臭氧在工業循環冷卻水中的應用

 

一、 概述 

　　循環冷卻水在使用之後，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-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、可溶性氣體以及換熱器物料泄露等，均可進入循環冷卻水，使循環冷卻水系統中的設備和管道腐蝕、結垢，造成換熱器傳熱效率降低，過水斷面減少，甚至使設備管道腐蝕穿孔。 

　　循環冷卻水系統中結垢、腐蝕和微生物繁殖是相互關聯的，污垢和微生物粘泥可以引起垢下腐蝕，而腐蝕產品又形成污垢，要解決循環冷卻水系統中的這些問題，必須進行綜合治理。 

　　采用水質穩定技術，用物理與化學處理相結合的辦法控制和改善水質，使循環冷卻水系統中的腐蝕、結垢、生物污垢得到有效的解決，從而取得節水、節能的良好效益。臭氧產品已在水處理、空氣凈化、藥廠消毒、食品加工消毒、醫療消毒、醫藥、水產、養殖場行業廣泛應用。投入產出比的可比效益為：1：2-1：10以上，節約能源，提高設備使用效率，延長設備的使用壽命和運行的安全性，減少環境污染。 

　　臭氧可以作為的處理藥劑來替代其它的處理冷卻水處理劑，它能阻垢、緩蝕、殺菌、能使冷卻水系統在高濃縮倍數甚至在零排污下運行，從而節水節能，保護水資源；同時，臭氧冷卻水處理不存在任何環境污染。國外應用臭氧進行循環水處理已經取得了成功，而我國在這個領域卻是空白。 

 

二、系統工藝 

　　循環水冷卻通常分為密閉式循環水冷卻系統和敞開式循環水冷卻系統。密閉式循環水冷卻系統中，水是密閉循環的，水的冷卻不與空氣直接接觸。敞開式循環水冷卻系統，水的冷卻需要與空氣直接接觸，根據水與空氣接觸方式的不同，可分為水面冷卻、噴水冷卻池冷卻和冷卻塔冷卻等。 

　　敞開式循環水冷卻系統可分為以下3類： 

　　1.壓力回流式循環冷卻系統 

　　此種循環水系統一般水質不受污染，僅補充在循環使用過程中損失的少量水量。補充水可流入冷水池，也可流入冷卻構筑物下部。冷水池也可設在冷卻塔下面，與集水池合并。 

　　　　　　　補充水→ 冷水池 → 循環泵房 

　　　　　　　　　　↑ 　　　　↓ 

　　　　　　　　　冷卻塔 ← 生產車間或冷卻設備 

　　　　　　　　　壓力回流式循環冷卻系統 

　 

　　2.重力回流式循環水冷卻系統 

　　此系統中，冷卻塔的位置高於生產車間或制冷設備，經冷卻塔冷卻的水，以重力流流入生產車間或制冷設備，進冷卻塔的熱水由循環水泵提升。 

 

　　3.需要經處理的循環水冷卻系統 

　　　　　　 

　　從生產車間或制冷設備出來的熱水需設置凈化或水質穩定處理構筑物進行處理，處理後的熱水再流入熱水池，經熱水泵提升送入冷卻塔冷卻。冷水泵再從冷水池抽水送入生產車間或制冷設備。此系統水經二次提升，多數為壓力回流式。在有條件的情況下，也可布置成重力回流式，以減少面積和設備，節省能耗。 

　　凈化或水質穩定處理構筑物宜設在生產車間（或制冷設備）與熱水池之間，優點是：

（1）能冷卻熱量，降低水溫； 

（2）水溫高，有利於提高處理效果和節省藥劑； 

（3）避免後置設備和構筑物的污染。 

　　冷卻塔盡可能布置在高處，如屋頂、平臺、泵房屋頂及水池上面等，并在周圍無建筑物阻擋。這樣，通風條件好，有利於提高水的冷卻效果。 

 

三、臭氧的應用 

　　值得特別指出的是，近年來臭氧對水的處理又拓寬到一個新的領域-臭氧處理冷卻水。據文獻報導，美國七十年代末期已開始這方面的探索和研究。1990年10月第51屆國際水會議上，美國全國水處理公司（National Water Management Corporation）的A、poryor做了一個"臭氧冷卻水處理的特點與經濟性"的報告，介紹了該公司在 很近三年的時間里，用臭氧成功地處理了130座冷卻塔，受到熱烈的歡迎。認為，臭氧可以作為的處理藥劑來替代其它的處理冷卻水處理劑，它能阻垢、緩蝕、殺菌、能使冷卻水系統在高濃縮倍數甚至在零排污下運行，從而節水節能，保護水資源；同時，臭氧冷卻水處理不存在任何環境污染。90年3月，在美國辛辛那提召開的"全美腐蝕工程學會年會（NACE）上，討論臭氧冷卻水處理的論文就有七篇，幾乎占了冷卻水處理論文的一半。 

　　單一用臭氧冷卻水處理起源於美國電力研究所（EPRI）、噴氣推進實驗室（IPL）、美國宇航局（NASA）和國際商用機器公司，NASA并由此獲得 （USP、4127、786）。 

　　NASA在佛羅里達州肯尼迪宇航中心（KSC）進行的臭氧冷卻水處理，從1984年7月20日一直進行到1985年9月19日，共14個月，條件及結果如下： 

　　表3-1 KSC補充水質情況 

項目 平均值 

PH 7.8--8.4 

電導（微歐姆/厘米） 650--750 

P--堿度（PPM） 0--6 

M--堿度（PPM） 40--70 

鈣硬（PPM） 60--90 

總硬（PPM） 100--130 

氯化物（PPM，以Cl計） 180--220 

 

　在開始停藥、置換水、并通入臭氧後三周，細菌總數從1×104-6×107降至2.0-3.0×102 ，塔壁粘泥從綠色變灰色并開始脫落。系統水濁度於3-4周內從30-60NTU逐步降至5-10NTU，水質變清，塔池底部聚積數英寸的松垢和粘泥。 

　　使用臭氧後逐漸減少排污，將濃縮倍數由4-4.5提高到6.5-8.0，總硬度為650-50PPM（以CaCO3計），電導達4000微歐姆/厘米，和Langelier指數2-2.5的情況下非常良好的運行了14個月。這期間用電化學腐蝕儀及掛片監測水系統碳鋼的腐蝕速率，結果為3-5mpy。4個月後停車打開冷凝器檢查，發現管壁幾乎無垢，有一個未經清洗的舊冷凝器舊垢也脫落了。系統中細菌一直在2.0-3.0×102 之間。因此KSC認為在高溫高濕條件下，單用臭氧處理冷卻水，既能殺菌，又能緩蝕和阻垢，并能使水質變清。 

　　表3-2 臭氧處理與藥劑處理操作費用比較表 

項目 傳統化學處理 臭氧處理 

A藥劑 

緩蝕劑 1800.00(美元) 0 

殺菌劑A 810.00(美元) 0 

殺菌劑B 250.00(美元) 0 

水耗KMH排污（加侖） 1260000 0 

電耗KMH（美元） 0(美元) 5280(265.00美元) 

B、工資 

維修小時（美元） 80(1680.00美元) 32(677.00美元) 

現場檢測 130(2860.00美元) 50(1050.00美元) 

加藥 130(2860.00美元) 0 

實驗檢測 25(525.00美元) 75(1575.00美元) 

全年合計 12045.00 3565.00美元 

 

　美國全國水處理公司（National Water Management Corporation）在一個面積為3000 m2的計算機研究大樓空調系統中，用臭氧冷卻水處理一年，比傳統的化學法冷卻水處理純節約費用達45000.00美元。 

　　我國從80年代初期，已開始對飲用水消毒和工業廢水深度處理予以注意，由於種種原因，發展較慢。在臭氧用於脫垢，阻垢滅菌的冷卻水處理方面，已經有一定的起色。但由於臭氧法處理的經濟性，可靠性及絕對無毒、無二次污染、就地產生等一系列優點，可以預言，臭氧在冷卻水方面的應用普及和廣泛的應用，在我國是指日可待的 。