臭氧在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應用

 

一、 概述 

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

　　采用水質(zhì)穩(wěn)定技術，用物理與化學處理相結合的辦法控制和改善水質(zhì)，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的腐蝕、結垢、生物污垢得到有效的解決，從而取得節(jié)水、節(jié)能的良好效益。臭氧產(chǎn)品已在水處理、空氣凈化、藥廠消毒、食品加工消毒、醫(yī)療消毒、醫(yī)藥、水產(chǎn)、養(yǎng)殖場行業(yè)廣泛應用。投入產(chǎn)出比的可比效益為：1：2-1：10以上，節(jié)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(huán)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(tǒng)在高濃縮倍數(shù)甚至在零排污下運行，從而節(jié)水節(jié)能，保護水資源；同時，臭氧冷卻水處理不存在任何環(huán)境污染。國外應用臭氧進行循環(huán)水處理已經(jīng)取得了成功，而我國在這個領域卻是空白。 

 

二、系統(tǒng)工藝 

　　循環(huán)水冷卻通常分為密閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)和敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)。密閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)中，水是密閉循環(huán)的，水的冷卻不與空氣直接接觸。敞開式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，水的冷卻需要與空氣直接接觸，根據(jù)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(huán)水冷卻系統(tǒng)可分為以下3類： 

　　1.壓力回流式循環(huán)冷卻系統(tǒng) 

　　此種循環(huán)水系統(tǒng)一般水質(zhì)不受污染，僅補充在循環(huán)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(huán)泵房 

　　　　　　　　　　↑ 　　　　↓ 

　　　　　　　　　冷卻塔 ← 生產(chǎn)車間或冷卻設備 

　　　　　　　　　壓力回流式循環(huán)冷卻系統(tǒng) 

　 

　　2.重力回流式循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 

　　此系統(tǒng)中，冷卻塔的位置高於生產(chǎn)車間或制冷設備，經(jīng)冷卻塔冷卻的水，以重力流流入生產(chǎn)車間或制冷設備，進冷卻塔的熱水由循環(huán)水泵提升。 

 

　　3.需要經(jīng)處理的循環(huán)水冷卻系統(tǒng) 

　　　　　　 

　　從生產(chǎn)車間或制冷設備出來的熱水需設置凈化或水質(zhì)穩(wěn)定處理構筑物進行處理，處理後的熱水再流入熱水池，經(jīng)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(chǎn)車間或制冷設備。此系統(tǒng)水經(jīng)二次提升，多數(shù)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(jié)省能耗。 

　　凈化或水質(zhì)穩(wěn)定處理構筑物宜設在生產(chǎn)車間（或制冷設備）與熱水池之間，優(yōu)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(jié)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(jù)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(jīng)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(tǒng)在高濃縮倍數(shù)甚至在零排污下運行，從而節(jié)水節(jié)能，保護水資源；同時，臭氧冷卻水處理不存在任何環(huán)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(zhì)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(shù)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(tǒng)水濁度於3-4周內(nèi)從30-60NTU逐步降至5-10NTU，水質(zhì)變清，塔池底部聚積數(shù)英寸的松垢和粘泥。 

　　使用臭氧後逐漸減少排污，將濃縮倍數(shù)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(shù)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(jiān)測水系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)管壁幾乎無垢，有一個未經(jīng)清洗的舊冷凝器舊垢也脫落了。系統(tǒng)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(zhì)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(tǒng)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(xiàn)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(diào)系統(tǒng)中，用臭氧冷卻水處理一年，比傳統(tǒng)的化學法冷卻水處理純節(jié)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(yè)廢水深度處理予以注意，由於種種原因，發(fā)展較慢。在臭氧用於脫垢，阻垢滅菌的冷卻水處理方面，已經(jīng)有一定的起色。但由於臭氧法處理的經(jīng)濟性，可靠性及絕對無毒、無二次污染、就地產(chǎn)生等一系列優(yōu)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 。