臭氧在循環冷卻水中應用技術

1.循環冷卻水系統產生的問題

循環冷卻水廣泛應用於:中央空調機冷卻水機組、發電廠、化肥廠、化工廠、製藥生產、機械、冶金、食品工業等。在循環使用時由於水的蒸發以及外界灰塵大量進入水中,造成各種無機離子和有機物質的的富集,從而為細菌及微生物的生長提供了豐富的養料,而循環冷卻水的溫度及濕度又特別適於細菌及微生物的生長,微生物的代謝產物會造成嚴重的沉積物的附著、設備腐蝕和菌藻微生物的大量滋生,以及由此形成的粘泥污垢堵塞管道等問題 同時會滋生正退伍軍人菌等致命細菌,這些細菌會隨空氣四處飄散,對人的生命健康造成威脅。

國外對空調循環水處理非常重視,特別是致命的菌問題及環保、節能等因素,而國內普遍不重視循環水的處理,認為可以使用價格低廉的氯製劑或毒性極大的有機殺生劑,對環保節能根本不予考慮。在實際使用中,由於細菌產生抗藥性速度非常快,加之循環水呈鹼性,氯製劑及有機殺生劑的作用很小,不能有效殺滅細菌及病毒,同時還會帶來很大的毒性及腐蝕性,因而,歐美各發達國家均大力推廣使用環保型強力殺菌劑臭氧發生器裝置。

2.臭氧發生器處理冷卻塔循環水原理效果

臭氧發生器處理循環冷卻水在國外始於70年代末,當時,美國環保署發現使用氯消毒會產生多種致癌的氯化有機物,因而限制循環水使用氯消毒,這直接促進了臭氧在美國循環水處理中的的應用。臭氧作為水處理劑,具有操作簡單,殺菌能力強,排污量少,既能節水節能,又不用調節水的pH值,不存在二次污染等優點,對循環水的緩蝕、阻垢、殺生等方面均有良好的效果。

2.1臭氧阻垢

循環冷卻水系統中的水垢,是溶於水中的鹽類物質由於不斷蒸發濃縮而結晶析出形成水垢。一般認為,臭氧不具備分解水垢的能力,但DOE(美國能源部)和NASA(美國國家航空航天局)的研究表明,臭氧具有阻止水垢生成的能力,使用臭氧,水中的總溶解固體可達到1700mg /L,硬度可達到724mg/L(以CaCO3計)而不結垢,這是常用阻垢劑所不能比擬的。其原因可能是微量硝酸的生成及臭氧具有使碳酸鹽向重碳酸鹽方向移動的能力。

2.2臭氧防腐蝕極佳

在低濃度含臭氧的水中 PH 值為 8~9,這一條件不利於化學腐蝕的發生;其次,由於臭氧分解產生的氧原子能與鐵離子反應,使鐵管表面形成緻密的 γ-氧化鐵鈍化膜,對系統產生保護作用;第三,臭氧能有效殺滅噬硫噬鐵等微生物,切斷了腐蝕源。

只要把臭氧控制在一定濃度範圍,就能夠達到防腐蝕非常好的效果。實驗表明:經臭氧處理的水質控制總鹼度大於 240 毫克/升, ORP 為 550 以下時,有最佳的防腐蝕效果。

表 1 是常用材料的腐蝕率。

臭氧為什麼能阻垢

臭氧不能直接攻擊垢的主要成分如碳酸鈣,但臭氧在氧化過程中會生成( OH)、( HO2)、( O3-)、( H2O2)等自由基中間產物,氧化垢基質中的有機物,使垢變鬆並脫落。脫落的垢基需人工的方法去除。

表 1 使用臭氧在循環冷卻水系統運行條件下常用材料的腐蝕率

材料銅鎳合金( 70 : 30 )黃銅灰鑄鐵軟鋼
腐蝕率 mpy0.01 ~0.020.01 ~0.021.3 ~1.80.7 ~0.80.01 ~0.02

注: mpy 為密耳/年, 1 密耳=2.54mm

2.3臭氧殺生滅菌

臭氧是最強的氧化型殺生劑,是公認的高效無污染殺生劑,在0.1ppm的濃度下,即可有效殺滅病毒及細菌,並能有效地控制循環水中微生物的生長,減輕生物污垢及其引起的垢下腐蝕。同時,能氧化垢層基質中的有機物成分,使垢層失去粘結劑變鬆脫落,從而起到除垢的作用。

3.臭氧處理冷卻塔的優點

採用臭氧技術處理冷卻塔循環水,具有如下優點(歐美經驗):

A.污水排放量減少50%以上;

B.不需要化學藥劑,可完全滿足環保要求;

C.臭氧是最好的殺生滅菌劑,可以有效的殺滅細菌及病毒,包括退伍軍人菌,去除生物粘泥、藻類、黴菌等;

D.使用臭氧可降低腐蝕速率50%以上(包括鋼鐵和銅);

E.由於臭氧能有效殺滅生物質,因而可以減少甚至清除冷凝器及換熱器上的污垢,則使用臭氧後,最高可節能16%,壓縮機能力提高6%;

F.由於臭氧是現場製造,只使用電及空氣 可實現自動控制,不需要儲存和投加藥品,因而可節約操作及管理費用50%以上;

G.投資可在6~18個月內收回。

臭氧處理冷卻塔循環水技術在國外得到了廣泛的應用,

4.臭氧添加及旁濾系統的應用

由於冷卻塔循環冷卻水實際上是在對大量的空氣進行清洗,水的濁度很高,影響設備傳熱及水的利用效率,故國外要求在系統上增加一個旁濾罐以保證水質的清潔