概述

电化学循环水阻垢系统是一种利用电解原理，主动诱导水中的成垢离子在特定电极上提前析出，从而防止它们在换热器、管道等关键部位结垢的物理水处理技术。其核心原理基于电化学过程和溶液化学，主要包括以下几个关键步骤：

1、电解水反应（核心驱动）：

系统包含一个或多个电解槽，槽内安装有阴极（通常为金属如不锈钢）和阳极（通常为惰性材料如钛镀贵金属氧化物）。

当对电极施加低压直流电时，在阴极和阳极分别发生电解水反应：

阴极反应 (还原反应)： 2H₂O + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻

产生氢气气泡。

产生氢氧根离子，导致阴极附近溶液的局部pH值显著升高（可达10-13）。

阳极反应 (氧化反应)： 2H₂O → O₂(g) + 4H⁺ + 4e⁻ 或 4Cl⁻ → 2Cl₂(g) + 4e⁻ (如果存在氯离子)

产生氧气或氯气气泡。

产生氢离子，导致阳极附近溶液pH值降低。

2、局部高pH环境诱导成垢离子析出：

循环冷却水中主要的成垢物质是碳酸钙。

碳酸钙的溶解度对pH值非常敏感。随着pH升高，其溶解度急剧下降。

在阴极附近形成的高pH区域，为碳酸钙的过饱和和结晶析出创造了极其有利的热力学条件。

水中的钙离子和碳酸氢根离子在高pH环境下发生反应：

Ca²⁺ + HCO₃⁻ + OH⁻ → CaCO₃(s) ↓ + H₂O

同时，其他硬度离子（如镁离子）也可能形成氢氧化镁等沉淀。

3、目标沉淀（可控结晶）：

析出的碳酸钙等垢晶体，主要附着在阴极表面形成一层松软的垢层，或者以悬浮颗粒的形式存在于水中（随后被系统过滤或排污排出）。

关键在于，这个过程是受控的，沉淀被刻意诱导在牺牲性的阴极（或特定设计的反应腔）上发生，而不是在价值高昂、难以清洗的换热器管壁或管道内壁上形成坚硬致密的水垢。

4、副产物与水的净化：

阴极产生的氢气： 通常无害，以小气泡形式逸出系统。

阳极产生的气体（O₂或Cl₂）： 氧气影响较小；氯气具有杀菌灭藻作用，是电化学水处理的一个额外优势（提供持续的非化学氧化剂消毒）。

降低成垢离子浓度： 随着钙、镁、碳酸氢根等成垢离子不断在阴极附近析出并被移除（通过刮刀、反冲洗、排污等方式），循环水主体中的这些离子浓度降低，从而大大降低了它们在换热器等关键设备上结垢的趋势。

破坏已有垢层（间接作用）： 系统运行时产生的微电流、气体扰动以及改变的水化学环境（如pH波动），可能对系统中已有的疏松垢层有一定的松动和剥离作用。

系统主要组成部分：

电解槽/反应器： 核心部件，包含阴极和阳极。

直流电源： 提供电解所需的低压直流电。

循环水泵： 驱动水流经过电解槽和整个循环系统。

控制系统： 监控水质参数（如电导率、pH）、控制电流电压、管理排污和清洗周期。

排污/过滤装置： 定期或自动排出富含沉淀物的浓缩水或悬浮固体，或通过旁滤去除悬浮物。

刮垢/清洗装置（可选）： 用于自动清除附着在电极上的垢层。

电化学阻垢的优势：

环保： 无需或大幅减少化学阻垢剂、酸的使用，减少化学药剂储存、运输和排放风险。

节能： 保持换热器无垢高效运行，降低能耗；减少排污量（因浓缩倍数可提高）。

节水： 允许更高的循环水浓缩倍数运行，减少补充水量和排污量。

杀菌灭藻： 阳极产生的次氯酸等氧化剂提供持续消毒作用。

自动化程度高： 易于在线监控和自动控制。

综合运行成本可能更低： 长期来看，节省的药剂费、水费、能耗费、维护清洗费可能超过设备的投资和电费。

总结原理流程图：

施加直流电 → 阴极电解产生OH⁻ (局部高pH) → Ca²⁺ + HCO₃⁻ + OH⁻ → CaCO₃沉淀 → 沉淀附着在阴极或形成悬浮物 → 通过排污/过滤移除沉淀物 → 循环水中成垢离子浓度降低 → 换热器/管道结垢风险大幅下降 ↑ 循环水 (含Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃⁻等) 持续流经电解槽

简而言之，电化学循环水阻垢系统通过电解作用，在特定位置（阴极）人为制造一个高pH环境，强制将水中易结垢的钙、镁离子以碳酸钙、氢氧化镁等形式提前、可控地沉淀下来并排出系统，从而保护了主要设备免受结垢困扰，同时兼具一定的杀菌作用，是一种高效、绿色的物理阻垢技术。