循环冷却水在其运行过程中，补充水不断进入冷却水系统。此时，补充水中的一部分水在循环运行过程中被蒸发进入大气，另一部分则留在冷却水中而被浓缩，并发生以下一系列的变化。补充水进入循环冷却水系统后，在循环运行时在冷却塔内与大气充分接触，水中游离的和半结合的CO2逸入大气而散失，从而使冷却水中下列离子平衡向右移动，引起循环水的结垢随着循环冷却水被浓缩，冷却水的硬度和碱度会升高。当补充水被浓缩K倍时，循环冷却水的硬度和总碱度则均相应增加为补充水硬度和碱度的K倍，从而使冷却水的结垢倾向增大。补充水进入循环冷却水系统中后，水中游离的和半结合的酸性气体CO2在曝气过程中逸入大气而散失，故冷却水的pH值逐渐上升，直到冷却水的CO2与大气中的CO2达到平衡为止。此时的pH值称为冷却水的自然平衡pH值。冷却水的自然平衡pH值通常在8.5-9.3之间。补充水进入循环冷却水中后，由于不断被蒸发浓缩，故水中的悬浮物和浊度升高。与此同时，循环水在冷却塔内反复与大量的工业大气相接触，把工业大气中的尘埃洗涤下来并带入循环水中，形成悬浮物。此外，冷却水系统中生成的腐蚀产物、微生物繁衍生成的黏泥都会成为悬浮物。这些生成的悬浮物约有4/5沉积在冷却塔集水池的底部，它们可以通过排污被带出冷却水系统，还有约1/5的悬浮物则悬浮在冷却水中，使水的浊度增加。悬浮物还会沉积在换热器或凝汽器中的换热管壁上，降低冷却的效果。如果采用旁滤处理，则可使循环水的浊度控制在10-15mg/L左右。补充水进入循环冷却水系统后，在冷却塔内的喷淋曝气过程中，空气中的氧大量进入水中，成为水中的溶解氧。由于冷却水与空气在循环过程中反复接触，水中的溶解氧达到接近该温度与压力下氧的饱和度，从而增加了冷却水的腐蚀性，因为冷却水中金属的腐蚀主要是属于氧去极化腐蚀。补充水在循环过程中被蒸发时，水中的无机盐等非挥发性物质仍留在循环水中，故循环水由于蒸发而被浓缩，从而增大了循环水的结垢倾向和腐蚀倾向。循环冷却水在冷却塔内与工业大气反复接触时，大气中的SO2、H2S和NH3等有害气体不断进入循环水中，使循环水对钢、铜和铜合金的腐蚀性增大。循环冷却水在运行过程中，冷却水系统中的换热器可能发生泄露，从而使工艺物质进入循环水中，使水质恶化或水的pH值发生变化，增加循环水的腐蚀、结垢或微生物生长的倾向。循环冷却水中的微生物既可能是由空气带入的，也可能是由补水带入的。循环冷却水的水温通常在32-42℃左右，水中含有大量的溶解氧，又往往含有氮、磷等营养成分，这些条件都有利于微生物的生长。冷却水系统中的日光照及的部位可以有大量的藻类生长繁殖；日光照不到的地方，则可以有大量的细菌和真菌繁殖，并生成黏泥覆盖在换热器的金属表面上，降低换热器的冷却效果，引起垢下腐蚀和微生物腐蚀。
卫士电化学设备会对循环水的pH值起到一定的调节作用，使系统的pH值趋向于8-9的低腐蚀区间；在电化学条件下，浊度物质在电场作用下定向移动，双电层结构遭到破坏，稳定性降低，进而产生凝聚、沉降现象。同时，浮游藻类被电化学环境杀死，在极板产生的微小气泡作用下与腐殖质一起上浮，形成粘泥，脱离循环水系统，电化学通过持续杀菌抑制微生物滋生，进而减少粘泥量，使浊度长期维持在较低水平。
电场作用下，水分子极化作用变强，对离子的络合、水合作用增强，有效降低循环水中钙、镁离子活度，实际上对结垢组分起到络合增溶的作用；增大溶度积常数，在较高浓度下仍然可保持溶解且不结垢的
