0，实际pH值控制在pHc以下，可以预防结垢发生；pH＞pHc结垢。

控制界面显示计算结果，LSI，RSI和pHc，同时满足下面三个条件显示为合格，任何一个不满足则出现警告。

LSI＝0.5～2.0，RSI＝4.0～6.0，pHc＜pH。

运行一段时间之后，矿物质达到平衡状态附近，计算结果再与公式10所示的拟合关系式计算结果做比较，并根据实际检测数据对数学模型进行校正。

(5)远程监控通讯和控制：控制系统预留有远程监控接口，与DCS或无线通讯模块连接，通过通讯协议交换数据。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统优选还包括与控制单元连接的远程监控单元。在本发明中，所述远程监控单元是将在线检测单元检测的结果、循环水系统参数和旁流电解处理系统的运行参数实时传输到指定的服务器，专业的水处理工程师则可以根据收集到的数据，进行远程诊断和指导现场维护人员的日常管理工作。本发明能够利用在线检测的水质数据如电导率、pH值和温度，拟合钙硬度、总碱度等难以在线检测的数据，设备自动生成评估结论，为使用者提供直观的水质处理结果，而不需要专业的循环水处理方面的知识和经验。在本发明中，循环水处理系统运行参数和水质数据通过无线传输单元与互联网连接，可以通过互联网进行远程监控，提供远程技术服务；把专业的技术服务，通过互联网的形式完成，替代传统药剂现场人工维护。

本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统优选还包括人工检测校验单元；所述人工检测校验单元用于调整上述在线检测单元和控制单元。在本发明中，所述人工检测校验单元是定期采取水样人工检测，对照在线检测的数据，对传感器和拟合关系式进行校验。

图6为本发明提供的循环冷却水旁流水处理流程示意图。

旁流取水单元从循环水系统中取部分循环冷却水，通入到电化学水处理装置中进行电解处理，得到电解处理的水、消毒物质和水垢；将电解处理的水和消毒物质通入到旋液分离器中进行悬液分离，得到悬液分离后的水、消毒物质和悬浮物；所述悬液分离后的水和消毒物质返回到循环水系统中进行循环利用；所述水垢和悬浮物排到排污单元中进行处理，将沉积的水垢和悬浮物排出系统之外，部分循环冷却水也会同时被排出系统之外；在线检测单元检测循环水系统中的循环冷却水的水质，分析的结果反过来可以通过人工校验单元，更改旁流处理系统的设定参数，优化旁流处理效果；上述旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器、排污单元和在线检测单元均在控制单元的控制下实现各自的功能；远程监控单元则可以将在线检测的结果、循环水系统参数和旁流电解处理系统的运行参数实时传输到指定的服务器，专业的水处理工程师则可以根据收集到的数据，进行远程诊断和指导现场维护人员的日常管理工作。

本发明提供的上述循环冷却水旁流水处理系统与循环水系统的安装结构示意图如图7所示，图7为本发明提供的循环冷却水旁流水处理系统安装示意图；其中，1为电化学水处理装置，2为旋液分离器，3为排污单元。

旁流取水泵从循环水系统中取水，循环冷却水进入电化学水处理装置中进行电化学处理，电化学水处理装置出水经过旋液分离器的过滤分离净化后，返回到循环水系统，完成旁流处理，如此循环往复；电化学水处理装置排出的水垢和旋液分离器分离的悬浮物经过排污单元处理，且排放部分水至系统外。在本发明中，由于没有向循环水系统中投加限制排放的化学品，旁流系统排出的水经过沉淀池简单沉淀后，可以回用于绿化和清洁。循环水系统运行，旁流处理系统运行；循环水系统停止，根据循环水停运时间长短，旁流系统可以选择运行，也可以选择停止运行。

本发明提供了一种根据上述技术方案所述循环冷却水旁流水处理系统处理循环冷却水旁流水的方法，包括以下步骤：

将旁流取水单元中的待处理水通入到电化学水处理装置中，得到电解处理后的水、消毒物质和水垢；

将所述电解处理后的水和消毒物质通入到旋液分离器中，得到悬液分离处理后的水、消毒物质和悬浮物，所述悬液分离处理后的水和消毒物质输送到所述循环水系统中；

将所述水垢和悬浮物通入到排污单元中进行处理。

本发明将旁流取水单元中的待处理水通入到电化学水处理装置中，得到电解处理后的水、消毒物质和水垢。本发明采用上述技术方案所述的电化学水处理装置进行电解处理。在本发明中，所述电化学水处理装置中待处理水的硬度为150mg/L(以CaCO₃计)以上；所述待处理水中的离子包括Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、HCO₃ ^-、HSiO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、Cl^-；所述待处理水的温度优选为10℃～50℃，更优选为15℃～40℃。在本发明中，所述电化学水处理装置中的循环冷却水的停留时间优选按照上述公式3进行。

将所述电解处理后的水和消毒物质通入到旋液分离器中，得到悬液分离处理后的水和悬浮物，所述悬液分离处理后的水和消毒物质输送到所述循环水系统中。本发明在上述技术方案所述旋液分离器中进行悬液分离处理。

本发明将所述水垢和悬浮物通入到排污单元中进行处理，完成旁流水的处理。在本发明中，所述排污单元将沉积的水垢和悬浮物排出循环水系统之外，同时排掉一定量的循环水，维持循环水中的矿物质平衡在预先设定范围，将碳酸钙控制在稳定状态，从而控制循环冷却水的腐蚀。在本发明的具体实施例中，所述碳酸钙的稳定状态由LSI＝0.5～2.0，RSI＝4.0～6.0，pHc＜pH决定，全部满足则可以判定碳酸钙处于稳定状态。在本发明中，所述排污单元的排污时间优选按照上述公式6进行排污。

本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，包括：旁流取水单元；与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置，所述电化学水处理装置中包括反应室；所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；设置在所述反应室内部顶端的阳极；位于所述反应室和阳极之间的刮刀；及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。本发明提供的系统中的电化学水处理装置能够控制水的结垢和微生物的滋生；旋液分离器能够分离循环冷却水中的悬浮物和捕捉从电化学水处理装置中逃逸的水垢结晶；排污单元将电化学水处理装置中的水垢和旋液分离器中的悬浮物以及部分循环冷却水排出系统之外，实现循环冷却水中的矿物质平衡，维持碳酸钙在稳定状态，易腐蚀离子浓度处于安全范围内，从而控制循环冷却水的腐蚀问题，因此，该循环冷却水旁流水处理系统通过控制水量、矿物质、悬浮物和生态四个平衡，将水质控制在适当的范围内，从而解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。实验结果表明：本发明提供的旁流处理系统处理循环冷却水后返回到循环水系统中，循环水系统中的循环冷却水的浊度在20NTU以下；LSI维持在1.0～2.0之间；RSI维持在4.0～6.0之间。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种循环冷却水旁流水处理系统及旁流水处理方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

将三台旁流水处理装置以旁流的形式安装在冷却循环水系统中，循环水量为2000m³/h，保有体积为1500m³，采用旁流水处理装置两套，此旁流水处理装置的总处理量为75m³/h，24小时连续运行，一天处理1800m³，将温度为15～40℃的待处理水由反应室的入口进入到反应室中，所述反应室本身是电解过程的阴极，所述反应室内部设有阳极，阳极为V型，总宽度为50mm，长度为800mm，阴极与阳极之间设有刮刀，刮刀电机根据控制器给出的指令启动刮刀，刮除阴极表面析出的水垢或沉积的悬浮物及重金属等；阴极、阳极、反应室中的水溶液、连接电缆和电解电源形成闭合电流回路；启动电解电源，每台电流大小为20A，在阳极和阴极附近开始发生电化学反应；在阳极附近，阳极将水中原有的部分氯离子氧化成氯气，从而形成消毒物质：次氯酸根(ClO^-)，次氯酸根具有持续的抑制细菌滋生能力；水电解产生氧气和氧自由基，与水及水中的溶解氧生成消毒物质：双氧水和臭氧；在阴极附近，水溶液电解产生OH^-，在阴极附近界面层获得强碱性溶液，电化学过程中阴极表面上和界面层中形成的水垢沉积到阴极表面，部分水垢在水流的冲击下，从反应室上部的出口排出反应室，与没有沉积的悬浮物和反应室产生的消毒物质一起进入旋液分离器中，经旋液分离器处理后的水和消毒物质经溢流口排出再经管道输送至循环水系统中，分离的悬浮物则经过底流口排出至排污单元中；反应室中阴极刮刀刮下的污垢则由反应室底端的排污口排出至排污单元。

在反应室中，阳极附近，水电解产生氧气和氧自由基，与水及水中的溶解氧生成双氧水和臭氧；同时阳极附近是pH值极低的酸性环境，而阴极附近是pH值极高的碱性环境，这两个环境都对微生物具有抑制和灭活作用；加上电解电流，反应室内部构成了适时的杀菌灭藻的环境，对随着水进入菌藻有很强的杀灭作用；循环冷却水系统保有的水量，一天至少经过反应室一次，也就是循环水中的细菌一天至少经过杀菌灭藻的环境一次，从而循环水中的细菌总数得到有效控制；另一方面，阳极将水中原有的部分氯离子氧化成氯气，氯气转化成次氯酸，次氯酸根则随着循环水送到整个循环水的各个部位，抑制菌藻的滋生。

在反应室排污口两次排污之间，为了提高除垢效率和降低能耗，所述刮刀电机也会多次启动，刮除阴极表面沉积的水垢或悬浮物，部分水垢或悬浮物沉积到反应室底部，待下一次反应室底端的排污口开启时排出；还有一部分水垢或悬浮物则从反应室上部的出口排出反应室，进入旋液分离器，在旋液分离器中，在离心力的作用下，水垢沉淀到旋液分离器的内壁，并慢慢下移，从旋液分离器底流口排出至排污单元中，经过分离后的清液从旋液分离器顶端溢流口流出，回到循环水系统之中，从而完成水垢去除和悬浮物的分离处理。

经由反应室底部排污口和旋液分离器底流口进入到储污仓的水垢和悬浮物，在控制单元控制排污操作时，随着排污水一起排到循环水系统之外，同时排掉一定量的循环水，以维持循环水中的矿物质平衡在预先设定的范围，将碳酸钙控制在稳定状态，从而控制循环水的腐蚀。

强制通风式冷却塔循环量Q＝2,000m³/h，循环水浓缩倍数k＝3，蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)，Q为循环冷却水循环量；温差ΔT平均为5℃；强制通风式冷却塔，Q_d＝0.002×Q＝0.002×2000＝4.0m³/h；F为显冷校正系数，年平均0.75。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)＝2000×0.75×(5×1.8÷1000)＝13.5m³/h

排污量Q_b＝Q_e÷(K-1)-Q_d＝13.5÷(3-1)-4＝2.75m³/h

Q_m＝Q_e+Q_b+Q_d＝13.5+2.75+4.0＝20.25m³/h

旁流水处理器处理量Q₁＝75m³/h，排污频率f＝1次/h，计算可得旁流处理系统排污时间为：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁))

＝3600×(20.25÷(1×3×75)-4÷(1×75))＝132秒/次＝2.2分/次；

其中旁流处理系统排污量Q_b＝75m³/h×2.2分/次×60分/h＝2.75m³/h。

对于本实施例，停留时间

T_AR＝V÷L＝＝1500÷(4+2.75)＝222小时

其中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)；Q_b为排污量；Q_d为飞溅或风吹损失量；

停留时间T_AR对循环水的浊度有显著影响，停留时间越长，浊度升高和控制难度加大。虽然停留时间长达222小时，但是由于基本不用化学药剂，循环水的浊度不断没有上升，反而在逐步下降。

旁流水处理系统根据补水水质设定排污周期和浓缩倍数，排污周期到达时，控制单元根据补水量，自动计算出排污时长，并给出排污指令，开启排污阀门和关闭排污阀门。特殊情况下，电导率到达上限时，启动应急排污方式，将电导率控制在一定范围之内。

旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，还包括控制单元，所述控制单元用于分别控制旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器和排污单元；还包括人工检测校验单元；所述人工检测校验单元用于调整控制单元；所述循环冷却水旁流水处理系统还包括与控制单元连接的远程监控单元。上述单元组成的旁流水处理系统解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。

图8为本发明实施例1的循环冷却水浊度-运行时间变化趋势图；从图8可以看出：8月29日之前，循环冷却水采用投加化学药剂处理，浊度在30～40NTU之间，夏季需要经常投加灭藻剂，浊度波动范围比较大；8月29日安装使用旁流水处理系统，浊度逐渐下降，20天左右(9月18日)浊度降到15NTU以下；10月1日，停止使用旋液分离器，浊度反弹到20NTU，10月17日达到峰值30NTU，旋液分离器重新投入使用，浊度又逐步降低，一直维持在10NTU左右。

浊度维持在较低水平，至少说明两个问题，一是微生物得到了有效控制，露天水池太阳照射充足，藻类滋生快，采用化学药剂处理时，浊度一直在30NTU之上，从视觉上看，水质也清澈了很多；二是悬浮物得到了有效控制，空气携带粉尘较多，加上物料泄露，悬浮物含量较高，这是导致浊度高的重要原因之一。

图9为本发明实施例1的循环冷却水的水质稳定性控制随运行时间的变化趋势图，从图9可以看出：循环水水质评价的两个重要指标是碳酸钙饱和指数(LSI)和稳定指数(RSI)，LSI维持在1.0～2.0之间，同时RSI维持在4.0～6.0之间，则循环水的结垢和腐蚀倾向都会得到较好地控制；同期的LSI和RSI数据可以看出，两个指数基本维持在安全的范围内，说明腐蚀和结垢都得到了有效控制。

换热器表面没有结垢现象，也没有发现明显的腐蚀迹象。这可以证明水质稳定性控制是成功的。

图10为本发明实施例1的循环冷却水中总磷随运行时间的变化趋势图，从图10可以看出：自8月29日停止投加药剂，总磷的浓度逐渐下降，直至下降到2ppm左右，此数据可以证明停止使用循环水处理化学药剂。

从实施例1可以看出，采用本发明提供的旁流水处理系统，循环水中的矿物质平衡、浊度、微生物等都得到了有效控制，没有出现腐蚀、结垢、悬浮物、微生物滋生、生物粘泥沉积等危害生产的情况。

实施例2

某食品厂一二期蒸发式冷凝器旁流电解水处理器(ECT)安装于2014年4月，同年5月投入使用。一二期蒸发式冷凝器共8台，每台不定期开启，总循环水量为1,736m³/h。服务的氨压缩机共19台，每台不定期开启。使用ECT四台，以旁流形式安装，24小时连续运行。将温度为15～40℃的待处理水由反应室的入口进入到反应室中，所述反应室本身是电解过程的阴极，所述反应室内部设有阳极，阳极为V型，总宽度为50mm，长度为800mm，阴极与阳极之间设有刮刀，刮刀电机根据控制器给出的指令启动刮刀，刮除阴极表面析出的水垢或沉积的悬浮物及重金属等；阴极、阳极、反应室中的水溶液、连接电缆和电解电源形成闭合电流回路；启动电解电源，每台电流大小为6A，在阳极和阴极附近开始发生电化学反应；

工作时，在反应室内壁(阴极)附近发生的主要化学反应有：

2H₂O(l)+2e^-→H₂(气)+2OH^-(aq)；

CO₂(aq)+OH^-(aq)→HCO₃ ^-(aq)；

HCO₃ ^-(aq)+OH^-(aq)→CO₃ ^2-(aq)+H₂O(液)；

Ca²⁺(aq)钙离子可能形成氢氧化钙:Ca(OH)₂(垢)、碳酸钙:CaCO₃(垢)；

在阳极附近发生的化学反应有：

生成氧气：4HO^-→O₂(g)+2H₂O+4e^-；

生成游离氯：Cl^-–e^-→Cl⁰；

生成氯气：2Cl^-(aq)→Cl₂(g)+2e^-；

生成臭氧：O₂+2HO^-–2e^-→O₃(g)+H₂O；

生成自由基：OH^-–e^-→OH⁰；

生成过氧化氢；2H₂O–2e^-→H₂O₂+2H⁺；

生成氧自由基：2H₂O–2e^-→O⁰+2H⁺；

电化学过程中阴极表面上和界面层中形成的水垢沉积到阴极表面，部分水垢在水流的冲击下，从反应室上部的出口排出反应室，与没有沉积的悬浮物和反应室产生的消毒物质一起进入旋液分离器中，经旋液分离器处理后的水经溢流口排出再经管道输送至循环水系统中，分离的悬浮物则经过底流口排出至排污单元中；反应室中阴极刮刀刮下的污垢则由反应室底端的排污口排出至排污单元。

ECT周期性自动刮垢和排污，以维持冷却塔中水系统的化学和微生物平衡，清洗周期和时间取决于每天要去除的矿物质量以及从冷却塔中排掉的水量。矿物质平衡通过分析监测冷却水的化学性质来决定，从而在PLC上可以设置每天需要清洗的次数。

清洗的第一步，进、出口阀门关闭，ECT底部的排污阀门打开。刮刀在活塞的推动下在反应室内自上而下运动，刮掉内壁软的预先沉淀出来的水垢，并和冲洗水一起从底部排出。排污的时候，进水阀门打开，以便冲洗排放区域。大约90～120秒钟后，排污阀门关闭，刮刀回到反应室的顶部，出水阀门打开，ECT重新工作。

在反应室排污口两次排污之间，为了提高除垢效率和降低能耗，所述刮刀电机也会多次启动，刮除阴极表面沉积的水垢或悬浮物，部分水垢或悬浮物沉积到反应室底部，待下一次反应室底端的排污口开启时排出；还有一部分水垢或悬浮物则从反应室上部的出口排出反应室，进入旋液分离器，在旋液分离器中，在离心力的作用下，水垢沉淀到旋液分离器的内壁，并慢慢下移，从旋液分离器底流口排出至排污单元中，经过分离后的清液从旋液分离器顶端溢流口流出，回到循环水系统之中，从而完成水垢去除和悬浮物的分离处理。

经由反应室底部排污口和旋液分离器底流口进入到储污仓的水垢和悬浮物，在控制单元控制排污操作时，随着排污水一起排到循环水系统之外，同时排掉一定量的循环水，以维持循环水中的矿物质平衡在预先设定的范围，将碳酸钙控制在稳定状态，从而控制循环水的腐蚀。

排污量进行计算来设定ECT系统的排污周期及排污时间，计算如下：

蒸发式冷凝器循环量Q＝1,736m³/h，系统总保有体积约为60m³；循环水浓缩倍数k＝5，旁流水处理器处理量Q₁＝40m³/h，风吹飞溅Q_d＝0.001×Q＝1.74m³/h。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)，Q为循环冷却水循环量；温差ΔT平均为12℃；F为显冷校正系数，年平均0.75。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)＝1736×0.75×(12×1.8÷1000)＝28.12m³/h

排污量Q_b＝Q_e÷(K-1)-Q_d＝28.12÷(5-1)-1.74＝5.29m³/h

Q_m＝Q_e+Q_b+Q_d＝28.12+5.29+1.74＝35.15m³/h

旁流水处理器处理量Q₁＝40m³/h，排污频率f＝2次/h，计算可得旁流处理系统排污时间为：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁))

＝3600×(35.15÷(2×5×40)-1.74÷(2×40))＝238秒/次＝4.0分/次；

其中旁流处理系统排污量Q_b＝40m³/h×4分/次×60分/h＝2.67m³/h。

对于本实施例，停留时间

T_AR＝V÷L＝60÷(1.74+5.29)＝8.5小时

其中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)；Q_b为排污量；Q_d为飞溅或风吹损失量。

停留时间短，矿物质平衡在短时间内很容易被打破，如果使用化学药剂处理，则很难获得合适的药剂浓度，化学药剂处理经常失败。而采用ECT处理之后，由于不需要化学药剂来阻止结垢和抑制微生物滋生，比较容易控制矿物质平衡在某个允许的范围之内，从而较为容易地实现结垢控制。而对于微生物控制，由于停留时间短，系统体积小，经过ECT处理的次数多，微生物较为容易抑制，因此循环水浊度一直较低，远远低于标准规定值。

旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，还包括控制单元，所述控制单元用于分别控制旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器和排污单元；还包括人工检测校验单元；所述人工检测校验单元用于调整控制单元；所述循环冷却水旁流水处理系统还包括与控制单元连接的远程监控单元。上述单元组成的旁流水处理系统解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。

表4本发明实施例2处理后的水质分析结果

上表水质分析结果显示，ECT处理的循环水的结垢系数(LSI)分别为1.42，1.59和1.98，均控制在范围以内(1.0～2.0)，稳定指数(RSI)分别为5.63，5.35和5.07，也均控制在4.0～6.0之间，而实际pH值则应该低于各个采样时间的临界pH值(pHc)。在这三个条件均满足的情况下，碳酸钙结垢问题就可以得到有效控制。

而三期8月1日的数据分析显示，LSI为2.68，处于极易结垢的状态。氯离子的浓缩倍数(45倍)远远大于以钙离子计算的浓缩倍数(1.4倍)，说明大量钙离子大量流失，流失的钙离子以水垢的形式析出，同时浊度(26.0NTU)也较ECT处理的循环水的浊度(4.5NTU以下)高出许多。可以看出，取样之前，该循环水系统没有进行正常的排污操作。

而ECT处理的循环水钙离子浓缩倍数为氯离子计算的浓缩倍数的30％到50％之间，根据列管表面没有明显的钙离子结垢，损失的50％～70％钙离子为ECT设备去除。ECT在其他循环水系统中钙离子累计去除率也在这个范围内。

实施例3

某食品加工厂新建车间，蒸发式冷凝器旁流电解水处理器(ECT电解水处理器)安装于2014年5月底，同年7月投入使用。一车间蒸发式冷凝器共10台，每台不定期开启，总循环量为1,363m³/h，压缩机共31台，每台不定期开启。

车间循环水处理系统选用3台ECT设备，处理量为30m³/h；由于设备安装在制冷机房内，我们选用流量50m³/h，杨程15m的循环水泵；取水口为每台蒸发冷的排污管道处，用DN50管道接入DN100的主进水口管道，并在每个排污管处安装阀门用以调节流量；为了更好的把ECT系统处理过的水平均分配到各个蒸发冷的水盘中，回水主管道我们采用DN100的管径，进入每个水盘的分水管采用DN50的管径，每个分管处安装阀门用以调节流量；为防止蒸发冷水盘出现液位不平衡，我们用DN200的平衡管道把8个水盘串联在一起有两台小的蒸发冷在屋顶机房上方安装，位置较高，我们通过溢流的方式接入八台蒸发冷水盘中。

将温度为15～40℃的待处理水由反应室的入口进入到反应室中，所述反应室本身是电解过程的阴极，所述反应室内部设有阳极，阳极为V型，总宽度为50mm，长度为800mm，阴极与阳极之间设有刮刀，刮刀电机根据控制器给出的指令启动刮刀，刮除阴极表面析出的水垢或沉积的悬浮物及重金属等；阴极、阳极、反应室中的水溶液、连接电缆和电解电源形成闭合电流回路；启动电解电源，每台电流大小为6A，在阳极和阴极附近开始发生电化学反应；

工作时，在反应室内壁(阴极)附近发生的主要化学反应有：

2H₂O(l)+2e^-→H₂(气)+2OH^-(aq)；

CO₂(aq)+OH^-(aq)→HCO₃ ^-(aq)；

HCO₃ ^-(aq)+OH^-(aq)→CO₃ ^2-(aq)+H₂O(液)；

Ca²⁺(aq)钙离子可能形成氢氧化钙:Ca(OH)₂(垢)、碳酸钙:CaCO₃(垢)；

在阳极附近发生的化学反应有：

生成氧气：4HO^-→O₂(g)+2H₂O+4e^-；

生成游离氯：Cl^-–e^-→Cl⁰；

生成氯气：2Cl^-(aq)→Cl₂(g)+2e^-；

生成臭氧：O₂+2HO^-–2e^-→O₃(g)+H₂O；

生成自由基：OH^-–e^-→OH⁰；

生成过氧化氢；2H₂O–2e^-→H₂O₂+2H⁺；

生成氧自由基：2H₂O–2e^-→O⁰+2H⁺；

电化学过程中阴极表面上和界面层中形成的水垢沉积到阴极表面，部分水垢在水流的冲击下，从反应室上部的出口排出反应室，与没有沉积的悬浮物和反应室产生的消毒物质一起进入旋液分离器中，经旋液分离器处理后的水经溢流口排出再经管道输送至循环水系统中，分离的悬浮物则经过底流口排出至排污单元中；反应室中阴极刮刀刮下的污垢则由反应室底端的排污口排出至排污单元。

ECT周期性自动刮垢和排污，以维持冷却塔中水系统的化学和微生物平衡，清洗周期和时间取决于每天要去除的矿物质量以及从冷却塔中排掉的水量。矿物质平衡通过分析监测冷却水的化学性质来决定，从而在PLC上可以设置每天需要清洗的次数。

清洗的第一步，进、出口阀门关闭，ECT底部的排污阀门打开。刮刀在活塞的推动下在反应室内自上而下运动，刮掉内壁软的预先沉淀出来的水垢，并和冲洗水一起从底部排出。排污的时候，进水阀门打开，以便冲洗排放区域。大约90～120秒钟后，排污阀门关闭，刮刀回到反应室的顶部，出水阀门打开，ECT重新工作。

在反应室排污口两次排污之间，为了提高除垢效率和降低能耗，所述刮刀电机也会多次启动，刮除阴极表面沉积的水垢或悬浮物，部分水垢或悬浮物沉积到反应室底部，待下一次反应室底端的排污口开启时排出；还有一部分水垢或悬浮物则从反应室上部的出口排出反应室，进入旋液分离器，在旋液分离器中，在离心力的作用下，水垢沉淀到旋液分离器的内壁，并慢慢下移，从旋液分离器底流口排出至排污单元中，经过分离后的清液从旋液分离器顶端溢流口流出，回到循环水系统之中，从而完成水垢去除和悬浮物的分离处理。

经由反应室底部排污口和旋液分离器底流口进入到储污仓的水垢和悬浮物，在控制单元控制排污操作时，随着排污水一起排到循环水系统之外，同时排掉一定量的循环水，以维持循环水中的矿物质平衡在预先设定的范围，将碳酸钙控制在稳定状态，从而控制循环水的腐蚀。

ECT电解水处理系统于2014年7月安装完成并调试运行，调试过程中循环水和补水进行水质检测，由于系统水质较差出现开机低电压报警，此时我们把电解电流设定为6.8A，报警消除，4个系统的电解电压均为5.8V左右，我们对排污量进行计算来设定ECT系统的排污周期及排污时间，计算如下：

蒸发式冷凝器循环量Q＝1,363m³/h，循环水浓缩倍数k＝5，系统总保有体积约为40m³；旁流水处理器处理量Q₁＝30m³/h，风吹飞溅Q_d＝0.001×Q＝1.36m³/h。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)，Q为循环冷却水循环量；温差ΔT平均为12℃；F为显冷校正系数，年平均0.75。

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)＝1363×0.75×(12×1.8÷1000)＝22.08m³/h

排污量Q_b＝Q_e÷(K-1)-Q_d＝22.08÷(5-1)-1.36＝4.16m³/h

Q_m＝Q_e+Q_b+Q_d＝22.08+4.16+1.36＝27.60m³/h

旁流水处理器处理量Q₁＝30m³/h，排污频率f＝2次/h，计算可得旁流处理系统排污时间为：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁))

＝3600×(27.6÷(2×5×30)-1.36÷(2×30))＝250秒/次＝4.2分/次；

其中旁流处理系统排污量Q_b＝30m³/h×4.2分/次×60分/h＝2.10m³/h。

对于本实施例，停留时间

T_AR＝V÷L＝(K-1)×V÷Q_e＝40÷(1.36+4.16)＝7.2小时

其中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)；Q_b为排污量；Q_d为飞溅或风吹损失量。

停留时间短，矿物质平衡在短时间内很容易被打破，如果使用化学药剂处理，则很难获得合适的药剂浓度，化学药剂处理经常失败。而采用ECT处理之后，由于不需要化学药剂来阻止结垢和抑制微生物滋生，比较容易控制矿物质平衡在某个允许的范围之内，从而较为容易地实现结垢控制。而对于微生物控制，由于停留时间短，系统体积小，经过ECT处理的次数多，微生物较为容易抑制，因此循环水浊度较标准规定值低许多。

旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，还包括控制单元，所述控制单元用于分别控制旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器和排污单元；还包括人工检测校验单元；所述人工检测校验单元用于调整控制单元；所述循环冷却水旁流水处理系统还包括与控制单元连接的远程监控单元。上述单元组成的旁流水处理系统解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮物和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。

表5本发明实施例3处理后的水质分析结果

表5的水质分析结果显示，ECT处理的循环水的结垢系数(LSI)分别为1.53和1.78，均控制在1.0～2.0范围内，稳定指数(RSI)分别为5.79和5.25，也均控制在4.0～6.0之间，而实际pH值则应该低于各个采样时间的临界pH值(pHc)。在这三个条件均满足的情况下，碳酸钙结垢问题就可以得到有效控制。

ECT处理的循环水钙离子浓缩倍数为氯离子计算的浓缩倍数的30％到50％之间，根据列管表面没有明显的钙离子结垢，损失的50％～70％钙离子为ECT设备去除。ECT在其他循环水系统中钙离子累计去除率也在这个范围内。由以上实施例可知，本发明提供了一种循环冷却水旁流水处理系统，用于处理循环水系统中部分循环水，包括：旁流取水单元；与所述旁流取水单元连接的电化学水处理装置，所述电化学水处理装置中包括反应室；所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；设置在所述反应室内部顶端的阳极；位于所述反应室和阳极之间的刮刀；及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；与所述电化学水处理装置连接的旋液分离器，所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元。本发明提供的系统中的电化学水处理装置能够控制水的结垢和微生物的滋生；旋液分离器能够分离循环冷却水中的悬浮物和捕捉从电化学水处理装置中逃逸的水垢结晶；排污单元将电化学水处理装置中的水垢和旋液分离器中的悬浮物以及部分循环冷却水排出系统之外，实现循环冷却水中的矿物质平衡，维持碳酸钙在稳定状态，易腐蚀离子浓度处于安全范围内，从而控制循环冷却水的腐蚀问题，因此，该循环冷却水旁流水处理系统通过控制水量、矿物质、悬浮物和生态四个平衡，将水质控制在适当的范围内，从而解决循环冷却水系统中结垢、腐蚀、悬浮和微生物的问题，保证循环水系统安全高效运行。实验结果表明：本发明提供的旁流处理系统处理循环冷却水后返回到循环水系统中，循环水系统中的循环冷却水的浊度在20NTU以内；LSI维持在1.0～2.0之间；RSI维持在4.0～6.0之间。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种循环冷却水旁流水处理系统处理循环冷却水旁流水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将旁流取水单元中的待处理水通入到电化学水处理装置中，得到电解处理后的水、消毒物质和水垢；以CaCO₃计，待处理水的硬度为150mg/L以上；所述待处理水中的离子包括Ca^{2 +}、Mg²⁺、Fe³⁺、HCO₃ ^-、HSiO₃ ^-、CO₃ ^2-、SO₄ ^2-、Cl^-；

所述电化学水处理装置中包括反应室；所述反应室作为电解反应的阴极；

所述反应室的底端设有入口和排污口，且上端设有出口；

设置在所述反应室内部顶端的阳极；

位于所述反应室和阳极之间的刮刀；

及驱动所述刮刀的驱动装置；所述驱动装置位于所述反应室的下方；

所述刮刀为笼状刮刀，所述笼状刮刀为内外形状均为圆柱状，三只以上的条状刮刀用四个以上圆环固定，形成笼状；笼状刮刀底部设有镂空圆盘，圆盘外边缘设有固定条状刮刀的凹槽；

循环冷却水是中性或弱碱性的，pH维持在7.5～9.5之间；

将所述电解处理后的水和消毒物质通入到旋液分离器中，得到悬液分离处理后的水、消毒物质和悬浮物，所述悬液分离处理后的水和消毒物质输送到循环水系统中；所述旋液分离器设有进料口、溢流口和底流口，所述溢流口与所述循环水系统相连，所述进料口与所述反应室的出口相连；

与所述反应室的排污口和旋液分离器的底流口连接的排污单元；将所述水垢和悬浮物通入到排污单元中进行处理；

所述排污单元按照下述反应式得到的排污时间进行排污：

t＝3600×(Q_m÷(f×K×Q₁)-Q_d÷(f×Q₁))

其中，Q_m为循环水系统补加水量；

Q_d为冷却塔飞溅损失；

Q₁为旁流处理量；

t为排污时间；

f为排污频率；

K为实际或运行浓缩倍数，循环水与补水中硫酸根的比值，无量纲；

所述电化学水处理装置中的循环冷却水的停留时间T_AR按照下述反应式进行计算：

T_AR＝V÷L＝(K-1)×V÷Q_e；

其中，V为循环水系统保有体积，m³；

L为损失(Q_b+Q_d)；Q_b为排污量；Q_d为飞溅或风吹损失量；

实际或运行浓缩倍数：K＝Q_m÷(Q_b+Q_d)；Q_m为循环水系统补加水量；

蒸发量Q_e＝Q×F×(ΔT×1.8÷1000)，Q为循环冷却水循环量；F为显冷校正系数，年平均0.75，冬季为0.65，夏季为0.85；ΔT为冷却塔温度差；

旁流水处理中，碳酸钙控制在稳定状态，所述碳酸钙的稳定状态由LSI＝0.5～2.0，RSI＝4.0～6.0，pHc＜pH决定；

LSI为朗格利尔(Langlier)饱和指数，LSI＝pH-pHs，pH为水的实际pH值，pHs为水的饱和pH值；

RSI为稳定指数，RSI＝2pHs-pH；pHc为临界pH值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括控制单元，所述控制单元用于分别控制旁流取水单元、电化学水处理装置、旋液分离器和排污单元。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括人工检测校验单元；

所述人工检测校验单元用于调整控制单元。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述循环冷却水旁流水处理系统还包括与控制单元连接的远程监控单元。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排污单元包括储污仓；所述储污仓设置有排污入口和排污出口；

所述反应室的排污口和所述储污仓的排污入口相连。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述旋液分离器的底流口与储污仓的排污入口相连。