关键词：电化学   循环水处理   低温等离子管   降解   杀菌   除垢

Abstract: In this paper,a kind of circulating water treatment device based on green electrochemistry is introduced. The technical principle, system composition and innovative design of the device are described in detail.The circulating water treatment device, which utilizes the characteristics of the electrochemical reaction of the water and the minerals in the water around the low temperature plasma tube, improves the ability of sterilization and scale removal to a certain extent, and makes the circulating water treatment effect better.

Key words: Electrochemical  Cyclic water treatment  Low temperature plasma tubes

Degradation   Sterilization   Descaling

【中图分类号】O646 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）08-0000-00

1 引言

    循环冷却水处理系统是对工业部门中循环利用的冷却水进行降温和水质处理的系统。现在的工业生产大多采用的方法是投加化学药剂的循环水处理技术，使用化学药剂昂贵，运行成本高；若处理不当还会使管道及设备出现结垢，腐蚀细菌滋生，造成水体严重污染等诸多问题。为此，本文介绍一种基于绿色电化学的循环水处理装置，运用这种技术的循环水系统，不仅可以很好的进行杀菌除垢，而且不需要投加任何化学药品，因此能污水排放量小，能很好的节能减排，节省成本^[1-3]。

2 设计原理

     低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质的第四态，当外加电压达到气体的着火电压时，气体被击穿，产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高，但重粒子温度很低，整个体系呈现低温状态，所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用，使污染物分子在极短的时间内发生分解，并发生后续的各种反应以达到分解污染物的目的^[2]。

    利用低温等离子体在放电过程中，电子从电场中获得能量，通过非弹性碰撞将能量转化为污染物分子的内能或动能，这些获得能量的分子被激发或发生电离形成活性基团，当污染物分子获得的能量大于其分子键能的结合能时，污染物分子的分子键断裂，直接分解成单质原子或由单一原子构成得无害气体分子，从而实现杀菌，防止微生物滋生，去除水垢等问题^[4-6]。

3 系统组成

3.1 装置的整体组成

   本文所介绍的基于绿色电化学的循环水处理装置主要包括7个部分。如图一所示，整个装置包括位于(6)机箱左侧与机箱相连的(1)保护罩；与保护罩相邻的并与机箱左壁垂直相连接的三个(2)低温等离子管；在两个低温等离子管之间与其相邻的(7)可抽取式碳纤维过滤板；

进水口。

3.2 低温等离子管组成

图1中的(2)低温等离子管，具体结构如图二所示：包括位于低温等离子管左侧的(1)抽拉环；(2)底座；(3)密封垫；(4)玻璃管，分为内外两侧，玻璃管内部投入铝粉；(5)铝粉；（6）高压电板，采用制作成的能够增大电板与循环水之间接触面的7个六角的雪花形状，可以增加水在整个模块中的处理时间，从而提高利用效率。

3.3 设计优势

   在机箱内部，利用低温等离子管周围水与水中矿物质发生的电化学反应的特点，使用制作成六角型花状的高压电极板，充分增大接触面积，通过控制器对电压电流的调节来实现对循环水的处理，去除水垢，杀菌；电极板外侧采用双层玻璃管保护，内部填充铝粉，与普通循环水处理方式相比，在一定程度上提高了防腐性能，使循环水处理效果更好。 每个循环水处理管之间使用可抽取式的碳纤维过滤板隔开，是水垢沉淀过滤并灵活的清除。

4 应用案例

镇江某船厂一期工程循环水处理系统循环水总保有体积约600m³。循环水处理系统中的换热器材质以碳钢为主，原系统采用投加药剂方式处理。

表1 电化学水处理装置投运前、后循环水水质主要控制指标

近2年统计数据显示，每年使用循环水药剂费用约11万元；为保证正常的杀菌剂含量，需要投加工业盐保证氯离子质量浓度在500mg/L，每年工业盐费用约为11262元；电化学处理装置运行后新增用电0.9kW，以年运行时间6000 h、电价0.6元/(kW·h)计，每年电费为3240元；每年节约运行费约10万元，此外每年还能节省污水处理费用20万元，水费8万元。

5 结束语

本装置创新性的将低温等离子体技术应用到电化学循环水处理中，采用低温等离子管，具有强力杀灭细菌、病毒等各种微生物能力，并且，不需任何化学添加剂，不产生废水、废渣，不会导致二次污染，是一种全新的净化过程；采用制作成的能够增大电板与循环水之间接触面的7个六角的雪花形状，可以增加水在整个模块中的处理时间，从而提高利用效率；采用玻璃管内部投入铝粉，可以减水中细菌以及各种化学反应对设备造成的腐蚀，从而延长管子的使用寿命，节省企业成本；采用在两个低温等离子管之间与其相邻的可抽取式碳纤维过滤板，可应定期的对机箱内循环水处理后沉淀下来的污垢进行清除，操作方便灵活，可抽取式碳纤维过滤板可重复使用，降低生产成本。从总体上看，这种装置适应性强：可适应高浓度，各种水中细菌微生物及其他物质的净化处理，而且在高温250℃,低温-50℃的环境内,净化区均可运转；系统稳定度高：可以持久的净化功能，每天24小时连续工作，无须专人看管，长期运行稳定可靠；低耗节能。

参考文献

[1] 王爱军,胡海明.电子水处理器在空调循环水系统中的应用[J].煤炭工程.2002.

[2] 张安龙,李凯,王飞朋等.板式电化学水处理装置在循环水处理中的应用[J]武钢科技,2011.

[3] 全贞花,王春明,李兵等.低压静电用于循环冷却水阻垢的实验研究[J].净水技术,2007.

[4] 陶蕾,秦立娟.电化学技术在循环水处理技术中的应用现状及发展趋势.中海油天津化工研究设计院.

[5] 谭丽,李本高.电化学杀菌技术在水处理中的研究进展[J].工业水处理.2006.

[6] 徐浩,延卫,汤成莉.水垢的电化学去除工艺与机理研究[J].西安交通大学学报.2009

作者简介

邵静 （1996-） 女  本科在读  研究方向：电子信息科学与技术专业