本发明公开了一种集成CO2捕获和转化双重功能的电化学深度除硬装置，具体包括:处理槽、电化学发生器、气体扩散组件、蠕动泵和二氧化碳气瓶,所述处理槽内部装有待处理的循环冷却水。所述阴极板与电源的负极相连通,阳极板与电源的正极相连通；所述阳极板和阴极板均设置在处理槽内部，平行于循环冷却水流动方向；所述阴极/水界面水分子的还原反应生成的碱性环境来去除硬度离子Mg2+。本发明集成CO2捕获和转化双重功能并将其应用于循环水除硬中，无需向水体中引入新的离子，并且在一定程度上省去预调碱、后加酸回调pH值过程、同时具备除硬效果好、能耗低、无二次污染等优势，一石二鸟，达到了“以废治废”的目的，助力双碳目标的实现。