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空調冷卻水的水質控制及殺菌方法
2018-8-19 17:10:35

      內容簡介:大多數的空調冷卻水系統采用的是敞開式循環系統, 水暴露于空氣中, 水在冷卻塔內的冷卻過程, 同時也是洗滌空氣的過程。循環冷卻水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 等離子, 溶解固體和懸浮物相應增加, 空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及包括軍團病菌在內的一些細菌, 均可進入循環冷卻水。
  大多數的空調冷卻水系統采用的是敞開式循環系統, 水暴露于空氣中, 水在冷卻塔內的冷卻過程, 同時也是洗滌空氣的過程。循環冷卻水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 等離子, 溶解固體和懸浮物相應增加, 空氣中污染物如灰塵、雜物、可溶性氣體以及包括軍團病菌在內的一些細菌, 均可進入循環冷卻水。隨著冷卻水的不斷循環、蒸發、冷卻、水中的營養源隨之增加, 促使藻類微生物迅速繁殖、不僅使冷卻水水質惡化, 而且還和其它雜質摻混形成粘垢。使循環設備管道腐蝕、結垢, 造成換熱器傳熱效率降低, 過水斷面減小, 甚至使設備管道腐蝕穿孔。冷卻水系統中結垢、腐蝕和微生物繁殖是相互關聯的, 污垢和微生物粘泥可引起垢下腐蝕, 而腐蝕產物又形成污垢。
循環冷卻水中軍團病菌的含量很高。研究表明[1 ] , 軍團病菌的生長與水的溫度有關。軍團病菌的生存溫度范圍是20~45 ℃, 在低于20 ℃的環境中, 它處于休眠狀態。其較佳的生長環境溫度范圍是37 ~41 ℃, 而冷卻水的運行溫度通常是32 ~37 ℃, 有時高達45 ℃以上。因此, 冷卻水是軍團病菌生存的良好溫床。
綜上所述, 冷卻水中存在腐蝕、結垢、水藻細菌滋生等問題。因此, 對冷卻水進行防腐、阻垢、殺菌滅藻處理是很有必要的。常用的水處理方法有軟化法、磁化法、靜電及電子法、藥劑法等。本文只針對其中的兩種方法作簡要介紹。
 水質控制及殺菌方法
  臭氧法水處理
在開式循環冷卻水系統中, 常用的殺生劑有漂白劑、氯、溴、季銨化合物及臭氧等。對它們殺菌效果的評價如表1 所示 。
 
漂白劑
季銨
臭氧
水藻
極好
極好
普通病菌
極好
極好
極好
軍團病菌
一般
極好
表1 殺生劑的殺菌效果比較
    從表1 可以看出, 在所比較的五種殺生劑中臭氧的殺菌效果較好。尤其是殺滅軍團病菌的效果其它四種殺生劑都是無法相比的。不僅如此, 臭氧還是良好的緩蝕劑和阻垢劑[3 ,4 ] 。
 臭氧處理冷卻水的應用研究1857 年, Werner Siemens 發明了通過靜電釋放而產生臭氧的方法, 這為將臭氧用于水處理鋪平了道路。1906 年, 臭氧首次被用于飲用水的處理工程。20 世紀70 年代末期, 臭氧被首次應用于冷卻塔的水處理, 當時的軍團病正處于民眾關注的焦點。
今天, 臭氧被廣泛地應用于醫院、商業及工業建筑中。這些應用包括冷卻塔的水處理、食品的加工、污水的凈化、室內煙味的消除、飲用水的罐裝、紙張的漂白等[2 ] 。
1976 年美國宇航局(NASA) 對下屬公司的冷卻水處理系統進行研究, 承擔這項研究工作的美國噴氣推進實驗室的研究結果表明[3 ,5 ] , 他們利用臭氧作唯一水處理藥劑處理冷卻水可以減少排污, 冷卻水水質較好, 并且可以在較高的濃縮倍數下運行。同時, 冷凝器不結垢, 冷卻水中的微生物也大都被殺死, 生物污垢得到了有效的控制。說明臭氧不僅具有殺菌作用, 也有緩蝕和阻垢作用, 并且可以使水質變清。
1990 年的第51 屆國際水會議上, 美國全國水處理公司的Pryor 介紹了該公司在最近3 年內, 利用臭氧處理法成功地處理了130 多座冷卻塔的冷卻水[6 ] 。結果表明, 臭氧可以作為唯一水處理藥劑來替代其它傳統的水處理藥劑。臭氧能阻垢、緩蝕、殺菌和滅藻, 能使冷卻水系統在高濃縮倍數, 甚至在零排放下運行, 從而節約用水。并且臭氧處理法不存在環境污染問題。同時, Pryor 還介紹了6 個臭氧處理法處理循環冷卻水的例子, 其中的一個實例是某醫院的空調系統。該系統有兩個350 m3/ h 的冷卻塔, 采用臭氧法處理后, 該系統對試驗材料的腐蝕試驗結果如表2 所示。
材料
腐蝕率/mpy
銅鎳合金(70:30)
0.01~0.02
灰鑄鐵
1.3~1.8
黃銅
0.01~0.02
軟鋼
0.7~0.8
0.01~0.02
注:mpy為密耳/年,1密耳=2.54mm
也有人針對臭氧的殺菌情況作了一些研究[2 ] ,對于冷卻塔底池內6 mm 厚的水藻, 若用臭氧進行消毒并且維持氧化還原電位(Oxidation ReductionPotential , ORP) 在750 mv , 則水藻在一天內會從鮮綠色變成暗綠色, 四天內從暗綠色變成棕色, 一周內便會消失。
臭氧處理冷卻水的理論研究
 緩蝕機理
與實際應用方面的研究相比, 對臭氧處理法的理論研究就顯得很少。其中, G1Wofford 就臭氧的緩蝕機理提出了四點推測[7 ] :
(1) 由于臭氧的殺菌及滅藻作用, 控制了微生物的生長, 因而大大減輕了生物污垢及其引起的垢下腐蝕。
(2) 由于臭氧處理循環冷卻水的pH 值一般在8~9 之間, 是典型的堿性處理, 因此也就大大減輕了對金屬材料的腐蝕。
(3) 陽極鈍化。臭氧是一種強氧化劑, 與鉻酸鹽、鉬酸鹽相似, 因而可以促使金屬表面鈍化而達到緩蝕的目的。
(4) 由于系統在高濃縮倍數下運行而使可溶性硅濃度提高, 這樣就有可能在金屬表面生成硅酸鹽薄膜而起緩蝕作。
 阻垢機理
討論臭氧處理法在阻垢方面的機理也很少。Baldwin 提出[8 ] , 可能的機理之一是臭氧影響了碳酸鹽與碳酸氫鹽之間的平衡, 或者是將鈣離子和其它金屬離子以細砂粒的形式沉淀下來, 也可能是兩者皆有之。S1T1Powell[8 ] 不同意這種推測, 他認為阻垢還是同臭氧的氧化能力有關。正如臭氧能使系統的污垢脫落那樣, 它能氧化垢基質中的有機物,使垢變松并脫落。
臭氧不直接攻擊垢的主要成份如碳酸鈣, 因為碳酸鈣不需要氧。同時, Powell 推斷在臭氧氧化過程中會生成(OH) 、(HO2) 、(O3—) 、(H2O2) 等自由基中間產物, 這對水化學也許有影響。
殺菌滅藻機理[2 ]
臭氧是一種強氧化劑, 它首先與細胞壁的脂類的雙鍵起反應, 使組成生物細胞壁的不飽和脂肪酸氧化而進入細胞內, 使細胞的通透性發生改變, 從而分解生物體, 最后導致細胞融解、死亡。
電子除垢儀阻垢殺菌
1  阻垢殺菌的機理
關于電子除垢儀的工作機理, 目前尚無一個權威的有說服力的解釋, 對該機理的研究既少又缺乏系統性。文獻[ 9 ] 認為, 電子除垢儀的機理是利用電子線路產生高頻電磁場, 使經過除垢儀的水吸收高頻電磁能后原有的大締合體中的結合鍵被打斷, 形成活性很高的單分子或小締合體狀態的水,增強了水的偶極矩, 促進了水對成垢物質及其組分的作用, 并改變了水中沉淀物質的沉積狀態和各種離子的物理性能, 從而起到有效的防垢、除垢、殺菌、滅藻的作用。水經高頻電磁場處理后, 水分子中的電子被激勵、電子能位升高, 根據能量守恒原理, 分子電位能損失, 使其電位下降、致使水分子與接觸界面的電位差減少, 甚至消失。造成水中離子的自由活動能力大大減低, 器壁金屬離解受到抑制, 對設備起到了防止腐蝕作用。水中比重較大的帶電粒子或結晶顆粒沉淀下來, 使水凈化, 并去除了水中部分有害離子。
2  阻垢殺菌的應用
對電子除垢儀的應用研究不僅很少, 而且更缺乏系統性。從能夠檢索到的僅有的幾篇文獻來看,只有文獻[10 ] 給出了具體的水質變化情況, 見表3。該文獻僅對電子除垢儀除垢的效果作了一點定性介紹, 而有關殺菌、滅藻的效果未作任何分析。就筆者所接觸的一些工程實際來看, 電子除垢儀清除水垢的效果并不穩定, 有的用戶使用后除垢效果非常好, 有的用戶使用后除垢效果并不明顯,是什么原因導致它們有如此大的差距還不清楚。
時間
Ph值
Fe/mg·1-1
濁度/ mg·1-1
硬度/ mg·1-1
開始使用時
7.64
14
190
72
使用半個月后
9.55
4.8
70
20
使用兩個月后
8.55
0.7
7.8
22.4
電子除垢儀對水質的處理效果
由此可見, 有關電子除垢儀阻垢殺菌的機理及應用情況的研究并不成熟, 很有必要進行進一步的研究。
3  結論
對于循環冷卻水中的腐蝕、結垢、藻菌滋生等問題, 用臭氧處理法能實現緩蝕、阻垢及殺菌的效果, 但對其機理的研究還不成熟。用電子除垢儀能清除水垢并能殺菌, 但除垢的效果并不穩定, 殺菌的效果還沒有給出量的概念, 無論是對其除垢殺菌的機理還是應用的效果, 都有必要進行詳細的研究。
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