臭氧在工業(yè)循環(huán)冷卻水中的應(yīng)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(yīng)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(jìn)入循環(huán)冷卻水，使循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中的設(shè)備和管道腐蝕、結(jié)垢，造成換熱器傳熱效率降低，過水?dāng)嗝鏈p少，甚至使設(shè)備管道腐蝕穿孔。
循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中結(jié)垢、腐蝕和微生物繁殖是相互關(guān)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(jìn)行綜合治理。
采用水質(zhì)穩(wěn)定技術(shù)，用物理與化學(xué)處理相結(jié)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(jié)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(yīng)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(shè)備使用效率，延長設(shè)備的使用壽命和運(yùn)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(yùn)行，從而節(jié)水節(jié)能，保護(hù)水資源；同時(shí)，臭氧冷卻水處理不存在任何環(huán)境污染。國外應(yīng)用臭氧進(jìn)行循環(huán)水處理已經(jīng)取得了成功，而我國在這個(gè)領(lǐng)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(bǔ)充在循環(huán)使用過程中損失的少量水量。補(bǔ)充水可流入冷水池，也可流入冷卻構(gòu)筑物下部。冷水池也可設(shè)在冷卻塔下面，與集水池合并。
補(bǔ)充水→ 冷水池 → 循環(huán)泵房
↑ ↓
冷卻塔 ← 生產(chǎn)車間或冷卻設(shè)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(shè)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(shè)備，進(jìn)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(shè)備出來的熱水需設(shè)置凈化或水質(zhì)穩(wěn)定處理構(gòu)筑物進(jìn)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(shè)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(shè)備，節(jié)省能耗。
凈化或水質(zhì)穩(wěn)定處理構(gòu)筑物宜設(shè)在生產(chǎn)車間（或制冷設(shè)備）與熱水池之間，優(yōu)點(diǎn)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(shè)備和構(gòu)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(fēng)條件好，有利於提高水的冷卻效果。
三、臭氧的應(yīng)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(gè)新的領(lǐng)域-臭氧處理冷卻水。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，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(gè)"臭氧冷卻水處理的特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性"的報(bào)告，介紹了該公司在 很近三年的時(shí)間里，用臭氧成功地處理了130座冷卻塔，受到熱烈的歡迎。認(rèn)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(yùn)行，從而節(jié)水節(jié)能，保護(hù)水資源；同時(shí)，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(xué)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(jìn)實(shí)驗(yàn)室（IPL）、美國宇航局（NASA）和國際商用機(jī)器公司，NASA并由此獲得 （USP、4127、786）。
NASA在佛羅里達(dá)州肯尼迪宇航中心（KSC）進(jìn)行的臭氧冷卻水處理，從1984年7月20日一直進(jìn)行到1985年9月19日，共14個(gè)月，條件及結(jié)果如下：
表3-1 KSC補(bǔ)充水質(zhì)情況
項(xiàng)目 平均值
PH 7.8--8.4
電導(dǎo)（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(jì)） 180--220
在開始停藥、置換水、并通入臭氧後三周，細(xì)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(jì)），電導(dǎo)達(dá)4000微歐姆/厘米，和Langelier指數(shù)2-2.5的情況下非常良好的運(yùn)行了14個(gè)月。這期間用電化學(xué)腐蝕儀及掛片監(jiān)測水系統(tǒng)碳鋼的腐蝕速率，結(jié)果為3-5mpy。4個(gè)月後停車打開冷凝器檢查，發(fā)現(xiàn)管壁幾乎無垢，有一個(gè)未經(jīng)清洗的舊冷凝器舊垢也脫落了。系統(tǒng)中細(xì)菌一直在2.0-3.0×102 之間。因此KSC認(rèn)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(fèi)用比較表
項(xiàng)目 傳統(tǒng)化學(xué)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(shí)（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(shí)驗(yàn)檢測 25(525.00美元) 75(1575.00美元)
全年合計(jì) 12045.00 3565.00美元
美國全國水處理公司（National Water Management Corporation）在一個(gè)面積為3000 m2的計(jì)算機(jī)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(xué)法冷卻水處理純節(jié)約費(fèi)用達(dá)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(jì)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(diǎn)，可以預(yù)言，臭氧在冷卻水方面的應(yīng)用普及和廣泛的應(yīng)用，在我國是指日可待的 。
