內(nèi)容簡(jiǎn)介：大多數(shù)的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用的是敞開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng), 水暴露于空氣中, 水在冷卻塔內(nèi)的冷卻過(guò)程, 同時(shí)也是洗滌空氣的過(guò)程。循環(huán)冷卻水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 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、可溶性氣體以及包括軍團(tuán)病菌在內(nèi)的一些細(xì)菌, 均可進(jìn)入循環(huán)冷卻水。

　　大多數(shù)的空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用的是敞開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng), 水暴露于空氣中, 水在冷卻塔內(nèi)的冷卻過(guò)程, 同時(shí)也是洗滌空氣的過(guò)程。循環(huán)冷卻水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 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、可溶性氣體以及包括軍團(tuán)病菌在內(nèi)的一些細(xì)菌, 均可進(jìn)入循環(huán)冷卻水。隨著冷卻水的不斷循環(huán)、蒸發(fā)、冷卻、水中的營(yíng)養(yǎng)源隨之增加, 促使藻類微生物迅速繁殖、不僅使冷卻水水質(zhì)惡化, 而且還和其它雜質(zhì)摻混形成粘垢。使循環(huán)設(shè)備管道腐蝕、結(jié)垢, 造成換熱器傳熱效率降低, 過(guò)水?dāng)嗝鏈p小, 甚至使設(shè)備管道腐蝕穿孔。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引起垢下腐蝕, 而腐蝕產(chǎn)物又形成污垢。

循環(huán)冷卻水中軍團(tuán)病菌的含量很高。研究表明[1 ] , 軍團(tuán)病菌的生長(zhǎng)與水的溫度有關(guān)。軍團(tuán)病菌的生存溫度范圍是20～45 ℃, 在低于20 ℃的環(huán)境中, 它處于休眠狀態(tài)。其較佳的生長(zhǎng)環(huán)境溫度范圍是37 ～41 ℃, 而冷卻水的運(yùn)行溫度通常是32 ～37 ℃, 有時(shí)高達(dá)45 ℃以上。因此, 冷卻水是軍團(tuán)病菌生存的良好溫床。

綜上所述, 冷卻水中存在腐蝕、結(jié)垢、水藻細(xì)菌滋生等問(wèn)題。因此, 對(duì)冷卻水進(jìn)行防腐、阻垢、殺菌滅藻處理是很有必要的。常用的水處理方法有軟化法、磁化法、靜電及電子法、藥劑法等。本文只針對(duì)其中的兩種方法作簡(jiǎn)要介紹。

　水質(zhì)控制及殺菌方法

 　臭氧法水處理

在開(kāi)式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中, 常用的殺生劑有漂白劑、氯、溴、季銨化合物及臭氧等。對(duì)它們殺菌效果的評(píng)價(jià)如表1 所示 。

	漂白劑	氯	溴	季銨	臭氧
水藻	好	好	好	極好	極好
普通病菌	極好	極好	好	好	極好
軍團(tuán)病菌	好	好	好	一般	極好

表1 殺生劑的殺菌效果比較

    從表1 可以看出, 在所比較的五種殺生劑中臭氧的殺菌效果較好。尤其是殺滅軍團(tuán)病菌的效果其它四種殺生劑都是無(wú)法相比的。不僅如此, 臭氧還是良好的緩蝕劑和阻垢劑[3 ,4 ] 。

　臭氧處理冷卻水的應(yīng)用研究1857 年, Werner Siemens 發(fā)明了通過(guò)靜電釋放而產(chǎn)生臭氧的方法, 這為將臭氧用于水處理鋪平了道路。1906 年, 臭氧首次被用于飲用水的處理工程。20 世紀(jì)70 年代末期, 臭氧被首次應(yīng)用于冷卻塔的水處理, 當(dāng)時(shí)的軍團(tuán)病正處于民眾關(guān)注的焦點(diǎn)。

今天, 臭氧被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)院、商業(yè)及工業(yè)建筑中。這些應(yīng)用包括冷卻塔的水處理、食品的加工、污水的凈化、室內(nèi)煙味的消除、飲用水的罐裝、紙張的漂白等[2 ] 。

1976 年美國(guó)宇航局(NASA) 對(duì)下屬公司的冷卻水處理系統(tǒng)進(jìn)行研究, 承擔(dān)這項(xiàng)研究工作的美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果表明[3 ,5 ] , 他們利用臭氧作唯一水處理藥劑處理冷卻水可以減少排污, 冷卻水水質(zhì)較好, 并且可以在較高的濃縮倍數(shù)下運(yùn)行。同時(shí), 冷凝器不結(jié)垢, 冷卻水中的微生物也大都被殺死, 生物污垢得到了有效的控制。說(shuō)明臭氧不僅具有殺菌作用, 也有緩蝕和阻垢作用, 并且可以使水質(zhì)變清。

1990 年的第51 屆國(guó)際水會(huì)議上, 美國(guó)全國(guó)水處理公司的Pryor 介紹了該公司在最近3 年內(nèi), 利用臭氧處理法成功地處理了130 多座冷卻塔的冷卻水[6 ] 。結(jié)果表明, 臭氧可以作為唯一水處理藥劑來(lái)替代其它傳統(tǒng)的水處理藥劑。臭氧能阻垢、緩蝕、殺菌和滅藻, 能使冷卻水系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù), 甚至在零排放下運(yùn)行, 從而節(jié)約用水。并且臭氧處理法不存在環(huán)境污染問(wèn)題。同時(shí), Pryor 還介紹了6 個(gè)臭氧處理法處理循環(huán)冷卻水的例子, 其中的一個(gè)實(shí)例是某醫(yī)院的空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)有兩個(gè)350 m3/ h 的冷卻塔, 采用臭氧法處理后, 該系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)材料的腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

材料	腐蝕率/mpy
銅鎳合金（70：30）	0.01~0.02
灰鑄鐵	1.3~1.8
黃銅	0.01~0.02
軟鋼	0.7~0.8
鋁	0.01~0.02

注：mpy為密耳/年，1密耳＝2.54mm

也有人針對(duì)臭氧的殺菌情況作了一些研究[2 ] ,對(duì)于冷卻塔底池內(nèi)6 mm 厚的水藻, 若用臭氧進(jìn)行消毒并且維持氧化還原電位(Oxidation ReductionPotential , ORP) 在750 mv , 則水藻在一天內(nèi)會(huì)從鮮綠色變成暗綠色, 四天內(nèi)從暗綠色變成棕色, 一周內(nèi)便會(huì)消失。

　緩蝕機(jī)理

與實(shí)際應(yīng)用方面的研究相比, 對(duì)臭氧處理法的理論研究就顯得很少。其中, G1Wofford 就臭氧的緩蝕機(jī)理提出了四點(diǎn)推測(cè)[7 ] :

(1) 由于臭氧的殺菌及滅藻作用, 控制了微生物的生長(zhǎng), 因而大大減輕了生物污垢及其引起的垢下腐蝕。

(2) 由于臭氧處理循環(huán)冷卻水的pH 值一般在8～9 之間, 是典型的堿性處理, 因此也就大大減輕了對(duì)金屬材料的腐蝕。

(3) 陽(yáng)極鈍化。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑, 與鉻酸鹽、鉬酸鹽相似, 因而可以促使金屬表面鈍化而達(dá)到緩蝕的目的。

(4) 由于系統(tǒng)在高濃縮倍數(shù)下運(yùn)行而使可溶性硅濃度提高, 這樣就有可能在金屬表面生成硅酸鹽薄膜而起緩蝕作。

　阻垢機(jī)理

討論臭氧處理法在阻垢方面的機(jī)理也很少。Baldwin 提出[8 ] , 可能的機(jī)理之一是臭氧影響了碳酸鹽與碳酸氫鹽之間的平衡, 或者是將鈣離子和其它金屬離子以細(xì)砂粒的形式沉淀下來(lái), 也可能是兩者皆有之。S1T1Powell[8 ] 不同意這種推測(cè), 他認(rèn)為阻垢還是同臭氧的氧化能力有關(guān)。正如臭氧能使系統(tǒng)的污垢脫落那樣, 它能氧化垢基質(zhì)中的有機(jī)物,使垢變松并脫落。

臭氧不直接攻擊垢的主要成份如碳酸鈣, 因?yàn)樘妓徕}不需要氧。同時(shí), Powell 推斷在臭氧氧化過(guò)程中會(huì)生成(OH) 、(HO2) 、(O3—) 、(H2O2) 等自由基中間產(chǎn)物, 這對(duì)水化學(xué)也許有影響。

殺菌滅藻機(jī)理[2 ]

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑, 它首先與細(xì)胞壁的脂類的雙鍵起反應(yīng), 使組成生物細(xì)胞壁的不飽和脂肪酸氧化而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi), 使細(xì)胞的通透性發(fā)生改變, 從而分解生物體, 最后導(dǎo)致細(xì)胞融解、死亡。

1 　阻垢殺菌的機(jī)理

關(guān)于電子除垢儀的工作機(jī)理, 目前尚無(wú)一個(gè)權(quán)威的有說(shuō)服力的解釋, 對(duì)該機(jī)理的研究既少又缺乏系統(tǒng)性。文獻(xiàn)[ 9 ] 認(rèn)為, 電子除垢儀的機(jī)理是利用電子線路產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng), 使經(jīng)過(guò)除垢儀的水吸收高頻電磁能后原有的大締合體中的結(jié)合鍵被打斷, 形成活性很高的單分子或小締合體狀態(tài)的水,增強(qiáng)了水的偶極矩, 促進(jìn)了水對(duì)成垢物質(zhì)及其組分的作用, 并改變了水中沉淀物質(zhì)的沉積狀態(tài)和各種離子的物理性能, 從而起到有效的防垢、除垢、殺菌、滅藻的作用。水經(jīng)高頻電磁場(chǎng)處理后, 水分子中的電子被激勵(lì)、電子能位升高, 根據(jù)能量守恒原理, 分子電位能損失, 使其電位下降、致使水分子與接觸界面的電位差減少, 甚至消失。造成水中離子的自由活動(dòng)能力大大減低, 器壁金屬離解受到抑制, 對(duì)設(shè)備起到了防止腐蝕作用。水中比重較大的帶電粒子或結(jié)晶顆粒沉淀下來(lái), 使水凈化, 并去除了水中部分有害離子。

2 　阻垢殺菌的應(yīng)用

對(duì)電子除垢儀的應(yīng)用研究不僅很少, 而且更缺乏系統(tǒng)性。從能夠檢索到的僅有的幾篇文獻(xiàn)來(lái)看,只有文獻(xiàn)[10 ] 給出了具體的水質(zhì)變化情況, 見(jiàn)表3。該文獻(xiàn)僅對(duì)電子除垢儀除垢的效果作了一點(diǎn)定性介紹, 而有關(guān)殺菌、滅藻的效果未作任何分析。就筆者所接觸的一些工程實(shí)際來(lái)看, 電子除垢儀清除水垢的效果并不穩(wěn)定, 有的用戶使用后除垢效果非常好, 有的用戶使用后除垢效果并不明顯,是什么原因?qū)е滤鼈冇腥绱舜蟮牟罹噙�不清楚。

時(shí)間	Ph值	Fe/mg·1-1	濁度/ mg·1-1	硬度/ mg·1-1
開(kāi)始使用時(shí)	7.64	14	190	72
使用半個(gè)月后	9.55	4.8	70	20
使用兩個(gè)月后	8.55	0.7	7.8	22.4

電子除垢儀對(duì)水質(zhì)的處理效果

由此可見(jiàn), 有關(guān)電子除垢儀阻垢殺菌的機(jī)理及應(yīng)用情況的研究并不成熟, 很有必要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

3 　結(jié)論