中央空調(diào)高濃縮倍數(shù)水處理技術(shù)的研究及應(yīng)用

張慧敏，梁遂芳

(河南省化工研究所有限責(zé)任公司，河南鄭州 450052)

中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)是由冷卻水循環(huán)泵、管道、冷卻塔、制冷機(jī)組冷卻器和集水池等組成的敞開式回路系統(tǒng)，其顯著特點(diǎn)是保有水量與循環(huán)水量比非常小，在短時(shí)間內(nèi)冷卻水的濃縮倍數(shù)會(huì)迅速增高，所以，冷卻水系統(tǒng)除存在菌藻、腐蝕嚴(yán)重外，其突出問題就是結(jié)垢嚴(yán)重，因此，采用科學(xué)、有效的方法對(duì)中央空調(diào)高濃縮倍數(shù)循環(huán)水系統(tǒng)進(jìn)行水處理研究非常重要［1］。本文結(jié)合鄭州地區(qū)水質(zhì)特點(diǎn)，通過靜態(tài)、腐蝕掛片、動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)，研究制備出一種適合于高濃縮倍數(shù)運(yùn)行的新型低磷水質(zhì)處理藥劑，磷含量≤6%(以P計(jì))，經(jīng)中央空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用，效果良好。

1 水質(zhì)分析及水處理劑的研究

1.1 補(bǔ)充水水質(zhì)和系統(tǒng)水質(zhì)特點(diǎn)

鄭州地區(qū)中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)充水通常采用市政水自來，水質(zhì)分析見表1。利用朗格利爾(Langelier)和雷茲諾(Ryznar)穩(wěn)定指數(shù)對(duì)該水質(zhì)進(jìn)行水質(zhì)類型判斷［2］。

表1 補(bǔ)充水水質(zhì)指標(biāo)

朗格利爾提出以水的實(shí)際pH值與其飽和pHs的差值(飽和指數(shù)LSI)來判斷水垢的析出，即LSI=pH－pHs，LSI＞0時(shí)，CaCO3垢會(huì)析出，這種水屬于結(jié)垢性水質(zhì);LSI＜0時(shí)，不會(huì)析出CaCO3垢，這種水屬于腐蝕性水質(zhì);LSI=0時(shí)，不腐蝕也不結(jié)垢，這種水屬于穩(wěn)定性水質(zhì)。

雷茲諾提出用2pHs－pH的差值(穩(wěn)定指數(shù)RIS)來判定水質(zhì)性能，即RIS=2pHs－pH，RIS＜3.7時(shí)，嚴(yán)重結(jié)垢;3.7 ＜RIS＜6.0 時(shí)，結(jié)垢;RIS=6.0時(shí)，不腐蝕不結(jié)垢;RIS＞6.0時(shí)，腐蝕。以鄭州地區(qū)自來水為補(bǔ)充水，在一定溫度和不同濃縮倍數(shù)情況下，補(bǔ)充水的腐蝕與成垢趨勢判斷如表2所示。

表2 水質(zhì)類型判斷結(jié)果

1.2 水處理藥劑的選擇

根據(jù)水質(zhì)類型判斷結(jié)果，補(bǔ)充水為腐蝕性水質(zhì)，隨著濃縮倍數(shù)的提高，水中濁度、鈣鎂及鐵離子、生物黏泥等濃度不斷增加，結(jié)垢趨勢越來越大，但水中腐蝕性離子的濃度也隨著濃縮倍數(shù)的提高而升高，腐蝕問題依然存在，所以，在確定水處理藥劑及水處理方案上，一定要嚴(yán)格控制結(jié)垢，同時(shí)，要兼顧緩蝕、殺菌滅藻。在水處理藥劑配方篩選時(shí)，要確保其在高濃縮倍數(shù)條件下，產(chǎn)品具有優(yōu)良的緩蝕阻垢性能。另外，中央空調(diào)一般性的緩蝕阻垢劑磷含量較高，不易降解，直接排放常常會(huì)引起水體富營養(yǎng)化，因此，在水處理藥劑的選擇上，必須考慮環(huán)境保護(hù)問題，盡量選擇低磷或無磷環(huán)保型水處理藥劑［3］。

針對(duì)嚴(yán)重結(jié)垢型的中央空調(diào)冷卻水系統(tǒng)，控制濃縮倍數(shù)在4.0～6.0條件下，通過靜態(tài)阻垢、旋轉(zhuǎn)掛片及動(dòng)態(tài)模擬等大量試驗(yàn)研究，最終確定了以聚天冬氨酸、低膦有機(jī)物2－膦酰基丁烷－1，2，4三羧酸(PBTC)、丙烯酸共聚物、鋅鹽、銅緩蝕劑等為循環(huán)水系統(tǒng)緩蝕阻垢劑的有效成分，制備出了一種新型低磷水處理劑，產(chǎn)品總磷含量≤6.0%(以P計(jì))，經(jīng)在中央空調(diào)循環(huán)水系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明:該水處理劑緩蝕阻垢效果良好，而且循環(huán)水排污水中磷含量＜1.0 mg/L(以 P計(jì))，符合國標(biāo) GB8978－1996(二級(jí))排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 試驗(yàn)研究及結(jié)果

2.1 靜態(tài)阻垢性能

試驗(yàn)方法參照GB/T16632－2008《水處理劑阻垢性能的測定碳酸鈣沉積法》。試驗(yàn)用水為現(xiàn)場補(bǔ)充水，配水至濃縮倍率為 4.0倍，ρ(Ca2+)=295 mg/L，ρ()=345 mg/L，80℃恒溫12 h后，用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定試液中Ca2+濃度，計(jì)算阻垢率。

表3 靜態(tài)阻垢試驗(yàn)結(jié)果

從表3試驗(yàn)結(jié)果可知，在水處理劑投加濃度低的情況下，阻垢效果較差，隨著水處理藥劑投加量的增加，阻垢率越來越大。當(dāng)藥劑加量超過10 mg/L以后，阻垢率可以達(dá)到95%以上。

2.2 旋轉(zhuǎn)掛片腐蝕試驗(yàn)

根據(jù)《水處理劑緩蝕性能測定，旋轉(zhuǎn)掛片法》(GB/T18175－2000)的試驗(yàn)方法，對(duì)藥劑的緩蝕性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)用水為現(xiàn)場補(bǔ)充水，試驗(yàn)水溫45℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min，濃縮倍數(shù)5.0，時(shí)間90 h，藥劑投加量為15mg/L，腐蝕率計(jì)算公式:

腐蝕率 =8.76×104×△W/A·T·D

公式中:8.76×104，計(jì)算常數(shù);△W，試片失重，g;A，試片表面積，cm2;T，試驗(yàn)時(shí)間，h;D，試片材質(zhì)密度，g/cm3。

表4 掛片腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

由表4試驗(yàn)結(jié)果可以看出，水處理劑具有良好的緩蝕性能，腐蝕率遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB50050－2007要求(不銹鋼和銅材腐蝕率≤0.005 mm/a，碳鋼 ＜0.075 mm/a)。

2.3 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)

試驗(yàn)用水為循環(huán)水系統(tǒng)現(xiàn)場補(bǔ)充水，進(jìn)水溫度(32±0.5)℃;加熱蒸汽為常壓飽和蒸汽溫度;循環(huán)水流速 1.0 m/s;Ca2+濃度 165 ～450 mg/L，濃度180～550 mg/L;藥劑添加濃度15 mg/L;實(shí)驗(yàn)時(shí)間450 h。試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5 動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)結(jié)果

由表5可以看出，水處理劑的緩蝕阻垢性能良好，達(dá)到GB50050－2007技術(shù)要求(銅材及不銹鋼腐蝕率≤0.005 mm/a，碳鋼腐蝕率 ＜0.075 mm/a);污垢粘附速度≤15 mg/(cm2·月)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

將中央空調(diào)循環(huán)冷卻水濃縮倍數(shù)控制在4.0～6.0，水處理藥劑投加量控制在10～15 mg/L，對(duì)運(yùn)行中總磷進(jìn)行檢測［4］，總磷(以 P 計(jì))≤1.0 mg/L。對(duì)中央空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)水質(zhì)腐蝕及結(jié)垢情況進(jìn)行日常監(jiān)控，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行4個(gè)月，阻垢率大于95%，碳鋼、不銹鋼和銅材腐蝕率遠(yuǎn)低于GB50050－2007要求。停機(jī)檢修時(shí)，打開制冷機(jī)組前后端蓋進(jìn)行檢查，銅管內(nèi)壁光滑，無腐蝕和結(jié)垢現(xiàn)象。

［1］文 強(qiáng)，王延生.中央空調(diào)系統(tǒng)水處理技術(shù)淺論［J］.清洗世界，2005，21(5):26 －30.

［2］華東建筑設(shè)計(jì)院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京;中國建筑工業(yè)出版社，1983:306－308.

［3］雷玲，俞斌.低磷高效水處理劑研究進(jìn)展［J］.化工時(shí)刊，2004，18(12):22 －24.

［4］鄭淳之，梅 建.水處理劑和工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分析方法［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2000:214－217.