中央空調系統水處理技術(shù)研究

一、概述
　　中央空調循環(huán)水系統一般分為三部分，即循環(huán)水系統、冷凍水系統、采暖水系統。循環(huán)冷卻水多為開(kāi)式，冷凍水與采暖水為封閉式；目前，高層建筑或封閉式廠(chǎng)方的冷凍水與采暖水多為同一系統，在夏季走冷凍水，在冬季走采暖水。這三套循環(huán)水系統各有特點(diǎn)，但存在同一問(wèn)題：結垢、腐蝕和生物粘泥，如不進(jìn)行適當的處理，勢必會(huì )引起管道堵塞，腐蝕泄漏、傳熱效率大為降低等一系列問(wèn)題，影響整個(gè)空調系統的正常工作。
　　多年來(lái)，我們對中央空調用水情況作了廣泛的調查，綜合起來(lái)看現中央空調水系統的用水分為三類(lèi)，即未經(jīng)過(guò)任何處理的自來(lái)水、軟化水和去離子水。水中對設備主要產(chǎn)生影響的因素分別為堿度、PH值、Cl-、氧含量等。自來(lái)水因地區不同而水質(zhì)變化較大，在水的循環(huán)過(guò)程中，硬度和堿度是造成結垢的主要因素，而Cl-、低PH值、溶解氧是造成腐蝕的罪魁禍首。在自來(lái)水中這兩種危害同時(shí)存在，只是由于水質(zhì)差異，危害的主副性有所區別；相對腐蝕而言，結垢性離子Ca2+、Mg2+、堿度為保護性離子，軟化水正是由于去除了這些離子，增加了Na+、Cl-等腐蝕性離子，從而加重了設備的腐蝕，所以說(shuō)軟化水雖然避免了結垢問(wèn)題，卻加重了腐蝕，這種現象會(huì )隨著(zhù)時(shí)間推移而顯露出來(lái)。如大港開(kāi)發(fā)區某空調系統一年就出現腐蝕穿孔現象，可見(jiàn)軟化水腐蝕性的強弱。去離子水相對地說(shuō)即去除了結垢因素，也去除了腐蝕因素，但實(shí)際上并非如此，同樣，去離子水中雖然不存在結垢性離子和腐蝕性離子，但卻并未除去水中的溶解氧，初始時(shí)，腐蝕速度較慢，有一個(gè)逐漸加速過(guò)程，最終會(huì )導致同前兩種水一樣的紅水現象（封閉式系統）。
　　空調水處理的必要性主要有以下三點(diǎn)，其一是延長(cháng)管線(xiàn)和設備的使用壽命。如果在主要管線(xiàn)和設備上發(fā)生的泄露時(shí)，或在敷設管道上發(fā)生了泄露時(shí)，更換維修，不但要花費較大的費用，而且，在實(shí)施時(shí)存在著(zhù)許多困難�？照{系統水處理的必要性就在于使管線(xiàn)和設備達到設計的使用壽命。下表中數據可說(shuō)明水處理的重要性；其二是節能。當結垢和腐蝕產(chǎn)生銹垢堆積物，都會(huì )導致傳熱效率下降，為達到設定效果，必須加大能量消耗同時(shí)還會(huì )造成縮短設備的使用壽命。在敞開(kāi)式循環(huán)水系統中，采用水處理技術(shù)還會(huì )節省大量的補充水；其三是創(chuàng )造穩定舒適的工作和生活環(huán)境，保證中央空調系統穩定正常運行。
表 設備使用壽命（單位：年）

表 設備使用壽命（單位：年）

　　注：1：預防處理是指為預防危害發(fā)生而進(jìn)行水處理；事后處理是指危害發(fā)生后進(jìn)行水處理；實(shí)際使用年限指設備破舊而更換的時(shí)間。
　　　　2：本數據來(lái)自日本“建筑業(yè)協(xié)會(huì )”統計，而中國還未有有關(guān)統計數據。
二、中央空調循環(huán)冷卻水處理
　　中央空調循環(huán)冷卻水基本使用自來(lái)水。多年來(lái)，由于水系統結垢和腐蝕造成機組功能下降、使用壽命降低、能耗增加，業(yè)主長(cháng)期處于設備、管線(xiàn)維修的局面。為改變這種狀況，水磁化器被引入中央空調水系統。實(shí)踐證明，使用這種設備處理能力有限，不成功的報導很多。上世紀80年代中期在工業(yè)的冷凍水系統引入工業(yè)循環(huán)冷卻水處理技術(shù)后非常成功，這就是循環(huán)冷卻水化學(xué)水處理技術(shù)。該技術(shù)是向水中投加水質(zhì)穩定劑——包括分散劑、阻垢劑、緩蝕劑、殺菌劑等。是通過(guò)化學(xué)方法，使水中結垢型離子穩定在水中，其原理是通過(guò)螫合、絡(luò )合和吸附分散作用，使Ca2+、Mg2+穩定地溶于水中，并對氧化鐵、二氧化硅等膠體也有良好的分散作用，本法是目前空調水處理使用最為普遍的一種方法，也是在工業(yè)循環(huán)水處理中應用面最廣、技術(shù)最成熟的一種方法，實(shí)踐證明是有效而經(jīng)濟的方法。
1.緩蝕阻垢處理
　　過(guò)去使用以聚磷酸鹽為主體的緩蝕劑，但是，如果冷卻水系統在水高濃縮倍數下進(jìn)行，由于磷酸鹽會(huì )大量的附著(zhù)在金屬的表面上，反而引起結垢的危害，并且，聚磷酸鹽會(huì )水解生成正磷酸鹽，生成磷酸鹽垢。后有磷酸鹽和聚合物類(lèi)阻垢劑的復合藥劑，即使冷卻水被高度濃縮，仍能充分發(fā)揮緩蝕和阻垢效果。最近幾年來(lái)新的合成藥劑不斷出現，效果越來(lái)越好，具體的使用與水質(zhì)條件有關(guān)，濃度一般為100ppm左右。
　　加藥劑處理后的有關(guān)國標：
　　污垢熱阻<4.0×10-4mk/s
　　碳鋼緩蝕率<0.125mm/y
　　銅緩蝕率<0.005mm/y
2.粘泥的處理
　　粘泥是水中藻類(lèi)和細菌類(lèi)增殖后，與從大氣中洗滌出的灰塵等雜質(zhì)構成的具有粘著(zhù)性的軟泥質(zhì)的物質(zhì)，這些粘泥物在管壁會(huì )影響水的流速、流量，附著(zhù)在換熱器管壁就要影響熱交換能力，另外還會(huì )造成微生物對金屬器壁的腐蝕，所以必須進(jìn)行殺菌，粘泥抑制劑一般使用殺生劑。通常，殺生劑為氧化型與非氧化型殺生劑輪流交替使用，以防菌藻產(chǎn)生抗體。由于空調水系統多處于鬧市區人員集中，殺生劑使用要求較高，首先無(wú)味并對人體無(wú)毒且殺菌效果好，如氯氣就不能在空調系統中使用。同時(shí)可以查看中國污水處理工程網(wǎng)更多技術(shù)文檔。
3.水質(zhì)管理
　　3.1 濃縮倍數管理
　　對空調循環(huán)冷卻水系統來(lái)說(shuō)，貯水量相對循環(huán)量的數值太小，因為空調冷卻水設備的運行負荷往往變動(dòng)較大，外界環(huán)境變化也大（如晝夜溫差、濕度等），即使進(jìn)行一定的強制排污，冷卻水的濃縮倍數仍在變化，甚至變化較大。所以現場(chǎng)控制難度較大，因此，在水處理時(shí)，為了使冷卻水的水質(zhì)維持一定的范圍內，需要建立自動(dòng)濃縮和加藥管理系統。
　　由于水濃縮時(shí)，水中的各種離子隨之濃縮，而電導正是反應水中離子濃度多少的數值，濃縮倍數與電導的增長(cháng)基本上成正比，當水濃縮一倍時(shí)，電導濃縮0.93—0.98倍，所以一般采用濃縮倍數為3時(shí)水的對應電導率作為控制值，電導儀與電磁閥相聯(lián)，同時(shí)與自動(dòng)計量泵相聯(lián)，當水濃縮倍數過(guò)高時(shí)，則電磁閥啟動(dòng)進(jìn)行排污，同時(shí)加藥泵啟動(dòng)，補入相應的被排污水帶走的藥量，這一套自動(dòng)系統根據條件不同而需費用為2—5萬(wàn)元不等，所以很快被用戶(hù)迅速接受。
　　自動(dòng)化的采用，使空調冷卻水循環(huán)系統管理大為簡(jiǎn)化，實(shí)現了現場(chǎng)無(wú)人操作，只需每月進(jìn)行一次或兩次取樣分析，適當調整控制條件，使現場(chǎng)操作準確無(wú)誤，為進(jìn)行化學(xué)水處理提供了很好的條件。
　　3.2 藥劑濃度的管理：
　　平時(shí)，水處理藥劑若不維持在一定濃度上，則不能充分發(fā)揮效應。而過(guò)量加藥造成經(jīng)濟上的浪費，因此，加藥要及時(shí)適量。目前，空調水系統加藥一般分為兩類(lèi)，一是采用自動(dòng)加藥裝置；二是根據計算量而采用連續滴加方式，這種方式也可保證水中藥量濃度在有效范圍內。
　　3.3 日常監測
　　最重要的水質(zhì)管理是掌握補水和冷卻水的水質(zhì)，而且要把防患于未然的對策作為基本措施。但由于空調水系統一般現場(chǎng)不具備分析條件，一般都委托有關(guān)單位進(jìn)行分析，由于采用自動(dòng)化管理，所以監測分析可半月或每月進(jìn)行一次，以便發(fā)現問(wèn)題及時(shí)調整。
　　腐蝕監測，采用現場(chǎng)掛標準試片，每月或兩月測定一次。
三、冷凍水處理
　　冷凍水是只通過(guò)制冷機使其溫度下降后再流向冷卻工藝的循環(huán)水，主要用于中央空調和工廠(chǎng)中需低溫冷卻的系統。就冷卻系統的構成而言，冷凍水分為密閉式和非密閉式，非密閉式又分為部分敞開(kāi)式和噴淋式兩種類(lèi)型。中央空調冷凍水系統多為密閉式；工廠(chǎng)中冷凍水系統多為敞開(kāi)式，如天津大沽化工廠(chǎng)某分廠(chǎng)7℃水；帶有噴淋裝置的冷凍水系統主要見(jiàn)于需進(jìn)行空氣洗滌和控制空氣濕度的地方，如紡織廠(chǎng)、電子元器件制造車(chē)間等。上述幾種不同形式的冷凍水系統，有著(zhù)許多共同的特點(diǎn)。
1.冷凍水的特點(diǎn)
　　與一般循環(huán)冷卻水相比較有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
　　1.l 濃縮倍數基本保持不變。密閉式冷凍水系統在循環(huán)過(guò)程中，由于不與空氣接觸，沒(méi)有蒸發(fā)，所以水量基本上沒(méi)有損失。部分敞開(kāi)式冷凍水系統僅是冷水池敞口部分暴露于空氣之中，與空氣之間的交換量很少，可以忽略不計，故在循環(huán)過(guò)程中幾乎沒(méi)有水量損失。帶有噴淋裝置的冷凍水系統，夏季在循環(huán)過(guò)程中有特殊的吸濕現象，即在循環(huán)過(guò)程中沒(méi)有水量損失，反而因空氣中的水蒸氣進(jìn)入系統而使系統中的離子濃度低于補充水。由于這種現象在某些地區引起冷凍水變化較大，也是藥量損失的主要因素，應引起重視，采取相應措施。而在冬季由于對空氣起增濕作用冷凍水有一定的濃縮。
　　l.2 水溫比較低，一般在1℃到20℃之間變化，大多數在6℃到12℃之間。
　　1.3 水處理 藥劑為一次性投入，為了保證藥劑的有效性，在指定的周期內排污換藥。
　　1.4 冷凍水對設備的危害主要是腐蝕，常因腐蝕原因出現紅水現象。
　　1.5 一般來(lái)說(shuō)，貯水量與循環(huán)水量要小些。
2.腐蝕機理
　　冷凍水系統因其水量基本保持不變，水中鈣、鎂離子不因循環(huán)而增加，所以結垢趨勢并不嚴重。系統主要存在的問(wèn)題為溶解氧腐蝕，碳鋼在水中由于形成微電池而引起腐蝕。腐蝕反應的過(guò)程可表示為：
　　陽(yáng)極反應FeFe2+＋2e
　　陰極反應1/2O2＋H2O＋2e20H-
　　在水中Fe2+＋20H-Fe(OH)2
　　氫氧化亞鐵極易氧化成紅棕色的鐵銹，這是冷凍水出現紅水的主要原因。在敞開(kāi)式和噴淋式系統中，由于系統部分暴露于空氣中或與空氣直接接觸，系統中溶解氧的含量比較充足；在密閉式冷凍水系統中，溶解氧會(huì )因腐蝕的發(fā)生而迅速消耗，變的不充分。但這些系統仍會(huì )有少量的溶解氧存在，主要是通過(guò)閥門(mén)、管接頭、泵的壓墊漏進(jìn)來(lái)的。此外，冷凍水系統雖然補充水很少，但溶解氧也會(huì )隨著(zhù)補充水的加入而帶入系統中。所以溶解氧是造成冷凍水系統腐蝕的主要原因。
　　伴隨著(zhù)氧化鐵的腐蝕機理，另一種腐蝕循環(huán)反應也同時(shí)發(fā)生。
　　1/2Fe3+＋Fe23Fe2+
　　Fe2+＋1/2O2Fe3+
　　這是去離子水或軟化水腐蝕的主要原因，一旦形成腐蝕反應，還有一個(gè)加速過(guò)程而這種腐蝕在氧的存在下是一個(gè)往復連鎖反應。這是因為鈣、鎂、堿度對腐蝕而言為保護性離子，而軟化水與去離子水正是去除了這些離子，所以在某些用戶(hù)出現設備一年就穿孔腐蝕現象，從水處理方面講，密封式系統嚴禁使用去離子水或軟化水。另外Cl-等腐蝕性離子也參加了反應且腐蝕因素較多，這里不—一敘述。未經(jīng)加藥處理的冷凍水系統腐蝕嚴重。
3.藥劑的選擇
　　根據冷凍水上述的主要腐蝕原因，分別對鉻酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽、鉬酸鹽、鋅鹽及有機酸、硫脲、硫醇、唑啉等藥劑進(jìn)行對比實(shí)驗，因其中鉻酸鹽嚴重污染環(huán)境、亞硝酸鈉的致癌原因而棄置不用。
　　我們以天津自來(lái)水為實(shí)驗用水（數據見(jiàn)表1），采用掛片法，對單一及復配藥劑進(jìn)行一系列腐蝕實(shí)驗，根據結果及實(shí)踐經(jīng)驗，篩選出具代表性的幾種復配藥劑，試驗數據見(jiàn)表2。
　　從表2結果看出，磷系、硅系、鉬系三類(lèi)復配藥劑在緩蝕方面均取得了良好的效果，掛片腐蝕率遠遠低于國家標準。硅系復配藥劑雖然效果好、價(jià)格便宜，但因易生成硅垢且不易去除，使用時(shí)慎重。鉬系復配藥劑緩蝕效果好，且冷凍水中藥量損失不大，經(jīng)濟上可以接受。我們又以相同的配方對四川某廠(chǎng)冷凍水進(jìn)行對比實(shí)驗，其結果與上述一致。
　　磷系與鉬系藥劑相比，鉬系主要以吸附膜、沉淀膜原理緩蝕，其效果可以使碳鋼腐蝕率小到幾乎測不出來(lái)，其缺點(diǎn)就是用量較大，復配藥劑用量大于2000ppm，成本較高；而磷系藥劑主要加入除氧劑等多種形式進(jìn)行緩蝕，用量較小，一般為500ppm左右，成本低些，但效果不如鉬系配方。
　　近幾年，國家工業(yè)水處理工程技術(shù)研究中心，針對冷凍水和采暖水系統的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出一種新型的低鉬藥劑TS－52706，用量為100—500ppm，碳鋼腐蝕率幾乎為零，其阻垢環(huán)蝕效果非常優(yōu)秀，專(zhuān)門(mén)適用于密閉系統。

表１試驗用水（天津自來(lái)水）

表 2

4.冷凍水處理藥劑損失
　　4.l 由于系統本身密閉性不強，在某些接口及泵處有泄漏現象，藥量隨之流失。一般情況下，損失的藥量占總藥量的1％一10％。但在某些系統，泄漏帶走的藥量為主要損失；因為冷凍水系統貯水量較小，只有幾個(gè)至幾十個(gè)立方，泄漏一個(gè)立方也會(huì )在幾天或幾十天系統里的水就會(huì )置換一次。某些系統一年回補好幾次藥，甚至每月都補。
　　4.2 系統本身要吸附一些藥劑，其損失量很小，約占總藥量的1％左右。
　　4.3 在某些帶有噴淋裝置的冷凍水系統中，由于吸濕作用，系統水量增加而發(fā)生溢流造成藥劑損失。
　　4.4 使用磷系配方，因除氧劑的消耗而必須定時(shí)補藥，周期為1～2月／每次。
5.加藥方式
　　冷凍水藥量損失較小，但為了保證藥劑在水中的有效性，須人為的進(jìn)行有規律的排污、補水、加藥。目前，對冷凍水中加藥的間隔時(shí)間還未見(jiàn)報道，這里介紹幾種方法。
　　5.1 根據水質(zhì)檢測結果不定期加藥。
　　5.2 連續加藥：即連續地小量排水與補水，同時(shí)連續加藥。
　　5.3 定期加藥：即每隔一定時(shí)間，換水加藥。因換水會(huì )帶走大量的冷能，故此方法一般采用部分排水補水進(jìn)行，也有采用隔幾個(gè)月?lián)Q掉部分冷凍水、補充部分藥劑的方法。
　　5.4 自動(dòng)控制加藥：現場(chǎng)可通過(guò)儀器反映冷凍水的電導率、排污量等來(lái)控制加藥。還有更先進(jìn)的方法是通過(guò)反映藥劑中示蹤離子含量的儀器來(lái)控制加藥。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是現場(chǎng)操作方便，節省人力物力，節省藥劑。但此類(lèi)儀器價(jià)格較高，所以?xún)H在大型中央空調系統中使用。
四、采暖水處理
　　采暖水是指通過(guò)鍋爐加熱或蒸汽熱交換器而使水加熱然后進(jìn)行循環(huán)使用的熱水系統。在空調系統中，采暖水與冷凍水系統常使用同一管程，只是使用時(shí)間不同，夏季為冷凍水，冬季為采暖水，同樣，二者都屬于密閉系統，所以相似之處甚多；本文著(zhù)重點(diǎn)放在與冷凍水不同之處。
1.采暖水的特點(diǎn)：
　�、贊饪s倍數不變，為密閉式循環(huán)系統；
　�、谒疁剌^高，一般在80℃左右。
　�、鬯�處理藥劑為一次性加入，并且有高溫不分解的特點(diǎn)；
　�、懿膳�水根據水質(zhì)不同，結垢與腐蝕性重點(diǎn)不同，由于水溫較高，兩種危害同時(shí)存在，也常因腐蝕出現紅水現象。
　�、菀话悴膳�水如果無(wú)泄露等現象時(shí)，首先結垢，因結垢性同素不再補入，而溶解氧不斷通過(guò)各種途徑進(jìn)入，致使腐蝕嚴重，使用去離子水時(shí)，這一現象尤為嚴重。
2.腐蝕機理
　　與冷凍水基本相同，只是水溫較高，這一趨勢有所加強。同時(shí)，由于有垢層的出現，又會(huì )出現垢下腐蝕的現象。
3.藥劑的選擇
　　選擇藥劑時(shí)，既要考慮防腐蝕，又要考慮防結垢，并且藥劑具有耐高溫性，無(wú)機磷與鋅鹽就不宜在熱水中使用。
　　采暖水的阻垢緩蝕劑也以鉬酸鹽系列為主；鉬酸鹽在高溫不分解，并無(wú)環(huán)境污染之憂(yōu)。一般與羧酸一磺酸鹽、磷酸酯等復配，用復配藥劑量在1500—2000ppm左右。
　　隨著(zhù)中央空調的發(fā)展和特殊工藝要求的增加，中央空調水處理已成為工業(yè)水處理中的重要領(lǐng)域。我們針對三種水系統的特點(diǎn)，作了大量的實(shí)驗研究工作，并在總結實(shí)踐經(jīng)驗的基礎上，提出本文與大家交流，以便共同促進(jìn)我國中央空調水處理技術(shù)的發(fā)展。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)