在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，對制冷機(jī)、換熱設(shè)備、末端裝置等有著足夠的重視，但對空調(diào)水系統(tǒng)中水的處理問題認(rèn)識(shí)不足。一般來講，空調(diào)冷凍水系統(tǒng)中在閉式系統(tǒng)中循環(huán)，并經(jīng)過軟化處理，不會(huì)存在太多問題。而空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中，由于冷卻塔中的水暴露于空氣中，并且由于為了降低運(yùn)行成本而采用自來水補(bǔ)水，存在腐蝕、結(jié)構(gòu)、菌藻滋生等問題。這些問題的存在將嚴(yán)重縮短設(shè)備的使用壽命，導(dǎo)致設(shè)備換熱效率明顯下降，造成能源浪費(fèi)，并且增加管道阻力，使管道輸送能力下降35％～55％。另外，產(chǎn)生的菌類隨水分蒸發(fā)傳播在空氣中，這將嚴(yán)重危害人們的健康。因此，對冷卻水進(jìn)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(jì)80年代起，臭氧法處理冷卻水技術(shù)在歐美等一些發(fā)達(dá)國家興起，大量應(yīng)用于實(shí)際工程中，下面就其機(jī)理及工程設(shè)計(jì)方法加以詳細(xì)闡述。
1．處理機(jī)理
1.l 臭氧的理化性質(zhì)
臭氧是由3個(gè)氧原子組成的氧的同素異構(gòu)體。在常態(tài)下是淡藍(lán)色氣體，具有特殊氣味。臭氧具有*的氧化能力且又不穩(wěn)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(jī)理及影響因素
臭氧殺菌主要是靠其分解后產(chǎn)生的新生氧的氧化能力。臭氧首先與細(xì)胞壁的脂類的雙鍵起反應(yīng)，穿破胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，作用于外殼脂蛋白和內(nèi)面的脂多糖，使細(xì)胞的通透性發(fā)生改變，zui后導(dǎo)致細(xì)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(qiáng)。隨著水溫的增加，臭氧的殺菌效果也加強(qiáng)，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(shí)臭氧的殺菌效果作用為1，則在8～21℃時(shí)為1.6，在36～38℃時(shí)為3.2，當(dāng)水的pH值高時(shí)，殺菌效果不好，應(yīng)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(jī)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(jié)水節(jié)能，又不用調(diào)節(jié)水的PH值，不存在二次污染等諸多優(yōu)點(diǎn)，對循環(huán)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(jī)理
冷卻水系統(tǒng)腐蝕，主要是由于水中存在的溶解氧與金屬反應(yīng)形成的化學(xué)和電化學(xué)腐蝕。實(shí)踐表明，臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其抑制腐蝕的機(jī)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(yīng)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(shí)且與金屬結(jié)合牢固，能阻礙水中的溶解氧擴(kuò)散到金屬表面，從而抑制腐蝕反應(yīng)進(jìn)行。同時(shí)，由于這種氧化膜的產(chǎn)生，使金屬的腐蝕電位向正方向移動(dòng)，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(shù)高，循環(huán)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(jī)理
臭氧于水分子接觸后，會(huì)立即發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)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(jī)物發(fā)生連鎖反應(yīng)：
OH + RH→ R·+ H2O
R· + O2→ R O2·
R O2·+ RH→ R OOH + R
R OOH→ CO2
因此，臭氧的強(qiáng)氧化性有效地控制了循環(huán)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(zhì)中有機(jī)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(diào)冷卻水的試驗(yàn)研究
用單一臭氧進(jìn)行冷卻水處理的試驗(yàn)研究首先是在美國佛羅里達(dá)州*宇航中心（KSC）進(jìn)行的。試驗(yàn)選擇了該處的一個(gè)空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，過程持續(xù)了14個(gè)月。冷卻水循環(huán)量約為400m3/h，補(bǔ)水為當(dāng)?shù)刈詠硭渌|(zhì)如表1所示。
試驗(yàn)過程及結(jié)果如下。
2.l 試驗(yàn)開始后，停止加入除臭氧以外的一切水處理劑，用補(bǔ)充水置換原來的循環(huán)水并通入臭氧。3周后，水中的細(xì)菌總數(shù)從2.1×104～6×107個(gè)/ml降低到（2.0～3.0×102個(gè)/ml）加冷卻塔上的粘泥從綠色變?yōu)榛疑㈤_始松軟脫落。冷卻水的濁度于3～4周內(nèi)從30～60JTU逐步下降到5～10JTU，水質(zhì)變清。塔池下積聚數(shù)英寸的松垢和粘泥。2.2臭氧處理方式的經(jīng)濟(jì)性：采用傳統(tǒng)的化學(xué)處理，一年的操作和維修費(fèi)用為12045美元，而采用臭氧處理一年的費(fèi)用僅為2565美元。臭氧系統(tǒng)設(shè)備及安裝的一次性投資為16057美元。因此，第三年臭氧系統(tǒng)的投資即可收回。
3．臭氧處理空調(diào)冷卻水的設(shè)計(jì)方法
空調(diào)冷卻水系統(tǒng)一般連續(xù)投加臭氧，臭氧發(fā)生器可與循環(huán)水泵聯(lián)動(dòng)。連續(xù)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(diào)冷卻水在循環(huán)回路中每循環(huán)一次，一般為幾分鐘，不會(huì)超過60min，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可只有一個(gè)臭氧注入點(diǎn)。投加點(diǎn)可設(shè)在循環(huán)水泵的出口或冷卻塔盤中。
3.l 投加點(diǎn)設(shè)在循環(huán)水泵出口（見圖1）
臭氧發(fā)生器設(shè)在機(jī)房內(nèi)，不需要特別保護(hù)，但由于設(shè)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(jìn)行計(jì)算。一般情況下，引射水泵及文丘里臭氧注射器由臭氧發(fā)生器制造商配套供應(yīng)，設(shè)計(jì)人員只需按循環(huán)水流量選擇臭氧發(fā)生器的產(chǎn)氣量即可。臭氧需要量為0.1Qg/h（Q為循環(huán)水流量，m3/h）。3.2 投加點(diǎn)設(shè)在冷卻塔水盤中（見圖2）
這種投加方式設(shè)計(jì)、安裝十分簡便，運(yùn)行費(fèi)用低，不需要設(shè)引射水泵及文丘里臭氧注射器，但臭氧發(fā)生器需要靠近冷卻塔設(shè)置，需要加設(shè)防雨措施。臭氧發(fā)生器的產(chǎn)氣量也按0.1Q（g/h）選取，Q為循環(huán)水流量（m3/h）。
4．結(jié)論
經(jīng)試驗(yàn)證明，單一使用臭氧處理空調(diào)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(fèi)，又能消除軍團(tuán)病菌對人體健康的威脅。因此，在空調(diào)冷卻水系統(tǒng)中，具有很好的應(yīng)用前景
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