大竹分厂旁流电解水处理技术（ECT）使用情况说明 化学专业

大竹分厂旁流电解水处理技术（ECT）使用情况说明

一、旁流电解水处理技术（ECT）介绍

ECT系统是在一个受控的反应室中提供一个受控的电解过程，用以除去循环水系统的钙镁离子，从而阻止系统管线和设备结垢，并同时控制细菌和藻类的滋生。反应器内部的钛基氧化镍涂层电极为阳极，反应器壁为阴极，反应过程中，水中的钙镁离子在阴极发生反应形成软质水垢附着在反应器壁上，并定时启动内置刮刀刮去后排出反应器。

反应器组成见图1。反应器通过旁路与循环水系统回水管线相连，循环水经ECT处理后再回到循环水池。

图1

ECT装置刨面示意图

①反应室

②电极

③刮刀驱动马达

④刮刀

⑤出水阀

⑥排污阀

⑦电源柜

⑧排气/进气阀

（一）阴极电化学反应

反应室中维持的工作电流大概为直流10～25安培。结果是，在阴极（反应室内壁）附近形成高浓度的氢氧根，这种升高的pH环境（pH高达14），让易结垢的矿物质预先结垢，并从水中析出。实际上阴极附近局部的高氢氧根浓度所形成的化学环境，和用石灰处理形成的冷石灰软化环境类似。

2H2O(l)

+

2e-

H2(g)

+

2OH-(aq)

CO2(aq)+

OH-(aq)

HCO3-(aq)

HCO3-(aq)

+

OH-

(aq)

CO32-(aq)

+H2O(l)

Ca2+(aq)

钙离子可能形成氢氧化钙Ca(OH)2(垢)和碳酸钙CaCO3(垢)

（二）阳极电化学反应

在阳极，电流将一部分的氯离子转化成氯气，在冷却水中形成持续杀菌效果的次氯酸。同时也产生臭氧、氧自由基、氢氧根自由基和双氧水。这一系列得产物提供了杀生效应，结合安培电流及局部高的和低的（阳极）pH区域，维持了ECT内部一个实时的消毒环境。

生成氧气:

4HO-

O2(g)

+

2H2O

+

4e-

游离氯:

Cl-

–

e-

Cl0

氯气:

2Cl-(aq)

Cl2(g)

+

2e-

臭氧:

O2

+

2HO-

–

2e-O3(g)

+

H2O

OH0自由基:

OH-

–

e-

OH0

过氧化氢:

2H2O

–

e-

H2O2

+

2H+

氧自由基:

2H2O

–

e-

O0

+

H+

（三）pH控制

ECT处理冷却循环水时pH总体值控制范围在8.5到9.0之间，控制方式为自动添加柠檬酸。如前文提到的，阴极附近会形成高浓度的氢氧根，从而在反应室内壁附近维持较高的碱性环境。相反，在阳极附近维持较低pH的酸性环境。

由于循环水是切向进入和离开反应室，从而运行中能反复地将水中细菌置于低pH值区和高pH值区，使得细菌每次通过反应室时都经历了多次pH值环境的变化，起到一定杀菌作用。

（四）其它

ECT本身是一个碳钢制造的圆柱状的容器，直径大约为500毫米，深为900毫米。固定在碳钢盖子上有阳极和一组刮刀。阳极直伸到容器底部。电极用拥有专利的钛基镍氧化物制成，以便耐受局部低pH环境。刮刀用来定时刮掉内壁预沉淀出来的矿物质。

清洗过程由刮垢与排污两部分组成。刮垢频率与排放频率可视运行情况分别设置，排污时间也可调节。每次刮垢时，刮刀在马达的推动下在反应室内运动，刮掉内壁沉淀出来的水垢，待排污时和冲洗水一起从底部排出。实际生产过程中，可根据设备内部结垢的情况，改变刮垢、排污频率和排污时间。

二、运行情况

（一）概况

大竹分厂自2017年11月11日投用ECT装置，原有循环水处理装置旁滤器（F-3101A/B）不再使用，自循环水系统回水管线上分出一根管线进入ECT系统，控制循环水量的5%（约15-20m3/h）进入ECT处理，出口直接接入循环水池PT-3101。同时，除循环水系统检修后开产的预膜过程中需要投加化学药剂，日常生产中不再投加ClO2、CT4-36、CT4-42等药剂。

现装置总循环水流量约200m3/h，ECT系统流量约17

m3/h。根据厂家（北京银海洁水处理公司）的技术指导，并结合生产实际，ECT工作电流一般设置在15A，随着气温的升高，可逐渐调大电流以降低电导率，最高到20A。现循环水浓缩倍数适控制在3左右，并根据浓缩倍数，设定20min刮垢1次，4h排污1次。

（二）控制指标情况

投用ECT设备后，缓蚀缓垢剂及杀菌灭藻剂不再投加，因此不再对总磷、ClO2余量进行分析。为了保证循环水水质，参照工业循环冷却水处理设计规范GB50050相关规定确定

pH、浊度、总硬、总碱、电导、异养菌总数为控制指标，并调整了指标控制范围，具体见下表。

表1

ECT投用前后循环水分析控制指标对比表

PH

浊度（度）

总磷（mg/L）

ClO2余量（mg/L）

总硬+总碱

（mg/L）

电导

（µs/cm）

投用前

6.5~9

≤10

4~7

0.2~1.0

850~1250

＜2500

投用后

6.5~9

≤10

/

/

≤1100

＜2500

（三）设备运行维护情况

ECT装置2017年11月11日投用至今，厂家进行了一次拆检。

2018年3月29日，第一次拆开检查：

厂家对设备拆开检查发现ECT设备顶盖、内壁结垢严重，见图2、图3。此次共清理水垢约20Kg，为减少反应室内壁结垢，缩短刮垢间隔时间，由20min改为10min，排污时间不变。

图2

3月29日顶盖结垢情况

图3

3月29日内壁结垢情况

从检查情况来看，打开设备均发现其内部存在较多水垢，说明其具有一定的除垢能力。

（四）投用前后运行参数对比分析

工业循环水系统水质主要受蒸发量，补充水水质、水量，排污量，杀菌除垢设备或药剂使用等情况影响，补充水水质和水量可以反应循环水蒸发浓缩的情况，也可以反映整个循环水的水质情况，为了确保运行前后参数比较的准确性，因2017年3月与2018年3月水质情况与补水量大致相同，因此选取这两个时期内循环水质情况进行对比。

下面对ECT设备投用前后循环水各项主要指标进行对比分析。

1.循环水“总硬+总碱”：

表2

大竹分厂2017年、2018年同期循环水总硬总碱化验数据统计

2017年3月

2018年3月

项目

时间

总硬

mmol/L

总碱

mmol/L

总硬+总碱

（mg/L）

项目

时间

总硬

mmol/L

总碱

mmol/L

总硬+总碱

（mg/L）

2017.3.1

32.6

7.16

3976

2018.3.1

7.64

5.85

1349

2017.3.2

33.5

7.07

4057

2018.3.2

7.67

5.68

1335

2017.3.3

31.8

6.79

3859

2018.3.5

10.6

6.08

1668

2017.3.6

33.6

7.37

4097

2018.3.6

10.6

1660

2017.3.7

32.7

7.11

3981

2018.3.7

10.5

6.09

1659

2017.3.8

33.1

7.21

4031

2018.3.8

10.2

6.05

1625

2017.3.9

33.7

6.89

4059

2018.3.9

10.3

6.57

1687

2017.3.10

33.9

6.97

4087

2018.3.12

12.4

7.08

1948

2017.3.13

30.4

7.03

3743

2018.3.13

12.9

8.19

2109

2017.3.14

31.4

7.31

3871

2018.3.14

12.7

8.12

2082

2017.3.15

32.3

7.07

3937

2018.3.15

12.6

8.07

2067

2017.3.16

6.93

3893

2018.3.16

12.3

7.87

2017

2017.3.17

31.1

6.78

3788

2018.3.19

16.62

7.53

2415

2017.3.20

31.7

6.84

3854

2018.3.20

16.2

7.42

2362

2017.3.21

3800

2018.3.21

14.1

6.98

2108

2017.3.22

30.8

6.95

3775

2018.3.22

12.8

6.88

1968

2017.3.23

31.5

7.04

3854

2018.3.23

13.9

6.9

2080

2017.3.24

20.2

5.66

2586

2018.3.26

6.65

2065

2017.3.27

6.85

2785

2018.3.27

12.6

6.56

1916

2017.3.28

20.8

2680

2018.3.28

13.2

6.54

1974

2017.3.29

25.7

8.33

3403

2018.3.29

8.72

5.49

1421

2017.3.30

20.7

8.03

2873

2018.3.30

8.5

5.75

1425

2017.3.31

26.95

8.96

3591

平均

29.67

7.10

3677

0.00

11.87

6.74

1861

7.1

3677

11.87

6.74

1861

由上表可以得出，2017年3月，循环水“总硬+总碱”平均值为3677mg/L；2018年3月，循环水“总硬+总碱”平均值为1860mg/L。2018年数据对比2017年有明显下降，但仍然超过工艺卡片要求的1100mg/L。对比分析数据并结合ECT系统工作原理，循环水中“总硬”的下降是将指标控制在1100mg/L以下的关键，需要进一步调整ECT运行参数加以控制。

2.循环水pH值：

表3

大竹分厂2017年、2018年同期循环水pH值统计

2017年3月

2018年3月

项目

时间

PH

项目

时间

PH

2017.3.1

8.37

2018.3.1

8.76

2017.3.2

8.47

2018.3.2

8.75

2017.3.3

8.34

2018.3.5

8.8

2017.3.6

8.12

2018.3.6

8.79

2017.3.7

8.21

2018.3.7

8.75

2017.3.8

8.18

2018.3.8

8.71

2017.3.9

8.1

2018.3.9

8.78

2017.3.10

8.13

2018.3.12

8.77

2017.3.13

8.16

2018.3.13

8.9

2017.3.14

8.2

2018.3.14

8.4

2017.3.15

8.2

2018.3.15

8.35

2017.3.16

8.18

2018.3.16

8.36

2017.3.17

8.15

2018.3.19

8.32

2017.3.20

8.28

2018.3.20

8.29

2017.3.21

8.2

2018.3.21

8.3

2017.3.22

8.23

2018.3.22

8.18

2017.3.23

8.69

2018.3.23

8.3

2017.3.24

8.41

2018.3.26

8.33

2017.3.27

8.51

2018.3.27

8.3

2017.3.28

8.32

2018.3.28

8.24

2017.3.29

8.36

2018.3.29

8.34

2017.3.30

8.3

2018.3.30

8.35

2017.3.31

8.29

平均

8.27

8.50

由表3知，2017年3月，循环水平均pH值为8.27，2018年3月，循环水平均pH值为8.50。2018年循环水pH值相比于2017年同期总体趋势相差不大。

ECT系统设置了柠檬酸加药装置用以控制循环水系统PH值，但就目前情况看来，分厂暂时不需要使用该加药装置，但在以后的使用过程中，可能需要使用。

3.循环水电导：

表4

大竹分厂2017年、2018年同期循环水电导值统计

2017年3月

2018年3月

项目

时间

电导

μs/cm

项目

时间

电导

μs/cm

2017.3.1

4320

2018.3.1

1650

2017.3.2

5560

2018.3.2

1650

2017.3.3

5560

2018.3.5

1690

2017.3.6

5660

2018.3.6

1570

2017.3.7

4380

2018.3.7

1830

2017.3.8

4240

2018.3.8

1770

2017.3.9

3660

2018.3.9

1840

2017.3.10

3280

2018.3.12

2130

2017.3.13

3640

2018.3.13

2170

2017.3.14

3370

2018.3.14

2180

2017.3.15

3240

2018.3.15

2110

2017.3.16

3470

2018.3.16

3540

2017.3.17

3310

2018.3.19

2800

2017.3.20

3150

2018.3.20

2540

2017.3.21

3190

2018.3.21

2410

2017.3.22

3070

2018.3.22

2450

2017.3.23

3100

2018.3.23

2320

2017.3.24

3440

2018.3.26

2400

2017.3.27

3530

2018.3.27

2030

2017.3.28

3400

2018.3.28

1920

2017.3.29

3600

2018.3.29

1660

2017.3.30

3420

2018.3.30

1730

2017.3.31

4410

平均

3826

2108

由上表4知，2017年3月循环水电导平均值为3826µs/cm。2018年循环水电导平均值为2108µs/cm。在浓缩倍数均大于3的情况下，2018年循环水电导较2017年同期有明显下降，结合前文描述了“总硬”下降明显的趋势，可以反映出ECT系统对于水中离子浓度有明显的抑制。

4.循环水浊度：

表5

大竹分厂2017、2018年同期循环水浊度值统计

2017年3月

2018年3月

项目

时间

浊度

NTU

项目

时间

浊度

NTU

2017.3.1

5.21

2018.3.1

8.27

2017.3.2

7.47

2018.3.2

5.18

2017.3.3

7.19

2018.3.5

4.86

2017.3.6

8.21

2018.3.6

3.42

2017.3.7

8.56

2018.3.7

4.1

2017.3.8

8.47

2018.3.8

4.71

2017.3.9

8.41

2018.3.9

3.02

2017.3.10

3.94

2018.3.12

2.98

2017.3.13

8.42

2018.3.13

2.99

2017.3.14

3.73

2018.3.14

6.36

2017.3.15

6.6

2018.3.15

3.63

2017.3.16

8.37

2018.3.16

4.72

2017.3.17

5.82

2018.3.19

3.71

2017.3.20

3.32

2018.3.20

3.49

2017.3.21

4.05

2018.3.21

2.81

2017.3.22

3.89

2018.3.22

3.03

2017.3.23

3.57

2018.3.23

3.54

2017.3.24

9.9

2018.3.26

4.31

2017.3.27

8.99

2018.3.27

3.21

2017.3.28

7.2

2018.3.28

4.03

2017.3.29

6.48

2018.3.29

4.2

2017.3.30

6.01

2018.3.30

3.27

2017.3.31

6.41

平均

6.51

4.08

由表5可以得出，2017年循环水浊度平均值为6.51。2018年循环水电导平均值为4.08。2018年循环水浊度较2017循环水浊度有明显下降，但均在工艺指标规定范围内（≤10），可以看出ECT系统在控制系统浊度方面有一定的作用。

（五）检修后投用情况

2018年4月，分厂停产检修，装置上冷换设备打开清洗前图片如下：

图4

E-1205酸气后冷器

图5

E-1207凝结水后冷器

图6

E-1207凝结水后冷器

图7

E-1202MDEA贫液后冷器

从图4至图7可以看出，分厂冷换设备花板上泥垢较多，尤其是酸气后冷器E-1205和TEG水冷器E-1301，凝结水后冷器E-1207花板上明显还有盐类沉淀附着，除此之外，冷换设备都存在明显锈蚀现象，这跟循环水浊度、“总硬+总碱”、pH指标控制有着直接关系。2017年11月分厂投运ECT，但2017年分厂并没有停产检修，因此，暂无法确定冷换设备存在的泥垢等污物是否在安装ECT后有所减少，需要做进一步观察。

2018年4月26日检修结束，装置开产，现将开产投用ECT后的分析数据统计如下，以2018年5月分析数据为例。

表6

大竹分厂2018年5月循环水总硬总碱化验数据统计

2018年5月

项目

时间

总硬

mmol/L

总碱

mmol/L

总硬+总碱

（mg/L）

PH

电导

μs/cm

浊度

NTU

2018.5.1

6.74

3.62

1036

8.69

1310

2018.5.2

7.51

3.64

1115

8.65

1370

41.16

2018.5.3

6.38

3.27

965

8.53

1250

19.65

2018.5.4

6.9

3.24

1014

8.59

1300

11.5

2018.5.5

6.5

3.03

953

8.57

1170

9.91

2018.5.6

7.21

3.32

1053

8.72

1040

8.25

2018.5.7

5.5

3.26

876

8.64

1140

7.75

2018.5.8

4.78

2.82

760

8.37

854

6.6

2018.5.9

3.44

2.96

640

8.74

879

6.7

2018.5.10

4.86

3.05

791

8.73

879

7.61

2018.5.11

4.52

3.88

840

8.85

942

7.2

2018.5.14

4.15

3.58

773

8.7

864

6.71

2018.5.15

3.94

3.68

762

8.72

979

10.36

2018.5.16

4.48

4.06

854

8.76

961

10.81

2018.5.17

4.35

4.68

903

8.8

969

10.68

2018.5.18

3.69

3.33

702

8.71

800

7.67

2018.5.21

2.65

2.83

548

8.5

605

5.76

2018.5.22

2.94

2.68

562

8.6

579

9.2

2018.5.23

2.5

2.26

476

8.53

575

5.08

2018.5.24

2.75

2.2

495

8.54

615

5.69

2018.5.25

2.9

2.26

516

8.63

580

7.76

2018.5.28

2.45

2.22

467

8.56

548

5.82

2018.5.29

2.35

2.08

443

8.48

528

5.37

2018.5.30

1.63

2.34

397

8.48

768

4.66

2018.5.31

1.9

2.42

432

8.61

550

4.23

平均

4.28

3.06

734.92

8.63

882.2

11.39

从上表可以看出，2018年5月循环水“总硬+总碱”平均值为734.92mg/L、PH平均值为8.63，电导平均值为882.2μs/cm，浊度平均值为11.39，浊度偏高的原因是5月初循环水系统处于投运初期且开展了预膜工作，后期通过调整排污时间及频次使得数据恢复正常。5月15日至17日浊度偏高是受汛期水质影响，分厂通过调整取水流量来控制浊度。

五、下一步工作

（一）定期检查

从打开ECT设备来看，设备顶盖和内壁结垢严重，为了确保ECT稳定、高效运行，分厂安排每季度对ECT打开检查，并对设备顶盖和内壁进行除垢，并根据除垢情况调整ECT排污频率。

（二）积极调整

化验分析数据可以明显反映分厂ECT运行情况，根据分析数据及时调整ECT工作参数，确保循环水系统各项指标控制在范围内。

投用ECT后，从分厂循环水各项分析数据可以看出，ECT能够明显降低循环水中总硬含量及离子浓度，但是对降低水中总碱含量效果不大，浊度控制不稳定，PH接近控制上限。下一步，将根据分析数据对循环水装置做出如下调整：

1.循环水系统PH是一个非常重要的参数，PH偏高会引起装置区冷换设备结垢，PH值偏低会对装置区冷换设备造成腐蚀。目前，分厂循环水系统PH稍微偏高，接近控制上限，分厂拟将联系ECT厂家，通过加入柠檬酸对循环水PH进行调整，使PH控制在最佳范围。

2.通过ECT的原理通可以看出，ECT对循环水浊度抑制作用较差。对此，分厂下一步将尝试在ECT使用情况下，根据水质间歇投用无阀过滤器。

3.ECT在阳极附近产生次氯酸、臭氧、氧自由基、氢氧根自由基和双氧水等杀菌物质进行杀菌，该种杀菌方式的效果与传统投加液体二氧化氯的方式的效果相比还需要进一步观察。目前，分厂循环水水池中仍存在一定藻类，影响循环水水质，对此，下一步分厂将联系厂家到厂，分析原因，调整ECT工作参数，提高杀菌效果。

六、小结

运用ECT循环水处理技术和投加化学试剂循环水处理技术相比，两者都能将循环水的各项参数控制在工艺卡片要求的范围内，保证循环水系统的正常运行。从ECT的拆检情况看，设备有较好的除垢效果；从其进出口水质分析数据及冷换设备的拆检情况看，具有较好的杀菌效果；虽然ECT在使用过程中电能的消耗比投加化学药剂时高，但其节水、节约化工原材料方面有较好的成效，且使用后不再投加化学药剂，减轻了操作人员的劳动强度，减少加药操作中带来的安全风险，降低了安全投资费用，同时也降低了对环境污染的风险。