開(kāi)式循環(huán)冷卻水處理方法探析

劉登輝

(東風(fēng)博澤汽車系統(tǒng)有限公司，湖北 武漢 430056)

1 引言

在工業(yè)循環(huán)水應(yīng)用中，循環(huán)水系統(tǒng)一般分為敞開(kāi)式(簡(jiǎn)稱開(kāi)式)和封閉式(簡(jiǎn)稱閉式)兩種，在沒(méi)有特殊工藝要求的前提下，開(kāi)式循環(huán)水系統(tǒng)的應(yīng)用會(huì)更普遍一些。但開(kāi)式循環(huán)冷卻水在使用中會(huì)產(chǎn)生下列問(wèn)題[1]。

(1)循環(huán)水與空氣接觸比較充分，空氣中的塵埃混入水中，極易滋生微生物、藻類；冷卻水蒸發(fā)、濃縮后析出的鹽類物質(zhì)，會(huì)堵塞循環(huán)管網(wǎng)。

(2)開(kāi)式冷卻塔補(bǔ)充水一般為自來(lái)水，長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行后，水中鈣、鎂離子濃度增大，會(huì)造成設(shè)備內(nèi)部的結(jié)垢，降低換熱效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)堵塞管路，影響設(shè)備正常工作。

(3)開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)水中溶解氧很充分，容易產(chǎn)生氯離子、硫酸根離子等，會(huì)對(duì)設(shè)備、管路等造成腐蝕穿孔等隱患。

(4)環(huán)境溫度在25～35 ℃時(shí)，水中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物給微生物、藻類的生長(zhǎng)繁殖提供了適宜的條件，既會(huì)造成污垢沉積，也會(huì)造成管路腐蝕。

針對(duì)以上結(jié)垢、腐蝕和微生物等危害，有必要采取一些有效的方法對(duì)其進(jìn)行處理。

2 常見(jiàn)的開(kāi)式循環(huán)冷卻水化學(xué)處理方法

化學(xué)加藥法是一種常見(jiàn)的水質(zhì)處理方法，使用藥劑主要包括緩蝕阻垢劑和殺菌滅藻劑。通過(guò)精確的自動(dòng)加藥系統(tǒng)，嚴(yán)格地控制系統(tǒng)中的藥劑含量，可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證水處理效果。

它的主要缺點(diǎn)：①需持續(xù)投加藥劑，后期使用費(fèi)用較高；②需定期排放污水以維持恒定的濃縮倍數(shù)，對(duì)環(huán)境的污染較大；③需要專業(yè)的水處理人員來(lái)維護(hù)管理，根據(jù)水質(zhì)情況及時(shí)調(diào)整藥劑；④后期的化學(xué)清洗對(duì)設(shè)備使用壽命有較大影響。

目前化學(xué)加藥法使用的藥劑均為磷系藥劑，對(duì)環(huán)境影響較大。開(kāi)發(fā)新型的緩蝕阻垢劑、殺菌滅藻劑將是開(kāi)式循環(huán)冷卻水化學(xué)處理方法的一個(gè)趨勢(shì)。

3 常見(jiàn)的開(kāi)式循環(huán)冷卻水物理處理方法

工業(yè)循環(huán)水物理處理方法一般是采取純物理的方法對(duì)循環(huán)水進(jìn)行處理, 從而達(dá)到控制結(jié)垢、控制腐蝕、控制微生物和藻類的生長(zhǎng)的目的。

3.1 電化學(xué)處理方法

電化學(xué)處理的工作原理是通過(guò)直流電流的作用，在水中形成一系列的電解反應(yīng)：其中陽(yáng)極表面發(fā)生氧化反應(yīng)生成活性氧、游離氯等物質(zhì)；陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生氫氧根離子，形成一個(gè)強(qiáng)堿性環(huán)境，堿性環(huán)境擾亂水垢的化學(xué)平衡，使易結(jié)垢物質(zhì)形成水垢從水中析出并被定期清除，而陽(yáng)極附近生成的臭氧及雙氧水等物質(zhì)則可以起到很好的的殺菌滅藻作用[2]。

其反應(yīng)方程式如下：

陽(yáng)極反應(yīng)：

陰極反應(yīng)：

電化學(xué)處理方法有如下效果。

(1)結(jié)垢物質(zhì)直接析出：通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)使水中的鈣、鎂離子在反應(yīng)器陰極上結(jié)垢，析出循環(huán)水系統(tǒng)，使循環(huán)水系統(tǒng)內(nèi)的鈣鎂離子不在管路中結(jié)垢。

(2)控制菌藻預(yù)防腐蝕：電解產(chǎn)生活性氧和游離氯，能有效殺菌滅藻，預(yù)防微生物和藻類代謝產(chǎn)生的腐敗物變成有機(jī)酸，腐蝕管路和設(shè)備。

(3)節(jié)能環(huán)保綠色科技：把循環(huán)水中的鈣、鎂離子變成了固體析出，循環(huán)水系統(tǒng)可以在更高的濃縮倍數(shù)下運(yùn)行，減少補(bǔ)水消耗，另外不用投加化學(xué)藥劑，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。

3.2 離子棒處理方法

在裝有離子棒的整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)中，離子棒的電極產(chǎn)生正電荷，故對(duì)帶負(fù)電荷的粒子起作用。而整個(gè)管路系統(tǒng)則相當(dāng)于陰極，帶負(fù)電荷，且對(duì)帶正電荷的粒子起作用。離子棒工作時(shí)產(chǎn)生的靜電場(chǎng)釋放出大量的“自由”電子，增加了水中“結(jié)構(gòu)”的排斥力[3]。這種效應(yīng)在帶相反或相同電荷的粒子之間起到較強(qiáng)的相應(yīng)作用，破壞了水中粒子固有的晶體結(jié)構(gòu)和電磁場(chǎng)環(huán)境。

離子棒處理方法有如下效果。

(1)對(duì)已結(jié)垢的系統(tǒng)由于高壓靜電場(chǎng)的作用，水分子被激勵(lì)而處于高能位狀態(tài)。經(jīng)高壓靜電場(chǎng)處理過(guò)的水，流經(jīng)垢表面時(shí)能破壞垢分子間的電子結(jié)合力，使已形成的水垢逐漸剝蝕、脫落，達(dá)到除垢的目的。

(2)因?yàn)殡x子棒的作用，水中陽(yáng)離子和陰離子被水偶極子包圍，使成垢離子處于受縛狀態(tài)，無(wú)法結(jié)合在一起成垢，從而達(dá)到阻垢的目的。

(3)一定強(qiáng)度的電場(chǎng)破壞了水中微生物和藻類生存的環(huán)境，同時(shí)電磁場(chǎng)的存在，使水中活性氧增加(過(guò)氧化氫H2O2、臭氧O3等)，而導(dǎo)致微生物和藻類的死亡。

(4)電磁場(chǎng)在水中產(chǎn)大量自由電子，能有效地阻止管路的金屬鐵失去電子而被氧化，強(qiáng)化了系統(tǒng)防腐蝕性能。

4 常見(jiàn)開(kāi)式循環(huán)冷卻水處理方法比較

循環(huán)水系統(tǒng)中存在的污垢、腐蝕及微生物的繁殖會(huì)給循環(huán)系統(tǒng)的安全帶來(lái)嚴(yán)重危害。化學(xué)處理方法可以有效去除水垢，抑制微生物生長(zhǎng)，但對(duì)環(huán)境影響較大。物理處理方法綠色環(huán)保，但使用及安裝受環(huán)境條件限制。具體優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的愈發(fā)重視，發(fā)展節(jié)能環(huán)保的開(kāi)式循環(huán)冷卻水處理技術(shù)對(duì)解決結(jié)垢、腐蝕、微生物繁殖具有十分重要的意義。不論是化學(xué)處理方法還是物理處理方法，都各有利弊，企業(yè)可以結(jié)合自身實(shí)際情況和需求選擇化學(xué)或物理處理方法對(duì)其循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行處理, 以便在使用效果及經(jīng)濟(jì)效益方面獲得平衡。

表1 常見(jiàn)開(kāi)式循環(huán)冷卻水處理方法優(yōu)缺點(diǎn)