臭氧在工业循环冷却水中的应用

 

一、 概述 

　　循环冷却水在使用之後，水中的Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-等离子，溶解固体和悬浮物相应增加，空气中污染物如灰尘、杂物、可溶性气体以及换热器物料泄露等，均可进入循环冷却水，使循环冷却水系统中的设备和管道腐蚀、结垢，造成换热器传热效率降低，过水断面减少，甚至使设备管道腐蚀穿孔。 

　　循环冷却水系统中结垢、腐蚀和微生物繁殖是相互关联的，污垢和微生物粘泥可以引起垢下腐蚀，而腐蚀产品又形成污垢，要解决循环冷却水系统中的这些问题，必须进行综合治理。 

　　采用水质稳定技术，用物理与化学处理相结合的办法控制和改善水质，使循环冷却水系统中的腐蚀、结垢、生物污垢得到有效的解决，从而取得节水、节能的良好效益。臭氧产品已在水处理、空气净化、药厂消毒、食品加工消毒、医疗消毒、医药、水产、养殖场行业广泛应用。投入产出比的可比效益为：1：2-1：10以上，节约能源，提高设备使用效率，延长设备的使用寿命和运行的安全性，减少环境污染。 

　　臭氧可以作为的处理药剂来替代其它的处理冷却水处理剂，它能阻垢、缓蚀、杀菌、能使冷却水系统在高浓缩倍数甚至在零排污下运行，从而节水节能，保护水资源；同时，臭氧冷却水处理不存在任何环境污染。国外应用臭氧进行循环水处理已经取得了成功，而我国在这个领域却是空白。 

 

二、系统工艺 

　　循环水冷却通常分为密闭式循环水冷却系统和敞开式循环水冷却系统。密闭式循环水冷却系统中，水是密闭循环的，水的冷却不与空气直接接触。敞开式循环水冷却系统，水的冷却需要与空气直接接触，根据水与空气接触方式的不同，可分为水面冷却、喷水冷却池冷却和冷却塔冷却等。 

　　敞开式循环水冷却系统可分为以下3类： 

　　1.压力回流式循环冷却系统 

　　此种循环水系统一般水质不受污染，仅补充在循环使用过程中损失的少量水量。补充水可流入冷水池，也可流入冷却构筑物下部。冷水池也可设在冷却塔下面，与集水池合并。 

　　　　　　　补充水→ 冷水池 → 循环泵房 

　　　　　　　　　　↑ 　　　　↓ 

　　　　　　　　　冷却塔 ← 生产车间或冷却设备 

　　　　　　　　　压力回流式循环冷却系统 

　 

　　2.重力回流式循环水冷却系统 

　　此系统中，冷却塔的位置高於生产车间或制冷设备，经冷却塔冷却的水，以重力流流入生产车间或制冷设备，进冷却塔的热水由循环水泵提升。 

 

　　3.需要经处理的循环水冷却系统 

　　　　　　 

　　从生产车间或制冷设备出来的热水需设置净化或水质稳定处理构筑物进行处理，处理後的热水再流入热水池，经热水泵提升送入冷却塔冷却。冷水泵再从冷水池抽水送入生产车间或制冷设备。此系统水经二次提升，多数为压力回流式。在有条件的情况下，也可布置成重力回流式，以减少面积和设备，节省能耗。 

　　净化或水质稳定处理构筑物宜设在生产车间（或制冷设备）与热水池之间，优点是：

（1）能冷却热量，降低水温； 

（2）水温高，有利於提高处理效果和节省药剂； 

（3）避免後置设备和构筑物的污染。 

　　冷却塔尽可能布置在高处，如屋顶、平台、泵房屋顶及水池上面等，并在周围无建筑物阻挡。这样，通风条件好，有利於提高水的冷却效果。 

 

三、臭氧的应用 

　　值得特别指出的是，近年来臭氧对水的处理又拓宽到一个新的领域-臭氧处理冷却水。据文献报导，美国七十年代末期已开始这方面的探索和研究。1990年10月第51届国际水会议上，美国全国水处理公司（National Water Management Corporation）的A、poryor做了一个"臭氧冷却水处理的特点与经济性"的报告，介绍了该公司在 很近三年的时间里，用臭氧成功地处理了130座冷却塔，受到热烈的欢迎。认为，臭氧可以作为的处理药剂来替代其它的处理冷却水处理剂，它能阻垢、缓蚀、杀菌、能使冷却水系统在高浓缩倍数甚至在零排污下运行，从而节水节能，保护水资源；同时，臭氧冷却水处理不存在任何环境污染。90年3月，在美国辛辛那提召开的"全美腐蚀工程学会年会（NACE）上，讨论臭氧冷却水处理的论文就有七篇，几乎占了冷却水处理论文的一半。 

　　单一用臭氧冷却水处理起源於美国电力研究所（EPRI）、喷气推进实验室（IPL）、美国宇航局（NASA）和国际商用机器公司，NASA并由此获得 （USP、4127、786）。 

　　NASA在佛罗里达州肯尼迪宇航中心（KSC）进行的臭氧冷却水处理，从1984年7月20日一直进行到1985年9月19日，共14个月，条件及结果如下： 

　　表3-1 KSC补充水质情况 

项目 平均值 

PH 7.8--8.4 

电导（微欧姆/厘米） 650--750 

P--碱度（PPM） 0--6 

M--碱度（PPM） 40--70 

钙硬（PPM） 60--90 

总硬（PPM） 100--130 

氯化物（PPM，以Cl计） 180--220 

 

　在开始停药、置换水、并通入臭氧後三周，细菌总数从1×104-6×107降至2.0-3.0×102 ，塔壁粘泥从绿色变灰色并开始脱落。系统水浊度於3-4周内从30-60NTU逐步降至5-10NTU，水质变清，塔池底部聚积数英寸的松垢和粘泥。 

　　使用臭氧後逐渐减少排污，将浓缩倍数由4-4.5提高到6.5-8.0，总硬度为650-50PPM（以CaCO3计），电导达4000微欧姆/厘米，和Langelier指数2-2.5的情况下非常良好的运行了14个月。这期间用电化学腐蚀仪及挂片监测水系统碳钢的腐蚀速率，结果为3-5mpy。4个月後停车打开冷凝器检查，发现管壁几乎无垢，有一个未经清洗的旧冷凝器旧垢也脱落了。系统中细菌一直在2.0-3.0×102 之间。因此KSC认为在高温高湿条件下，单用臭氧处理冷却水，既能杀菌，又能缓蚀和阻垢，并能使水质变清。 

　　表3-2 臭氧处理与药剂处理操作费用比较表 

项目 传统化学处理 臭氧处理 

A药剂 

缓蚀剂 1800.00(美元) 0 

杀菌剂A 810.00(美元) 0 

杀菌剂B 250.00(美元) 0 

水耗KMH排污（加仑） 1260000 0 

电耗KMH（美元） 0(美元) 5280(265.00美元) 

B、工资 

维修小时（美元） 80(1680.00美元) 32(677.00美元) 

现场检测 130(2860.00美元) 50(1050.00美元) 

加药 130(2860.00美元) 0 

实验检测 25(525.00美元) 75(1575.00美元) 

全年合计 12045.00 3565.00美元 

 

　美国全国水处理公司（National Water Management Corporation）在一个面积为3000 m2的计算机研究大楼空调系统中，用臭氧冷却水处理一年，比传统的化学法冷却水处理纯节约费用达45000.00美元。 

　　我国从80年代初期，已开始对饮用水消毒和工业废水深度处理予以注意，由於种种原因，发展较慢。在臭氧用於脱垢，阻垢灭菌的冷却水处理方面，已经有一定的起色。但由於臭氧法处理的经济性，可靠性及绝对无毒、无二次污染、就地产生等一系列优点，可以预言，臭氧在冷却水方面的应用普及和广泛的应用，在我国是指日可待的 。