内容简介：大多数的空调冷却水系统采用的是敞开式循环系统, 水暴露于空气中, 水在冷却塔内的冷却过程, 同时也是洗涤空气的过程。循环冷却水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 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、可溶性气体以及包括军团病菌在内的一些细菌, 均可进入循环冷却水。

　　大多数的空调冷却水系统采用的是敞开式循环系统, 水暴露于空气中, 水在冷却塔内的冷却过程, 同时也是洗涤空气的过程。循环冷却水在使用之后, 水中的Ca2 + 、Mg2 + 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、可溶性气体以及包括军团病菌在内的一些细菌, 均可进入循环冷却水。随着冷却水的不断循环、蒸发、冷却、水中的营养源随之增加, 促使藻类微生物迅速繁殖、不仅使冷却水水质恶化, 而且还和其它杂质掺混形成粘垢。使循环设备管道腐蚀、结垢, 造成换热器传热效率降低, 过水断面减小, 甚至使设备管道腐蚀穿孔。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引起垢下腐蚀, 而腐蚀产物又形成污垢。

循环冷却水中军团病菌的含量很高。研究表明[1 ] , 军团病菌的生长与水的温度有关。军团病菌的生存温度范围是20～45 ℃, 在低于20 ℃的环境中, 它处于休眠状态。其最佳的生长环境温度范围是37 ～41 ℃, 而冷却水的运行温度通常是32 ～37 ℃, 有时高达45 ℃以上。因此, 冷却水是军团病菌生存的良好温床。

综上所述, 冷却水中存在腐蚀、结垢、水藻细菌滋生等问题。因此, 对冷却水进行防腐、阻垢、杀菌灭藻处理是很有必要的。常用的水处理方法有软化法、磁化法、静电及电子法、药剂法等。本文只针对其中的两种方法作简要介绍。

　水质控制及杀菌方法

 　臭氧法水处理

在开式循环冷却水系统中, 常用的杀生剂有漂白剂、氯、溴、季铵化合物及臭氧等。对它们杀菌效果的评价如表1 所示 。

	漂白剂	氯	溴	季铵	臭氧
水藻	好	好	好	极好	极好
普通病菌	极好	极好	好	好	极好
军团病菌	好	好	好	一般	极好

表1 杀生剂的杀菌效果比较

    从表1 可以看出, 在所比较的五种杀生剂中臭氧的杀菌效果最好。尤其是杀灭军团病菌的效果其它四种杀生剂都是无法相比的。不仅如此, 臭氧还是良好的缓蚀剂和阻垢剂[3 ,4 ] 。

　臭氧处理冷却水的应用研究1857 年, Werner Siemens 发明了通过静电释放而产生臭氧的方法, 这为将臭氧用于水处理铺平了道路。1906 年, 臭氧首次被用于饮用水的处理工程。20 世纪70 年代末期, 臭氧被首次应用于冷却塔的水处理, 当时的军团病正处于民众关注的焦点。

今天, 臭氧被广泛地应用于医院、商业及工业建筑中。这些应用包括冷却塔的水处理、食品的加工、污水的净化、室内烟味的消除、饮用水的罐装、纸张的漂白等[2 ] 。

1976 年美国宇航局(NASA) 对下属公司的冷却水处理系统进行研究, 承担这项研究工作的美国喷气推进实验室的研究结果表明[3 ,5 ] , 他们利用臭氧作唯一水处理药剂处理冷却水可以减少排污, 冷却水水质较好, 并且可以在较高的浓缩倍数下运行。同时, 冷凝器不结垢, 冷却水中的微生物也大都被杀死, 生物污垢得到了有效的控制。说明臭氧不仅具有杀菌作用, 也有缓蚀和阻垢作用, 并且可以使水质变清。

1990 年的第51 届国际水会议上, 美国全国水处理公司的Pryor 介绍了该公司在最近3 年内, 利用臭氧处理法成功地处理了130 多座冷却塔的冷却水[6 ] 。结果表明, 臭氧可以作为唯一水处理药剂来替代其它传统的水处理药剂。臭氧能阻垢、缓蚀、杀菌和灭藻, 能使冷却水系统在高浓缩倍数, 甚至在零排放下运行, 从而节约用水。并且臭氧处理法不存在环境污染问题。同时, Pryor 还介绍了6 个臭氧处理法处理循环冷却水的例子, 其中的一个实例是某医院的空调系统。该系统有两个350 m3/ h 的冷却塔, 采用臭氧法处理后, 该系统对试验材料的腐蚀试验结果如表2 所示。

材料	腐蚀率/mpy
铜镍合金（70：30）	0.01~0.02
灰铸铁	1.3~1.8
黄铜	0.01~0.02
软钢	0.7~0.8
铝	0.01~0.02

注：mpy为密耳/年，1密耳＝2.54mm

也有人针对臭氧的杀菌情况作了一些研究[2 ] ,对于冷却塔底池内6 mm 厚的水藻, 若用臭氧进行消毒并且维持氧化还原电位(Oxidation ReductionPotential , ORP) 在750 mv , 则水藻在一天内会从鲜绿色变成暗绿色, 四天内从暗绿色变成棕色, 一周内便会消失。

　缓蚀机理

与实际应用方面的研究相比, 对臭氧处理法的理论研究就显得很少。其中, G1Wofford 就臭氧的缓蚀机理提出了四点推测[7 ] :

(1) 由于臭氧的杀菌及灭藻作用, 控制了微生物的生长, 因而大大减轻了生物污垢及其引起的垢下腐蚀。

(2) 由于臭氧处理循环冷却水的pH 值一般在8～9 之间, 是典型的碱性处理, 因此也就大大减轻了对金属材料的腐蚀。

(3) 阳极钝化。臭氧是一种强氧化剂, 与铬酸盐、钼酸盐相似, 因而可以促使金属表面钝化而达到缓蚀的目的。

(4) 由于系统在高浓缩倍数下运行而使可溶性硅浓度提高, 这样就有可能在金属表面生成硅酸盐薄膜而起缓蚀作。

　阻垢机理

讨论臭氧处理法在阻垢方面的机理也很少。Baldwin 提出[8 ] , 可能的机理之一是臭氧影响了碳酸盐与碳酸氢盐之间的平衡, 或者是将钙离子和其它金属离子以细砂粒的形式沉淀下来, 也可能是两者皆有之。S1T1Powell[8 ] 不同意这种推测, 他认为阻垢还是同臭氧的氧化能力有关。正如臭氧能使系统的污垢脱落那样, 它能氧化垢基质中的有机物,使垢变松并脱落。

臭氧不直接攻击垢的主要成份如碳酸钙, 因为碳酸钙不需要氧。同时, Powell 推断在臭氧氧化过程中会生成(OH) 、(HO2) 、(O3—) 、(H2O2) 等自由基中间产物, 这对水化学也许有影响。

杀菌灭藻机理[2 ]

臭氧是一种强氧化剂, 它首先与细胞壁的脂类的双键起反应, 使组成生物细胞壁的不饱和脂肪酸氧化而进入细胞内, 使细胞的通透性发生改变, 从而分解生物体, 最后导致细胞融解、死亡。

1 　阻垢杀菌的机理

关于电子除垢仪的工作机理, 目前尚无一个权威的有说服力的解释, 对该机理的研究既少又缺乏系统性。文献[ 9 ] 认为, 电子除垢仪的机理是利用电子线路产生高频电磁场, 使经过除垢仪的水吸收高频电磁能后原有的大缔合体中的结合键被打断, 形成活性很高的单分子或小缔合体状态的水,增强了水的偶极矩, 促进了水对成垢物质及其组分的作用, 并改变了水中沉淀物质的沉积状态和各种离子的物理性能, 从而起到有效的防垢、除垢、杀菌、灭藻的作用。水经高频电磁场处理后, 水分子中的电子被激励、电子能位升高, 根据能量守恒原理, 分子电位能损失, 使其电位下降、致使水分子与接触界面的电位差减少, 甚至消失。造成水中离子的自由活动能力大大减低, 器壁金属离解受到抑制, 对设备起到了防止腐蚀作用。水中比重较大的带电粒子或结晶颗粒沉淀下来, 使水净化, 并去除了水中部分有害离子。

2 　阻垢杀菌的应用

对电子除垢仪的应用研究不仅很少, 而且更缺乏系统性。从能够检索到的仅有的几篇文献来看,只有文献[10 ] 给出了具体的水质变化情况, 见表3。该文献仅对电子除垢仪除垢的效果作了一点定性介绍, 而有关杀菌、灭藻的效果未作任何分析。就笔者所接触的一些工程实际来看, 电子除垢仪清除水垢的效果并不稳定, 有的用户使用后除垢效果非常好, 有的用户使用后除垢效果并不明显,是什么原因导致它们有如此大的差距还不清楚。

时间	Ph值	Fe/mg·1-1	浊度/ mg·1-1	硬度/ mg·1-1
开始使用时	7.64	14	190	72
使用半个月后	9.55	4.8	70	20
使用两个月后	8.55	0.7	7.8	22.4

电子除垢仪对水质的处理效果

由此可见, 有关电子除垢仪阻垢杀菌的机理及应用情况的研究并不成熟, 很有必要进行进一步的研究。

3 　结论