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          臭氧處理空調冷卻水的機理及設計方法
          發布日期: 2016/5/19  來源: 天龍臭氧設備  瀏覽次數: 1555 次
          在空調系統設計中,對制冷機、換熱設備、末端裝置等有著足夠的重視,但對空調水系統中水的處理問題認識不足。一般來講,空調冷凍水系統中在閉式系統中循環,并經過軟化處理,不會存在太多問題。而空調冷卻水系統中,由于冷卻塔中的水暴露于空氣中,并且由于為了降低運行成本而采用自來水補水,存在腐蝕、結構、菌藻滋生等問題。這些問題的存在將嚴重縮短設備的使用壽命,導致設備換熱效率明顯下降,造成能源浪費,并且增加管道阻力,使管道輸送能力下降35%~55%。另外,產生的菌類隨水分蒸發傳播在空氣中,這將嚴重危害人們的健康。因此,對冷卻水進行防腐、阻垢、殺菌滅藻處理是十分必要的。通常采用的冷卻水處理方法由軟化法、磁化法、靜電及電子法、藥劑法。從上世紀80年代起,臭氧法處理冷卻水技術在歐美等一些發達國家興起,大量應用于實際工程中,下面就其機理及工程設計方法加以詳細闡述。

          1.處理機理
          1.l 臭氧的理化性質
          臭氧是由3個氧原子組成的氧的同素異構體。在常態下是淡藍色氣體,具有特殊氣味。臭氧具有極強的氧化能力且又不穩定,在水溶液中,臭氧仍保持著氧化性。臭氧在水中的溶解度很高,大約是氧氣的10倍。 
          1.2 臭氧的殺菌滅藻機理及影響因素
          臭氧殺菌主要是靠其分解后產生的新生氧的氧化能力。臭氧首先與細胞壁的脂類的雙鍵起反應,穿破胞壁進入細胞內部,作用于外殼脂蛋白和內面的脂多糖,使細胞的通透性發生改變,最后導致細胞融解、死亡。 
          臭氧殺菌滅藻能力受臭氧濃度、水溫、pH值、水的濁度等因素的影響。一般來說,臭氧濃度越高,殺菌作用越強。隨著水溫的增加,臭氧的殺菌效果也加強,但和其他消毒劑相比,臭氧的消毒效果受溫度影響較小。若水溫在4~6℃時臭氧的殺菌效果作用為1,則在8~21℃時為1.6,在36~38℃時為3.2,當水的pH值高時,殺菌效果不好,應增加臭氧的投放量,水的濁度隨臭氧殺菌有一定的影響,濁度在5ml/L以下,則影響不大。 
          1.3 臭氧在冷卻水中緩蝕與阻垢機理
          臭氧作為單一使用的水處理藥劑,具有操作簡單,排污量少,既能節水節能,又不用調節水的PH值,不存在二次污染等諸多優點,對循環冷卻水的緩蝕、阻垢效果均有良好的效果。 
          1.3.l 臭氧防腐機理
          冷卻水系統腐蝕,主要是由于水中存在的溶解氧與金屬反應形成的化學和電化學腐蝕。實踐表明,臭氧是一種強氧化劑,其抑制腐蝕的機理與鉻酸鹽緩蝕劑的作用大致相似,主要原因是由于冷卻水中活潑的氧原子與亞鐵離子反應后,在陽極表面形成一層含γ—Fe2O3的氧化物鈍化膜。這種膜薄、密實且與金屬結合牢固,能阻礙水中的溶解氧擴散到金屬表面,從而抑制腐蝕反應進行。同時,由于這種氧化膜的產生,使金屬的腐蝕電位向正方向移動,迅速降低了腐蝕速率。

          另一方面,臭氧法水處理不需向水中投加藥劑,使排污量減少,鹽分的濃縮倍數高,循環水的pH值維持在8—9之間,屬于弱堿性,減輕了腐蝕的作用。
          1.3.2 臭氧阻垢機理
          臭氧于水分子接觸后,會立即發生還原反應,產生了原子氧(O)和羥基(OH): 
          O3→O2 +(O) 
          (O)+ H2O→ 2OH 
          羥基(OH)是一種催化劑,能使有機物發生連鎖反應: 
          OH + RH→ R·+ H2O 
          R· + O2→ R O2· 
          R O2·+ RH→ R OOH + R 
          R OOH→ CO2 
          因此,臭氧的強氧化性有效地控制了循環水中微生物的生長,減輕了生物污垢及其引起垢下腐蝕。臭氧不能直接氧化鈣、鎂鹽類的水垢成分,只能氧化垢層基質中有機物成分,使垢層變松脫落,從而引起阻垢的作用。 
          2.臭氧處理空調冷卻水的試驗研究
          用單一臭氧進行冷卻水處理的試驗研究首先是在美國佛羅里達州肯尼迪宇航中心(KSC)進行的。試驗選擇了該處的一個空調冷卻水系統,過程持續了14個月。冷卻水循環量約為400m3/h,補水為當地自來水,其水質如表1所示。 
          試驗過程及結果如下。
          2.l 試驗開始后,停止加入除臭氧以外的一切水處理劑,用補充水置換原來的循環水并通入臭氧。3周后,水中的細菌總數從2.1×104~6×107個/ml降低到(2.0~3.0×102個/ml)加冷卻塔上的粘泥從綠色變為灰色并開始松軟脫落。冷卻水的濁度于3~4周內從30~60JTU逐步下降到5~10JTU,水質變清。塔池下積聚數英寸的松垢和粘泥。2.2臭氧處理方式的經濟性:采用傳統的化學處理,一年的操作和維修費用為12045美元,而采用臭氧處理一年的費用僅為2565美元。臭氧系統設備及安裝的一次性投資為16057美元。因此,第三年臭氧系統的投資即可收回。

          3.臭氧處理空調冷卻水的設計方法
          空調冷卻水系統一般連續投加臭氧,臭氧發生器可與循環水泵聯動。連續投加臭氧量非常小,lm3/h的冷卻水中投入0.1lg/h的臭氧即可。由于空調冷卻水在循環回路中每循環一次,一般為幾分鐘,不會超過60min,根據經驗可只有一個臭氧注入點。投加點可設在循環水泵的出口或冷卻塔盤中。
          3.l 投加點設在循環水泵出口(見圖1)
          臭氧發生器設在機房內,不需要特別保護,但由于設置了引射水泵,增加了水泵耗電量。引射水泵及文丘里臭氧注射器的選擇需要進行計算。一般情況下,引射水泵及文丘里臭氧注射器由臭氧發生器制造商配套供應,設計人員只需按循環水流量選擇臭氧發生器的產氣量即可。臭氧需要量為0.1Qg/h(Q為循環水流量,m3/h)。
          3.2 投加點設在冷卻塔水盤中(見圖2) 
          這種投加方式設計、安裝十分簡便,運行費用低,不需要設引射水泵及文丘里臭氧注射器,但臭氧發生器需要靠近冷卻塔設置,需要加設防雨措施。臭氧發生器的產氣量也按0.1Q(g/h)選取,Q為循環水流量(m3/h)。 
          4.結論
          經試驗證明,單一使用臭氧處理空調冷卻水,具有良好的殺菌、防腐、阻垢功能,它既能減輕由于腐蝕、污垢等造成的能源浪費,又能消除軍團病菌對人體健康的威脅。因此,在空調冷卻水系統中,具有很好的應用前景


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