CN111018055B - 一种适用于恶劣水质条件的电化学水处理装置、循环水零排放处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于恶劣水质条件的电化学水处理装置、循环水零排放处理系统及方法。该电化学水处理装置包括箱体、电化学处理单元、倒U形容器、滤网；其中，电化学处理单元、倒U形容器、滤网设于箱体内部，电化学处理单元设于倒U形容器内部；倒U形容器的上部设有进水口，下部为开放的出水口；箱体设有溢流口和出垢口；滤网垂直设于箱体设有溢流口的一侧。本发明还提供了一种循环水处理零排放处理系统和方法。本发明的技术方案是有效解决循环水系统一系列问题的一种低成本方法，基本控制腐蚀、结垢和菌藻滋生问题；对某些工艺特殊或水质恶劣的循环水系统，能够实现循环水系统的零排放。

Description

一种适用于恶劣水质条件的电化学水处理装置、循环水零排 放处理系统及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于恶劣水质条件的电化学水处理装置、循环水零排放处理系统及方法，属于循环水处理技术领域。

背景技术

循环冷却水系统是化工、石油、冶炼、电力等行业的用水大户，减少循环水系统的排水量进而实现零排放能够节约大量新鲜水，同时减轻废水排放对环境的压力，意义重大。当前，循环水用户主要是通过改善药剂配方、强化补水预处理以及采用其他新技术等方式来提高循环水系统的浓缩倍数，从而实现减排的目的，真正的零排放还远未实现。有些企业声称已经实现了循环水系统的零排放，归纳以来主要有三种途径。

第一，对循环水系统的排污水进行再生，中水回用，浓水进入蒸发结晶工艺。该种途径通过对循环水的后处理实现了零排放，但由于蒸发结晶工艺复杂、能耗过高且最终的杂盐无法处理，一般企业无法承受，难以大面积推广。

第二，优化全厂工艺，将循环水排污用于脱硫、除尘、绿化等其他用途。原则上，该种途径可以实现系统零排放，但不具有普遍意义。

第三，停止排污，直接对循环水系统零排，这种途径是真正意义上的循环水系统零排放，但控制难度极高，难以有效控制结垢、腐蚀和菌藻滋生难题。传统的水处理药剂已不能胜任，当前各种高效、环保的新型水处理药剂也陆续被开发并应用，但总的来说效果尚有不足，且为保证效果必须要有少量排污。除药剂外，其他的水处理技术如高能波处理、阴极保护、静电处理、磁场处理等也开始陆续应用于循环水处理领域并较好地解决了某一方面的问题，但至今还没有一种技术能够完全解决恶劣水质条件下循环水系统零排放难题。

有些企业通过投加特殊的所谓“零排放药剂”来保证循环水系统的结垢、腐蚀和菌藻滋生问题可控。该种方法存在的问题是，随着浓缩倍数的不断增加和药剂的不断积累，循环水系统中的杂质会越来越多，水质恶化，现场条件极差，不利于运行管理。更为严重的是在水质不断恶化的情况下，其对系统结垢、腐蚀和菌藻滋生问题的控制效果还有待实践的进一步检验。

对于某些工艺特殊的循环水系统，当补水水质较差时，实现零排放的难度更大，如带有喷淋式蛇管式换热器(冷排)的系统。由于冷排蒸发量偏大且影响因素复杂，其结垢和腐蚀现象更难以控制，目前对于建有冷排换热器的循环水系统还没有实现真正零排放的先例。由于冷排具有结构简单，制造、安装、清洗和维修方便，价格低廉，又特别适用于高压流体的冷却、冷凝等优点，应用广泛。但带有冷排的循环水处理却不易实现有效控制，难度主要有：(1)循环水从布水槽往下流的过程中，发生部分气化，循环水含盐量增大，时间一长就会在换热管表面结垢。管内热物料温度较高时，该现象尤为明显；(2)整个冷排暴露在室外环境中，其运行状况受周围环境影响较大，极易有沙尘、微生物等飘入，造成循环水系统粘泥较多；(3)水垢、粘泥形成的污垢会带来严重的垢下腐蚀，大大缩短冷排的使用寿命；(4)在母管与冷排相连的潮湿区域易形成水线腐蚀；(5)微生物容易滋生，夏季藻类难以控制。

当循环水水质较差时，以上情况会更加严重。随着当前环保形势的日益严峻，循环水系统减排已成为大多数企业的必然选择，随之而来的必然是循环水系统浓缩倍数升高，水质变差。针对冷排换热器上述缺点的改进措施或控制方法也在不断提出，归纳起来主要有以下几种：(1)增加循环水补水预处理工艺，改善补水水质。该方法可以在一定程度上提高浓缩倍数并减轻结垢和腐蚀情况，但对菌藻滋生现象无明显改善作用，且投资较大、实施不便；(2)改用更高性能的缓蚀阻垢剂或加大药剂用量。该方法有一定效果，但也增大了循环水排污的处理难度，同时运行成本显著升高；(3)采用百叶窗遮光的方式控制藻类滋生。该方法效果明显，但很多厂区并不具备实施条件；(4)采用更高级别的换热器材质。该方法能使腐蚀减缓但对阻垢无效，且成本高，失去了采用冷排工艺的意义。此外，还有加强人工清理、增大循环水旁滤量等措施。多数企业是采用上述一种或多种方法联用的方式来控制冷排换热器的各种问题，但效果都不太理想。因此，由于结垢、垢下腐蚀等问题未得到有效防治，带有冷排换热器的循环水系统从未实现真正的零排放。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能够有效解决目前循环水系统所存在问题的技术方案。

为达到上述目的，本发明首先提供了一种适用于恶劣水质条件的电化学水处理装置，其中，该电化学水处理装置包括箱体、电化学处理单元、倒U形容器、滤网；

其中，所述电化学处理单元、倒U形容器、滤网设于所述箱体内部，并且，所述电化学处理单元设于所述倒U形容器内部；

所述倒U形容器的上部设有进水口，下部为开放的出水口；

所述箱体设有溢流口和出垢口；

所述滤网垂直设于所述箱体设有溢流口的一侧。

在上述电化学水处理装置中，箱体作为整个电化学处理装置的外壳，其上设置的溢流口用于通过溢流的方式排出经过处理的水；箱体下部为开放的结构，作为沉垢所用，在箱体的适当位置设置出垢口。

在上述电化学水处理装置中，电化学处理单元设置于倒U形容器中，来水可以由该倒U形容器的上方或侧上方进入，由正下方出。如此一来，刮刀刮下的碳酸钙颗粒直接沉降到箱体底部即可，不必再单独设置沉降装置；同时在电化学处理单元的出水上升过程中，较小的碳酸钙颗粒继续沉降，出水更加清澈。

在上述电化学水处理装置中，优选地，所述电化学处理单元的极板总面积为12-23m²(例如18m²)，极板间距为6-10mm。极板的数量可以根据需要进行设置。

在上述电化学水处理装置中，优选地，该电化学水处理装置的规格满足：电流≥1500A，自动刮垢频率2次/天，刮垢时间30min，进水量≥150m³/h。

在上述电化学水处理装置中，滤网可以有效拦截电化学处理单元杀菌产生的生物粘泥以及在电化学处理单元中失稳的胶体颗粒如硅胶等，相当于砂滤罐的功能。当系统清垢时，可以将滤渣一并清理。优选地，所述滤网的垂直高度高于所述溢流口，以确保全部的水都经过滤网过滤。所述滤网的目数可以为60-90目，例如80目。

通过设置倒U形容器以及滤网能够使电化学水处理装置产生的碳酸钙垢、胶体沉积物以及杀死的微生物等物质较为完全地从循环水系统中脱离，从而强化了电化学水处理装置的功能。

在上述电化学水处理装置中，所述倒U形容器的材质可以满足绝缘和强度要求(能够横向支撑50公斤以上的重量)的材质，例如PVC等高强度硬塑料。

本发明所提供的上述电化学水处理装置能够集电化学处理、沉降和过滤于一体，占地面积小，处理效率高。

本发明还提供了一种循环水零排放处理系统，其中，该循环水零排放处理系统包括电化学水处理装置、冷却塔、循环水池、循环水泵、换热器；所述电化学处理装置为本发明所提供的上述电化学水处理装置；

所述循环水池位于所述冷却塔的底部；

所述循环水池的出水口与所述循环水泵的入口连接，所述循环水泵的出口与所述换热器的入口连接，所述换热器的第一出水口与所述冷却塔的布水管入口连接，所述换热器的第二出水口与所述电化学水处理装置的进水口连接，所述电化学水处理装置的出水口与所述循环水池连接。

在上述装置中，当换热器为冷排换热器时，能够更好地发挥作用。

对于以地下水或地表水等常规水源为补水以及以列管式或板式等常规换热器为主体换热器的循环水系统，本发明通过对原系统(即带有冷排换热器的循环水处理系统)进行必要的改进能够实现循环水系统的零排放。在原循环水系统的基础上增加一套电化学水处理装置，通过电化学水处理装置的电极反应、电场极化、沉降、过滤等综合作用实现对循环水系统结垢腐蚀情况的控制。

电化学水处理装置的出水口与箱体的溢流口相连通，出水进入循环水池；电化学水处理装置的下部敞开，作为出水口，直接与箱体下部连通，带有水垢的混合液通过箱体的沉降作用和箱体内侧的滤网过滤之后，经溢流口进入循环水池。经过电化学水处理装置处理的循环水经箱体的溢流口流入循环水池后进入下一循环；电化学水处理装置中产生的污垢在箱体中沉降分离后清出系统。与此同时，电化学水处理装置还能有效分解循环水中的COD和氨氮等污染物。

采用经上述改进后的循环水零排放处理系统能够实现大部分循环水系统的零排放目标，但是，对于某些水质恶劣或工艺特殊的循环水系统，仍可能会出现结垢或腐蚀超标的现象。大致可分为以下两种情况：

(1)补水复杂、水质差

由于全厂工艺的设计需要，有些循环水系统需要补入部分树脂反洗水、纳滤或反渗透浓水、污水处理的中水、生活中水等，在浓缩倍数较高时，循环水水质极其恶劣。若对这样的循环水系统实现零排放，电导率可达10000μS/cm以上、氯离子浓度3000mg/L以上，有的循环水COD含量达500mg/L以上、总磷总氮也居高不下。当前，还没有企业能对这种循环水系统实现零排放，即使采用上述改进的循环水系统，也难以保证结垢、腐蚀和菌藻滋生速率达标。

(2)带有特殊工艺的循环水系统

最有代表性的就是喷淋式蛇管换热器，即冷排。冷排由于蒸发量大、工况恶劣，浓缩倍数升高后，结垢及垢下腐蚀情况难以控制。所以，对带有冷排的循环水系统，目前还没有企业能实现真正的零排放。另外对于存在局部流速不足、材质有缺陷等现象的循环水系统，即使采用上述改进的处理系统也难以实现真正的零排放。

对此，本发明通过对普通换热器进行特殊的高温耐盐处理，即在冷却塔的换热管或换热板的外壁设置搪瓷涂层的方式能够予以解决，实现零排放。搪瓷涂层是涂烧在换热管或换热板金属外壁的底坯表面上的无机玻璃瓷釉，可以使换热管或换热板在受热时不至于在表面形成氧化层并且能抵抗各种液体的侵蚀。换热器经过搪瓷处理后，隔绝了循环水与换热管或换热板金属外壁的直接接触，彻底解决循环水的腐蚀问题；由于表面光滑，结晶颗粒附着力减弱，在换热器表面结垢的几率下降，起到防垢的作用。因此将改进的处理系统与换热器的搪瓷处理相结合，能够大幅度提高循环水的浓缩倍数，从而最终实现真正意义上的循环水系统零排放。

根据本发明的具体实施方案，搪瓷涂层的厚度可以控制为0.28-0.4mm。

根据本发明的具体实施方案，所述搪瓷涂层可以是通过表面处理和搪瓷处理形成的，其中，所述搪瓷处理包括如下过程：

将底釉涂敷在换热管或换热板的外壁上，经过烘干、烧成形成底釉层；其中，以重量百分比计，所述底釉的原料组成包括石英40-50％、长石5-15％、硼砂2-15％、硼酸15-25％、黏土2-10％；涂覆的厚度为80-110μm；所述烘干的温度为200-260℃，时间为25-40分钟；所述烧成的温度为760-780℃，升温时间为15分钟，保温时间为12-16分钟；底釉的烘干应该彻底，以免烧成后容易发生底釉层开裂和脱瓷。

在底釉层的表面涂覆面釉，经过烘干、烧成形成第一层面釉层；其中，以重量百分比计，所述面釉的原料组成包括石英10-20％、长石15-25％、硼砂30-40％、钛白粉1-5％、碳酸钠5-15％；涂覆厚度为100-170μm；所述烘干的温度为180-230℃，时间为25-40min；所述烧成的温度为720-760℃，时间为12-16min；

按照与形成第一层面釉层相同的方式在第一层面釉层的表面形成第二层面釉层，得到搪瓷涂层。

根据本发明的具体实施方案，上述表面处理可以采用以下方式进行：

(1)根据换热管或换热板的实际尺寸，采用抛光机抛光除锈，除去金属金属表面氧化皮、油脂等杂质并使其表面出现均匀的小麻点，使刷瓷釉后与管壁结合力更强，不易脱瓷。抛丸工艺例如：磨料材质：铸钢丸粒；磨料直径：Φ0.8-1.2mm，粒度均匀；抛丸清理速度：2-2.5m/s，(可根据情况适当调整)；抛丸时间：(7±1)min；

操作步骤如下：检查抛丸机是否正常，确认无安全隐患；启动通风除尘电机，确认正常后启动抛丸机；随时关注工件质量，必要时，调整抛射角度、输送速度等参数；工作结束，先关闭丸管，停止进风；随后关闭抛丸器电机；最后停通风机，切断电源，清除分离器下部筛网上的杂物。

抛丸处理后的表面处理等级不小于Sa1级，其特征为：表面无可见的油脂和污垢，无附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

(2)对于某些形状特殊、不适合用抛丸处理的换热板(管)，一般采用酸洗的方式进行表面处理。酸洗工艺例如：一道酸洗→二道酸洗→水洗→钝化→水洗→烘干，其中，一道酸洗浓度：15％硫酸；二道酸洗浓度：10％硫酸；酸洗温度：30-40℃；钝化浓度：7％烧碱；钝化温度：常温。

酸洗处理后，换热管(板)表面无可见的油脂和污垢，无附着氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

换热器的基体金属材料经过搪瓷处理形成搪瓷涂层之后，即可用于循环水系统。针对电化学处理技术在某些特殊工况下的不足，搪瓷换热器能够充分发挥其强抗腐蚀性能，完美解决循环水处理过程中的三大问题并提高浓缩倍数，最终实现零排放。

在电化学条件下，换热器经搪瓷处理后在循环水系统中具有以下优点：

(1)腐蚀控制

电化学技术通过调节循环水pH值、施加阴极保护和极化水分子等作用可以有效缓解循环水对换热器的腐蚀性，但对某些死水区(流动性差，腐蚀和结垢倾向均加重，加药和电化学都难以有效处理的区域)的处理效果尚有不足。换热器经过搪瓷处理后，能够隔绝循环水与换热管(板)金属外壁的直接接触，从而彻底解决循环水处理过程中的换热器腐蚀问题。

(2)结垢控制

电化学设备通过除垢能够降低循环水中的硬度和碱度并通过电场的极化作用使硬度离子水合性增强，抑制钙镁在换热器表面的析出，但对于冷排换热器，在某些局部浓度过高的区域，仍然会有垢析出。换热器经过搪瓷处理后，水垢颗粒在换热管(板)表面的附着力大大减弱，可以有效抑制碳酸钙晶核在换热管(板)表面的成长，从而抑制循环水系统中的换热器结垢现象。同时，再配合电化学系统的除垢、阻垢作用，可以基本消除换热器结垢现象，大大延长换热器的清洗周期。

(3)菌藻控制

在电化学设备的杀菌灭藻作用下，菌藻滋生现象大大减轻。对于残存的少量的藻类和生物粘泥，由于换热器经过搪瓷处理后表面光滑，其附着作用大大减弱；再辅以适当的人工清理，可以在不添加任何药剂的情况下实现循环水系统的菌藻控制。

由于经过搪瓷处理的换热器对腐蚀、结垢和菌藻滋生现象的抗性增强，循环水系统对换热器材质的要求降低，可以不再采用特殊的耐蚀性材质而统一采用成本最低的碳钢材质，从而大大降低企业的投资成本。另一方面，经过搪瓷处理的换热器可以在更加恶劣的水质条件下运行，循环水浓缩倍数可以大幅度提高，最终实现循环水系统的零排放目标。

搪瓷涂料本身的热阻可能会对换热器的整体传热效果产生一定影响，现对其影响进行理论和实验探究。相关物质的热导率如下：搪瓷，1.05-1.16W/(m·K)；碳钢，36-54W/(m·K)；污垢，0.58-1.16W/(m·K)。对固体而言，其传热系数K＝λ/δ。由此可计算得，具有相同传热系数的搪瓷层和污垢的厚度比为0.79：1，即本发明的搪瓷工艺下得到的厚度0.34±0.06mm的搪瓷涂层的热阻仅相当于0.27mm厚度的污垢层。

搪瓷涂层对换热器实际传热效果的影响通过监测换热器的对比实验测定。实验分为两组，A组的换热管用搪瓷工艺处理，B组不处理，作为对照。通过监测循环水的流量、进出口温度等参数计算两组实验各自的总热阻，A组热阻值比B组超出的部分即为传热效果的下降值。经测定，传热能力下降值约为2％-5％。在生产现场的实际运行过程中，由于搪瓷涂层表面光滑，能够减轻水垢在换热管表面的附着，因此在运行后期，当未做处理的换热管表面附着水垢层之后，搪瓷换热管的总热阻反而比未做处理的换热管低，可见搪瓷涂层对换热器传热效果的影响在可接受范围以内。

综上，换热器经过搪瓷处理后，在电化学设备的处理作用下，可以在换热效果几乎不受影响的前提下，有效解决循环水系统的腐蚀、结垢和菌藻滋生三大问题，能够满足水质恶劣或带有冷排的循环水系统零排放。

本发明还提供了一种循环水零排放处理方法，其中，该方法是采用本发明提供的循环水零排放处理系统进行的，包括以下步骤：

使循环水池中的一部分循环水进入换热器进行换热，然后经回水管上流至冷却塔顶部，经过冷却塔降温之后返回循环水池；

使循环水池中的一部分循环水进入电化学水处理装置进行处理，处理后的循环水通过溢流口进入循环水池。

采用本发明的循环水零排放处理系统进行循环水处理时，循环水池中的水经循环泵加压后有两个去向，一是直接去往换热器给物料降温，出换热器后经回水管上流至冷却塔(或称凉水塔)顶部，再经冷却塔降温后返回循环水池(或称凉水池)；二是去往电化学装置，经电化学装置处理后的水又分为两路，一路从装置上端出口流出，经箱体内滤网过滤后从溢流孔进入循环水池；另一路携带水垢及少量粘泥流向箱体下部，经沉降和滤网过滤后，上清水回流至循环水池，沉降物排出箱体。

在上述方法中，优选地，对于恶劣水质，采用换热器的换热管经过搪瓷处理的循环水零排放处理系统进行。

恶劣水质一般是指水质指标满足以下条件的水：

循环水：氯离子>1000mg/L，钙硬度+总碱度>1100mg/L，铁离子>1mg/L，浊度>20NTU，氨氮>10mg/L，COD>150mg/L；

或者，补水：氯离子>250mg/L，钙硬度>250mg/L，铁离子>0.5mg/L，浊度>5NTU，悬浮物>10mg/L，COD>30mg/L。

电化学水处理装置取水量一般为总循环量的5-10％，可以根据水质情况进行调整。当水质较差时，可以适当调高取水量，装置的电流也需要适当调高以强化处理效果，此时电压也会随之升高，功率增大，直流电源的负荷随之增大，温度开始升高。为保证电源的正常工作，必须对电源进行降温处理，一般采用防冻液携带电源热量后在循环水中散热的方式进行。上述操作中，取水量的多少可以由数显电磁阀控制，可以自由设定，一般设为120-180m³/h，水质较差时适当调高处理量；电流通过整流器的电子显示屏进行设定或更改，一般设为800-1500A，电流选定后电压随之确定，一般在2-5V左右，如果电压超过6V应立即检查线路连接及极板与铜排的接触是否良好并及时处理，随后应适当调低电流和电压，确保安全；直流电源的内部温度可通过用温度计测量降温介质(防冻液)的温度获得，一般在35-45℃，防冻液温度超过50℃时，应强化散热或更换防冻液。

一般情况下，电化学装置24小时不间断运行，可持续提供抑菌、杀菌作用，能够满足杀菌要求。但当水质较差或者夏季高温时，藻类滋生旺盛，届时可以辅以添加少量杀菌剂的方式除去藻类。杀菌剂一般选择廉价易得的氧化性杀菌剂，如次氯酸钠或其配方产品。

采用本发明提供的循环水零排放处理系统进行循环水处理，各参数经调整取得相应的最佳值并稳定运行后，可以对循环水起到良好的处理作用。部分结垢物质以固体形态在阴极析出，排出循环水系统；同时可以调节循环水的pH，施加阴极保护，抑制金属腐蚀；阳极则产生一些具有强氧化性的杀菌物质，抑制菌藻滋生；如此可使循环水系统在较高离子浓度下仍可很好地控制结垢和腐蚀情况，从而在减少排污的情况下达到除垢防垢、缓解腐蚀和杀菌灭藻的目的，最终实现循环水系统的零排放。

本发明的技术方案是有效解决循环水系统一系列问题的一种低成本方法，利用电化学处理技术对循环水系统进行改进，基本控制防腐、结垢和菌藻滋生问题；对某些工艺特殊或水质恶劣的循环水系统，对换热管表面进行搪瓷处理，提高耐蚀性能，继而达到除垢防垢、缓解腐蚀和杀菌灭藻的目的，最终实现循环水系统的零排放。

附图说明

图1为实施例1提供的电化学水处理装置的结构示意图。

图2为实施例2提供的循环水零排放处理系统的结构示意图。

主要附图标号说明：

箱体1、电化学处理单元2、倒U形容器3、滤网4、进水口5、出水口6、溢流口7、出垢口8、冷却塔9、循环水池10、循环水泵11、换热器12、电化学水处理装置13

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种电化学水处理装置，其结构如图1所示。该电化学水处理装置包括箱体1、电化学处理单元2、倒U形容器3、滤网4；

其中，所述电化学处理单元2、倒U形容器3、滤网4设于所述箱体1内部，并且，所述电化学处理单元2设于所述倒U形容器3内部；

所述倒U形容器3的上部设有进水口5，下部为开放的出水口6；

所述箱体1设有溢流口7和出垢口8；

所述滤网4为80目，垂直设于所述箱体1设有溢流口7的一侧，并且，滤网4的垂直高度高于所述溢流口7。

该电化学水处理装置的参数设置如下：

极板总面积：18m²

极板间距：6-10mm

电流：≥1500A

自动刮垢频率：2次/天

刮垢时间：30min

进水量：≥150m³/h。

实施例2

本实施例提供了一种循环水零排放处理系统，其结构如图2所示。该循环水零排放处理系统包括电化学水处理装置13、冷却塔9、循环水池10、循环水泵11、换热器12；所述电化学处理装置13为实施例1的电化学水处理装置；其中：

循环水池10位于冷却塔9的底部；

循环水池10的出水口与循环水泵11的入口连接，循环水泵11的出口与换热器12的入口连接，换热器12的第一出水口与冷却塔9的布水管入口连接，换热器12的第二出水口与电化学水处理装置13的进水口连接，电化学水处理装置13的出水口与循环水池10连接。

当换热器12的换热管采用表面经过搪瓷处理的换热管时，本实施例的循环水零排放处理系统能够适用于恶劣水质。

实施例3

某化工企业PP车间循环水系统建成伊始即采用电化学处理方式。该系统的循环水量为3000m³/h，补水为地表水，电导率在1100μS/cm左右，换热器以碳钢、不锈钢材质的列管式换热器为主，热物料温度大多为80-90℃。

采用两台实施例1的电化学水处理装置对该循环水系统进行改进，具体设置方式如下：

在现有的循环水系统的上塔管开孔，引出DN150的支管分别与两台电化学水处理装置的电化学处理单元2的进水口5相连，两台电化学水处理装置的溢流口7分别通过DN250的碳钢管道与循环水池(凉水池)相连。由塔管引出的循环水经过电化学水处理装置的电化学处理单元2后流向箱体1的下部，再经滤网4过滤后从电化学水处理装置的溢流口7流出。

上述两台电化学水处理装置的参数均设置如下：电流1200A；进水流量150m³/h；刮垢间隔12h，刮垢时间30min；极板总面积18m²；极板间距6-10mm。

改进前，循环水系统浓缩倍数为4，排污量约为6m³/h，但由于补水硬度较高，系统仍然存在结垢现象。改进后的循环水系统不排污，30天后浓缩倍数达到12倍，电导率在13000μS/cm左右，污垢热阻的平均值为2.32×10^-4m²·K/W，低于国标(GB50050-2017)中的规定值3.44×10^-4m²·K/W；碳钢、不锈钢腐蚀速率分别为0.045mm/a和0.003mm/a，均低于各自的国标规定值0.075mm/a和0.005mm/a。测试结果表明改进后的循环水系统结垢和腐蚀速率完全达标，同时不再排污，为企业实现了良好的环保效益和经济效益。

实施例4

某化工厂的C4循环水系统发生冷排换热器的结垢、腐蚀现象，采用实施例1的电化学水处理装置对该循环水系统进行改进，同时，对换热器的换热管表面进行搪瓷处理，其中，电化学水处理装置的具体设置方式如下：

根据C4循环水处理系统的管系，从第三根回水管线上塔阀门上端50mm处引出支管，与电化学水处理装置的电化学处理单元2的进水口5相连，将循环水从冷却水系统引入电化学水处理装置；经过电化学水处理单元2去除部分易结垢的矿物质后，从电化学处理单元的下部敞口处进入电化学装置的下箱体，再经下箱体的滤网4过滤；电化学水处理装置的溢流口7凉水池相连，经过过滤的水通过溢流孔7排入凉水池参与冷却循环。

按照以下方式对冷排换热器的换热管进行搪瓷处理：

(1)表面处理

根据换热管的实际尺寸，采用抛光机抛光除锈，除去金属金属表面氧化皮、油脂等杂质并使其表面出现均匀的小麻点，使刷瓷釉后与管壁结合力更强，不易脱瓷。抛丸工艺如下：

磨料材质：铸钢丸粒

磨料直径：Φ0.8-1.2mm，粒度均匀

抛丸清理速度：2.2m/s

抛丸时间：7min

操作步骤如下：检查抛丸机是否正常，确认无安全隐患；启动通风除尘电机，确认正常后启动抛丸机；随时关注工件质量，必要时，调整抛射角度、输送速度等参数；工作结束，先关闭丸管，停止进风；随后关闭抛丸器电机；最后停通风机，切断电源，清除分离器下部筛网上的杂物。

抛丸处理后的表面处理等级不小于Sa1级，其特征为：表面无可见的油脂和污垢，无附着不牢的氧化皮、铁锈和油漆涂层等附着物。

(2)搪瓷

①硼砂复合底釉涂敷

底釉以石英、长石、硼砂为主料均匀混合后熔制到半熔融状态时出炉，磨制成细粉待用，其成分如下：

成分	石英	长石	硼砂	硼酸	黏土	萤石
							质量分数(％)	46	10	11	19	10	4

将底釉均匀喷涂在换热管的外壁上形成底釉层，涂层厚度105μm，涂层过厚容易造成制品脱瓷。

②室内暖风缓慢风干

对底釉层进行烘干，烘干温度220℃，烘干时间30min。若底釉层烘干不彻底，烧成后容易发生底釉层开裂和脱瓷。

③底釉烧成

将烘干后的换热管放入炉膛内烧成，升温至760℃(升温时间为15min)，保持15min，然后缓慢冷却。

④第一层面釉涂敷

底釉层烧成并冷却后，在底釉层表面涂敷第一层面釉，形成第一层面釉层，一次喷涂厚度为110μm。面釉的成分如下：

⑤第一层面釉层烘干、烧成

对第一层面釉层进行彻底烘干，然后进行烧成，其中，烘干温度190℃，烘干时间25min，烧成温度为760℃，烧成时间为14min。

⑥第二层面釉层

按照与步骤④-⑤相同的方式制成第二层面釉层。

经过上述两搪两烧后，搪瓷层的厚度为0.325mm。

该C4循环水系统循环量为4000m³/h，补水为消防水和污水厂中水，有机物含量偏高，系统换热器多为碳钢冷排，热物料为液化气，入口温度约为60℃。由于循环水水质较差，总硬度为1400mg/L、钙硬为450mg/L、铁离子为0.3mg/L、COD为110mg/L，之前经常发生藻类滋生严重和冷排结垢现象。换热器经搪瓷处理并投用后，开启电化学设备，设置设备参数如下：电流1500A；进水流量150m³/h；刮垢间隔12h。同时，开启监测换热器，实时监测换循环水统运行情况。

由于搪瓷换热器对离子浓度耐受力增强，浓缩倍数大幅提高。电化学设备开启后，逐步降低循环水系统排污量直至零排。30天后，循环水系统浓缩倍数由原来的4倍逐步升高至10.5倍，污垢热阻值及腐蚀挂片测试数据达标。冷排换热器表面搪瓷层完好，无绷瓷现象，无结垢现象，存在少量绿藻但比之前大为减少。换热效果与之前相比不降反升，实现了为企业节能的目标。

Claims (10)

1.一种循环水零排放处理系统，其特征在于，该循环水零排放处理系统包括电化学水处理装置、冷却塔、循环水池、循环水泵、换热器；

所述换热器为冷排换热器；

所述循环水池位于所述冷却塔的底部；

所述换热器的外壁与冷却塔的换热管或换热板的外壁设有搪瓷涂层，所述搪瓷涂层是通过表面处理和搪瓷处理形成的，所表面处理包括抛丸处理或酸处理；以重量百分比计，所述搪瓷处理采用的底釉的原料组成包括石英40-50％、长石5-15％、硼砂11-15％、硼酸19-25％、黏土2-10％；以重量百分比计，面釉的原料组成包括石英10-20％、长石15-25％、硼砂30-40％、钛白粉1-5％、碳酸钠5-15％；

所述电化学处理装置包括箱体、电化学处理单元、倒U形容器、滤网；其中，所述电化学处理单元、倒U形容器、滤网设于所述箱体内部，并且，所述电化学处理单元设于所述倒U形容器内部；所述倒U形容器的上部设有进水口，下部为开放的出水口；所述箱体设有溢流口和出垢口，所述箱体下部为开放的结构，作为沉垢所用；所述滤网垂直设于所述箱体设有溢流口的一侧；所述电化学处理单元的极板总面积为12-23m²，极板间距为6-10mm；所述电化学水处理装置的规格满足：电流≥1500A，进水量≥150m³/h；

所述循环水池的出水口与所述循环水泵的入口连接，所述循环水泵的出口与所述换热器的入口连接，所述换热器的第一出水口与所述冷却塔的布水管入口连接，所述换热器的第二出水口与所述电化学水处理装置的进水口连接，所述电化学水处理装置的出水口与所述循环水池连接；

所述零排放处理系统适用于恶劣水质，所述恶劣水质是指水质指标满足以下条件的水：循环水：氯离子>1000mg/L，钙硬度+总碱度>1100mg/L，铁离子>1mg/L，浊度>20NTU，氨氮>10mg/L，COD>150mg/L；或补水：氯离子>250mg/L，钙硬度>250mg/L，铁离子>0.5mg/L，浊度>5NTU，悬浮物>10mg/L，COD>30mg/L。

2.根据权利要求1所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，所述搪瓷涂层的厚度为0.28-0.4mm。

3.根据权利要求2所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，所述搪瓷处理包括如下过程：

将底釉涂敷在换热管或换热板的外壁上，经过烘干、烧成形成底釉层；涂覆的厚度为80-110μm；所述烘干的温度为200-260℃，时间为25-40分钟；所述烧成的温度为760-780℃，升温时间为15分钟，保温时间为12-16分钟；

在底釉层的表面涂覆面釉，经过烘干、烧成形成第一层面釉层；涂覆厚度为100-170μm；所述烘干的温度为180-230℃，时间为25-40min；所述烧成的温度为720-760℃，时间为12-16min；

按照与形成第一层面釉层相同的方式在第一层面釉层的表面形成第二层面釉层，得到搪瓷涂层。

4.根据权利要求1所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，所述电化学水处理装置的规格满足：自动刮垢频率2次/天，刮垢时间30min。

5.根据权利要求1所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，在所述电化学水处理装置中，所述滤网的垂直高度高于所述溢流口。

6.根据权利要求5所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，在所述电化学水处理装置中，所述滤网的目数为60-90目。

7.根据权利要求1-6任一项所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，在所述电化学水处理装置中，所述倒U形容器的材质为高强度硬塑料。

8.根据权利要求7所述的循环水零排放处理系统，其特征在于，在所述电化学水处理装置中，所述倒U形容器的材质为PVC。

9.一种循环水处理零排放方法，其特征在于，该方法是对于恶劣水质，采用权利要求1-8任一项所述的循环水零排放处理系统进行的，包括以下步骤：

使循环水池中的一部分循环水进入换热器进行换热，然后经回水管上流至冷却塔顶部，经过冷却塔降温之后返回循环水池；

使循环水池中的一部分循环水进入电化学水处理装置进行处理，处理后的循环水通过溢流口进入循环水池；

其中，所述恶劣水质是指水质指标满足以下条件的水：

循环水：氯离子>1000mg/L，钙硬度+总碱度>1100mg/L，铁离子>1mg/L，浊度>20NTU，氨氮>10mg/L，COD>150mg/L；

或补水：氯离子>250mg/L，钙硬度>250mg/L，铁离子>0.5mg/L，浊度>5NTU，悬浮物>10mg/L，COD>30mg/L；

所述循环水零排放处理系统中的电化学水处理装置中的电流为800-1500A；

所述循环水零排放处理系统中的电化学水处理装置的进水量为120-180m³/h。

10.根据权利要求9所述的循环水处理零排放方法，其特征在于，进入循环水池的循环水占总循环量的5-10wt％；

所述电化学水处理装置的电压为2-5V。

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