循環冷卻水在其運行過程中，補充水不斷進入冷卻水系統。此時，補充水中的一部分水在循環運行過程中被蒸發進入大氣，另一部分則留在冷卻水中而被濃縮，并發生以下一系列的變化。補充水進入循環冷卻水系統后，在循環運行時在冷卻塔內與大氣充分接觸，水中游離的和半結合的CO2逸入大氣而散失，從而使冷卻水中下列離子平衡向右移動，引起循環水的結垢隨著循環冷卻水被濃縮，冷卻水的硬度和堿度會升高。當補充水被濃縮K倍時，循環冷卻水的硬度和總堿度則均相應增加為補充水硬度和堿度的K倍，從而使冷卻水的結垢傾向增大。補充水進入循環冷卻水系統中后，水中游離的和半結合的酸性氣體CO2在曝氣過程中逸入大氣而散失，故冷卻水的pH值逐漸上升，直到冷卻水的CO2與大氣中的CO2達到平衡為止。此時的pH值稱為冷卻水的自然平衡pH值。冷卻水的自然平衡pH值通常在8.5-9.3之間。補充水進入循環冷卻水中后，由于不斷被蒸發濃縮，故水中的懸浮物和濁度升高。與此同時，循環水在冷卻塔內反復與大量的工業大氣相接觸，把工業大氣中的塵埃洗滌下來并帶入循環水中，形成懸浮物。此外，冷卻水系統中生成的腐蝕產物、微生物繁衍生成的黏泥都會成為懸浮物。這些生成的懸浮物約有4/5沉積在冷卻塔集水池的底部，它們可以通過排污被帶出冷卻水系統，還有約1/5的懸浮物則懸浮在冷卻水中，使水的濁度增加。懸浮物還會沉積在換熱器或凝汽器中的換熱管壁上，降低冷卻的效果。如果采用旁濾處理，則可使循環水的濁度控制在10-15mg/L左右。補充水進入循環冷卻水系統后，在冷卻塔內的噴淋曝氣過程中，空氣中的氧大量進入水中，成為水中的溶解氧。由于冷卻水與空氣在循環過程中反復接觸，水中的溶解氧達到接近該溫度與壓力下氧的飽和度，從而增加了冷卻水的腐蝕性，因為冷卻水中金屬的腐蝕主要是屬于氧去極化腐蝕。補充水在循環過程中被蒸發時，水中的無機鹽等非揮發性物質仍留在循環水中，故循環水由于蒸發而被濃縮，從而增大了循環水的結垢傾向和腐蝕傾向。循環冷卻水在冷卻塔內與工業大氣反復接觸時，大氣中的SO2、H2S和NH3等有害氣體不斷進入循環水中，使循環水對鋼、銅和銅合金的腐蝕性增大。循環冷卻水在運行過程中，冷卻水系統中的換熱器可能發生泄露，從而使工藝物質進入循環水中，使水質惡化或水的pH值發生變化，增加循環水的腐蝕、結垢或微生物生長的傾向。循環冷卻水中的微生物既可能是由空氣帶入的，也可能是由補水帶入的。循環冷卻水的水溫通常在32-42℃左右，水中含有大量的溶解氧，又往往含有氮、磷等營養成分，這些條件都有利于微生物的生長。冷卻水系統中的日光照及的部位可以有大量的藻類生長繁殖；日光照不到的地方，則可以有大量的細菌和真菌繁殖，并生成黏泥覆蓋在換熱器的金屬表面上，降低換熱器的冷卻效果，引起垢下腐蝕和微生物腐蝕。
衛士電化學設備會對循環水的pH值起到一定的調節作用，使系統的pH值趨向于8-9的低腐蝕區間；在電化學條件下，濁度物質在電場作用下定向移動，雙電層結構遭到破壞，穩定性降低，進而產生凝聚、沉降現象。同時，浮游藻類被電化學環境殺死，在極板產生的微小氣泡作用下與腐殖質一起上浮，形成粘泥，脫離循環水系統，電化學通過持續殺菌抑制微生物滋生，進而減少粘泥量，使濁度長期維持在較低水平。
電場作用下，水分子極化作用變強，對離子的絡合、水合作用增強，有效降低循環水中鈣、鎂離子活度，實際上對結垢組分起到絡合增溶的作用；增大溶度積常數，在較高濃度下仍然可保持溶解且不結垢的
