臭氧冷却水处理.docx

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臭氧冷却水处理

冷却塔循环冷却水专用臭氧处理系统

一、概述：

用臭氧处理循环冷却水在国外始于７０年代末，当时，美国环保署发现使用氯消毒会产生多种致癌的氯化有机物，因而限制循环水使用氯消毒，这直接促进了臭氧在美国循环水处理中的的应用。

臭氧作为水处理剂，具有操作简单，杀菌能力强，排污量少，既能节水节能，又不用调节水的ｐＨ值，不存在二次污染等优点，对循环水的缓蚀、阻垢、杀生等方面均有良好的效果。

我国卫生部门颁布的法规中对臭氧的杀菌作用作了明确的肯定：

臭氧是一种广谱杀菌剂，它可杀灭细菌繁殖体和芽胞、病毒、真菌等，可破坏肉毒杆菌毒素。

臭氧在水中的杀菌速度较氯快1000倍。

而且臭氧使用后，会自己消失的无影无踪，变成氧气，不像其他化学消毒剂那样，还会有残留，这种化学消毒剂的残留，会对我们生活的环境造成很严重的污染。

1.臭氧处理冷却塔循环水原理

（１）臭氧阻垢：

循环冷却水系统中的水垢，是溶于水中的盐类物质由于不断蒸发浓缩而结晶析出形成水垢。

一般认为，臭氧不具备分解水垢的能力，但ＤＯＥ（美国能源部）和ＮＡＳＡ（美国国家航空航天局）的研究表明，臭氧具有阻止水垢生成的能力，使用臭氧，水中的总溶解固体可达到１７００ｍｇ／ｌ，硬度可达到７２４ｍｇ／ｌ（以ＣａＣＯ３计）而不结垢，这是常用阻垢剂所不能比拟的。

其原因可能是微量硝酸的生成及臭氧具有使碳酸盐向重碳酸盐方向移动的能力。

（２）臭氧防腐蚀：

通常认为臭氧是一种强氧化剂，因而具有腐蚀性，但研究及应用表明，臭氧具有防腐蚀性，臭氧抑制腐蚀的机理与铬酸盐缓蚀剂的机理大致相似，主要原因是由于臭氧分解后产生的活泼的原子氧与亚铁离子反应后，在阳极表面上形成一层含γ－Ｆｅ２０３的钝化膜，对金属具有良好的保护作用。

ＮＡＳＡ的研究表明，使用臭氧后，循环冷却系统中钢铁的腐蚀速度为标准要求的１／２～１／３。

（３）臭氧杀生：

臭氧是最强的氧化型杀生剂，是公认的高效无污染杀生剂，在０．１ｐｐｍ的浓度下，即可有效杀灭病毒及细菌，并能有效地控制循环水中微生物的生长，减轻生物污垢及其引起的垢下腐蚀。

同时，能氧化垢层基质中的有机物成分，使垢层失去粘结剂变松脱落，从而起到除垢的作用。

二、工业冷却循环水现状

1、腐蚀——缩短设备寿命

众所周知，在使用化学药剂对工业循环水进行处理的过程中，药剂本身的强腐蚀性给工业机组带来不可避免的腐蚀，减少了设备的使用寿命。

《工业循环冷却水处理规范》（GB50050－2007）将碳钢设备的腐蚀速率设定为“应小于0.075mm/a”，将延长设备使用寿命1.67倍，降低设备折旧率，延长检修周期。

在修订稿征求意见时，有的药剂生产厂家提出，碳钢腐蚀率0.075mm/a不易做到，希望降低到0.1mm/a，这一标准的制定主要是根据中石化、中石油、化工等行业的标准和企业运行数据，说明现有的水处理技术是完全可以达到的。

提意见的厂家也表示，不是做不到，而是具有一定难度，规范的制订就是要有一定程度的先进性，并且经过努力可以做到的，这才体现规范推动技术发展的作用。

循环冷却水对换热设备的腐蚀，主要是电化腐蚀，产生的原因有设备制造缺陷、水中充足的氧气、水中腐蚀性离子（Cl-、Fe2+、Cu2+）以及微生物分泌的黏液所生成的污垢等因素，腐蚀的后果十分严重，不加控制极短的时间即使设备报废。

2、结垢——浪费能源

循环冷却水系统中，管道内外结垢的成分是钙盐和镁盐；另外，循环水适宜的温度、不洁的空气、被阳光直射的集水池等因素，极其有利于细菌、微生物的繁殖并形成生物膜。

这些无机物和有机物，会沉积在加热的表面上，结垢越厚，热效损失就越大。

如下表所示

结垢厚度（mm）

0.15

0.3

0.61

0.84

1.22

热效损失（％）

5.3

10.8

21.5

32.2

43.0

3、排污——浪费水资源

目前，工业冷却循环水普遍在浓缩倍数3-4的状态下运行，与浓缩倍数6-10状态相比，水资源浪费巨大。

4、化学药剂——污染环境

工业冷却循环水普遍使用化学药剂进行杀菌、阻垢、缓蚀。

强酸、强碱化学品随污水排放，污染大气环境和水源。

三、根据美国等采用臭氧技术处理冷却塔循环水的经验，具有如下优点:

1、防腐缓蚀:

臭氧在酸性条件下是一种强氧化剂，金属与臭氧反应在金属表面形成一层氧化膜，它能使金属钝化。

金属表面吸收氧或臭氧影响两层的电极电位差，能抑制金属的溶解趋势。

使用臭氧技术进行工业循环水优化管理，可以克服因添加药剂杀菌除垢给工业机组带来的强酸腐蚀。

根据德国MG公司试验室数据显示，臭氧对碳钢的腐蚀率为0.037mm/a，根据国家标准计算，可延长设备使用寿命超过2倍，这是加药除垢所不可能达到的效果，远远低于国家制定的规范，可见臭氧技术的先进性。

按延长设备寿命2倍，即意味可给使用单位节约每年几十万元的折旧成本，仅此一项，即可当年收回循环水优化管理的投资。

2、除垢节能

在温热的循环水中，藻类、粘泥和细菌就会繁殖。

有些细菌对人类是有害的，如军团杆菌。

细菌能产生多糖，把自己贴向金属表面，当细菌死后，它们所保留的化学成分将发生氧化而形成粘蛋白或蛋白质化合物沉积在金属表面，形成粘性物质，这是引起结垢的起源。

臭氧同冷却水中的有机碎片和微生物反应形成氧化物，而生成的氧化物又与其它污染表面和结垢的微生物发生反应，攻击生物细胞膜，使其脱落，垢污失去附着物而实现无垢。

《工业循环冷却水处理规范》中载明，水垢由于循环冷却水在冷却过程中不断地蒸发，使水中含盐浓度不断增高，超过某些盐类的溶解度而沉淀。

常见的有碳酸钙、磷酸钙、硅酸镁等垢。

水垢的质地比较致密，可以防止对金属面的腐蚀，但是却大大的降低了传热效率，0.6毫米的垢厚就使传热系数降低了17.9％，能源增加率21％。

使用化学药剂进行除垢，仍需定期清洗，说明对垢的形成只有延缓作用，使用臭氧技术对工业循环水进行优化实现无垢，那么保守按垢厚平均值计算，可以提高传热系数9％，节约能源10％。

由此可见，使用臭氧技术进行循环水优化管理，不仅给企业带来经济效益，同时也给国家节省了大量能源。

3、环保减排

本次《工业循环冷却水处理规范》（GB50050－2007）修订将浓缩倍数从3提高到5，节水效果是很明显的，根据计算节水效果可提高0.4个百分点，到2010年全国总用水量可达6000亿m³，其中工业用水为20％，而循环水补充水则占工业用水70％，以此计算，每年可节水140亿m³，相当于北京市（34.5亿m³）4年的用水量。

提高浓缩倍数，是工业循环水减排的关键，但由于技术等实际情况的钳制，无法实现高浓缩倍数排放

现用的投药方式浓缩倍数多在3-4，低于国家规范，而使用臭氧技术进行循环水优化管理可以使浓缩倍数达到10以上，这正符合国家提高浓缩倍数排放的号召。

减少排放即减少补充水，给企业减少了水费开支，也为国家节水做出了贡献。

同时，经过臭氧技术进行循环水优化管理排放的，无化学污染，ph值大于7，因为臭氧作用于水，还原于水，杂质与水剥离，实践证明，冷却塔内循环水在高浓缩倍数下仍清澈见底，排放水可以直接作为中水回用。

在投放化学药剂进行除垢过程中，冷却塔周围挥发的化学成分对人体是有毒害的，排放到大气中也是污染的，而采用臭氧技术进行处理，释放出的是还原的氧气，对人体无害，对大气没有污染。

同时，如果臭氧替代了化学药剂，还可每年可节约大量药剂费用。

因此，工业用户循环水优化管理后，预计当年节约的工业折旧费、水费、电费、药费可达几十至数百万元。

臭氧技术进行循环水优化管理，臭氧能有效地维护冷却塔，延长工业机组使用寿命给企业带来经济效益。

冷却水的PH值趋向中性或弱碱性水的导电率明显增加，任何存在的结垢层将脱落。

而且不再结垢微生物急剧减少腐蚀率将减少一半，冷却塔将会有效和经济节能地运行。

不需加其他化学物质，减少甚至不需要排污，节水环保。

是响应国家节能减排，绿色环保的新科技产品。

4.投资可在６～１８个月内收回。

（1）.由于臭氧是现场制造，只使用电及空气�可实现自动控制，不需要储存和投加药品，因而可节约操作及管理费用５０%以上；

（2）.根据美国的调查数据，根据不同的操作水平，使用臭氧后，平均节能５%。

如有３台６５０冷吨的空调机组，每台机组功耗约为６５０ｋｗ，按节电５%计算，每天节电７８０度，每月节电为２３４００度，节约药剂费用３０００元以上，节约水费３０００元以上，每台机组每月至少节约运行成本２万元以上。

臭氧处理冷却塔循环水技术在国外得到了广泛的应用，我们在深圳市罗湖海关空调循环水系统中使用了该技术，已成功运行了6年。

４．旁滤系统的应用:

由于冷却塔循环冷却水实际上是在对大量的空气进行清洗，水的浊度很高，影响设备传热及水的利用效率，故国外要求在系统上增加一个旁滤罐以保证水质的清洁，而实践证明这一措施非常有效，使用旁滤罐，效果非常明显，让水质清澈无垢。

５．臭氧浓度控制方法:

臭氧浓度自动调节恒定功能：

我公司臭氧发生器特别设计臭氧浓度自动调节恒定功能，当4-20Ma，可以控制臭氧浓度在设定的范围内；例如：

和普罗名特（OZE3-mA-2ppm型DULCOMETERDIL测量控制仪表0-2ppm）配合使用时，根据臭氧测量控制仪表输出的信号，臭氧发生器自动调节臭氧产量，因此可以使臭氧浓度保持在设定的范围内。

大环臭浓度自动恒定系统在提升和保障客户产品质量等多方面的应用都有极大的实用价值。

在循环水中使用臭氧非常简单，只需将臭氧投加到集水池中即可，其浓度可通过ＯＲＰ臭氧浓度监控仪自动调节。

四、化学处理循环水与臭氧处理循环水效果对比:

化学药剂处理的循环水臭氧处理的循环水

化学药剂处理的热交换器臭氧处理的热交换器

五.冷却塔循环冷却水专用臭氧处理系统:

系统总体描述

1.主系统由无油空气压缩机，冷却系统、氧气发生器和过滤器，以及专用臭氧处理系统组成.

2.控制部分由电控柜以及ＯＲＰ臭氧浓度监控仪组成.

3.气液混合部分由多级泵和混合器组成。

4.整体系统组成见------系统流程图:

混气单元

冷却水

5、主机系统设备特点：

主机系统:

采用产品性能优越，效率高，运行可靠空气压缩机，压缩气体经主管到过滤后，，经冷却系统后进行深度除水，再经过PSA变压吸附后成为合格的氧气气源。

合格的氧气气源进入臭氧发生器，在臭氧发生器的高频高压电场内，空气中的部分氧气电离成臭氧，产品气体为臭氧化气体.。

1、强力臭氧发生器SOZ-YOW-G系列采用耐高温钛HQG非玻璃结构放电单元（已在中国申请多项专利），该结构使用极其稳定、使用寿命长，具有放电效率高、遇回水不易损坏等特点；

2、设备内部由医用无油空压机、专业热交换器、精密过滤器、自动排水器、PSA制氧系统、强力臭氧发生单元、智能控制系统七大部分组成；

3、多个故障点监测功能，主板温度检测、高压包温度检测、冷却水温度检测、PSA系统气源温度检测、臭氧发生管回水检测等，系统检测到故障后，设备停止运行，控制面板上相应的故障灯亮；

4、臭氧发生量无极可调；

5、标准4~20mA信号接入口（臭氧行业首创），设备的臭氧发生量可由外部各类检测仪自动精确控制，该技术为臭氧行业首创，世界领先；

6、电路主部件为西门子产品（IGBT、IGBT模块）；

7、PSA五通阀为日本SMC原装进口；

8、内有二组制氧剂发生器单元自动循环工作；

9、该系列产品以美国进口沸石分子筛为吸附剂，用变压吸附法（PSA）将空气中的氧气与氮气分离，并滤除空气中的有害物质，从而获取符合医用氧标准的高浓度氧。

PSA氧气产生设备为您提供纯度85%±5的氧气满足各方需求，安装和运行费用远低于瓶装或液化氧气；

10、以空气为原料，不需任何辅料，耗电小，制氧成本低；

11、性能稳定，全套气路均为低压系统，运行安全可靠；

12、氧流量可调，供氧量大，噪音低；

6、主机系统设备组成：

两组氧气发生器单元（美国UOP制氧分子）、电磁阀（日本SMC，台湾产AIRTAC）、切换板、气水分离器、无油空气压缩机。

臭氧发生器单元、不锈钢外壳、电流表、台湾产150风扇、气体流量计、臭氧调节旋钮等。

7.冷却塔循环冷却水专用处理系统KD-YOW-100型详细参数:

型号

项目

KD-YOW-100

产品图片

处理循环冷却水水量，T/h

≥100

总耗电量，kW/h

≤1.8

工作压力，Mpa

0.05-0.20

工作方式

连续运转

处理调节范围，%

10-100

故障报警

1.无臭氧报警；2.回水报警；3.机器故障报警；4.过温报警并停机保护；5.强力臭氧发生装置；6.臭氧浓度无级可调

发生器控制方式

手自动,无人值守

臭氧发生器自动接收端口

4-20mA

工作气量，L/h

400-450

工作环境温度，℃

0-40

工作环境相对湿度，%RH

≤90

冷却水流量，m3/h

0.1-0.2

系统使用电源

220V/50HZ

材质

304L不锈钢喷塑

外形尺寸,mm

500*600*1400

出入口管径

4分

净重，kg

75

附注：

广州市大环臭氧设备有限公司经过十几年发展，产品远销欧美、亚太、非洲等地区，产销量在国内外领先，主导臭氧行业。

大环积极推广臭氧技术的应用，臭氧设备服务于多个行业并取得可喜成绩。

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以饮料行业为例，我公司为康师傅、统一企业、农夫山泉、可口可乐、百事可乐、怡宝、汇源果汁、今麦郎、乐百氏、天地一号、健力宝、北大荒国水等众多知名企业提供设备及应用技术服务，众多知名企业指定或专用大环臭氧为唯一国内品牌。

仅康师傅全国各地约130多家分厂就全部采用大环臭氧设备---计约300余台中型臭氧设备.最近北大荒国水也全部采用大环臭氧的多套臭氧设备，农夫山泉近年每年都采购约10余套中型臭氧设备，可口可乐、百事可乐除国内采用大环臭氧设备外，其东南来几家分装厂也陆续采用采用大环臭氧设备，大环臭氧在国内知名饮料行业居有前所未有的垄断地位，市场占有率在90%以上.