臭氧在循环冷却水处理中的应用

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摘要：介绍了循环冷却水的水质特点及其在循环过程中产生的问题，探讨了臭氧用于处理循环冷却水的杀菌、阻垢和缓蚀的机理。对臭氧处理循环冷却水的三种方法，即臭氧处理法，臭氧与磁化联合处理法，前期预膜加臭氧、磁化联合处理法进行了分析与比较。通过总结三种方法的实验结果，得出三种方法均起到杀菌、阻垢、缓蚀的作用，其中前期预膜加臭氧、磁化联合处理法的处理效果最佳。

关键词：臭氧； 循环冷却水； 杀菌； 阻垢； 缓蚀

中图分类号：P421文献标识码： A

1前言

冷却水循环之后，由于浓缩倍数的不断提高，水中的Ca2+、Mg2+等离子，溶解固体和悬浮物都相应增加，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中，这样不仅使循环水水质恶化，而且使循环水系统的腐蚀、结垢和生物污染成为三个突出的问题。由于传统的化学处理法带来了很大的经济、环境问题，因此，人们一直在努力寻找更高效的对环境无毒害的新型水处理药剂。臭氧是一种强氧化剂，它在预处理和深度处理技术中有着广泛的应用。

2臭氧作用的机理

2.1臭氧杀菌机理

臭氧的氧化能力仅次于氟，而比氯强5.1倍，比二氧化氯强3.7倍。臭氧杀菌主要是靠其分解后产生的新生氧的氧化能力。臭氧首先与细胞壁的脂类双键起反应，穿破胞壁进入细胞内，作用于外壳脂蛋白和内面的脂多糖，使细胞的通透性发生改变，最后导致细胞融解、死亡[3]。根据英国 Roy 等人的研究报告，臭氧能够破坏病毒衣壳蛋白的四条多肽链并使 RNA 受损。Kim等人报告[4]，臭氧作用过程中可使噬菌体中的 RNA 被释放，电镜观察可见噬菌体被断裂成小的碎片。

2.2 臭氧阻垢机理

在循环冷却水系统中加入臭氧，由于臭氧与能和Ca2+发生络和作用的物质发生氧化还原反应，使这些物质的醛基和羧基的总数增加，使水对钙的络和能力增加，致使水中的Ca2+浓度增加，从而有一定的阻垢作用。另外，臭氧能氧化冷却水中的有机物，生成二氧化碳，使水溶液中的二氧化碳浓度增加，从而使碳酸钙转化为碳酸氢钙，使冷却水中的Ca2+浓度增加，产生阻垢作用 [5]。

3 臭氧处理循环冷却水的应用研究

臭氧处理循环冷却水国外研究较多，70年代末，把臭氧用于循环冷却水的处理在国内是新的尝试，在实际应用方面还较少。为了证实臭氧对冷却水的作用效果，李松田[7] [8]等人在1997～2005年进行了三种臭氧处理循环冷却水的动态实验，即臭氧法，臭氧与磁化联合法和前期预膜加臭氧、磁化联合法。

3.1实验概况

李松田[7]～[10]等人在实验方案设计中采用的三种臭氧处理循环冷却水方法，分别为：

（1）臭氧法是向贮水池中连续投加臭氧，保持剩余臭氧浓度为0.03～0.05 mg/L。

（2） 臭氧与磁化联合法是在臭氧处理系统换热器前的管路上安装0.4T的磁力阻垢器，其余同臭氧法。

（3）前期预膜加臭氧、磁化联合法是用200 mg/L的Na2MoO4进行预膜，同时在贮水池中投加臭氧，保持剩余臭氧浓度为0.03～0.05 mg/L，5天后将预膜剂换作冷却水，0.4T的磁力阻垢器安装在换热器前的管路上。

三种实验的工艺流程见图1，对于处理系统流程中没有阻垢器的情况，冷却水由循环泵直接到流量计。

3.2实验结果

3.2.1水质分析

李松田[7] [8]等人对三种方法的循环水和补充水的水质进行了常规分析，实验用水为某石化公司生产用水。多次实验的水质分析结果总结见表1[7]～[10]。

表1运行过程水质分析

3.2.2热阻分析

李松田等人的热阻试验是根据试前准备、开车、正常运转、停车及试后处理均按中石化总公司生产部执行的方法进行，系统稳定4h后，每隔30min记录一次循环水进、出口温度共8次，用以计算清洁管热阻。之后每隔4小时记录一次进、出口温度和换热器内温度，以计算瞬时污垢热阻。试验结束后绘制瞬时污垢热阻曲线并从中求得极限污垢热阻，结果见表2[7]～[9]。

表2实验管污垢热阻

3.2.3结垢和腐蚀情况

李松田等人的臭氧实验对结垢和腐蚀的测试，采用实验前后测量试验管的长度、体积和质量，按GB5776方法对试验管进行检测。按标准方法[11]计算粘附速率、腐蚀速率，结果见表3[7]～[10]。

表3动态实验试管结垢和腐蚀情况

4结语

通过臭氧在循环冷却水中的试验，得出如下结论：

（1）臭氧是一种强氧化剂，使用臭氧处理循环冷却水能有效地杀灭细菌和藻类，能氧化垢层基质中的

有机物成分，致使水中的Ca2+浓度、二氧化碳浓度增加，从而产生阻垢作用。

（2）单独处理循环冷却水时，臭氧有一定的阻垢和缓蚀作用，极限污垢热阻接近工业允许值；臭氧与

磁化联合处理时阻垢率和缓蚀率都较高，极限污垢热阻已达到允许值，二者可以发挥协同作用；前期预膜加臭氧、磁化联合处理法的极限污垢热阻均达到“好”的等级，阻垢率和缓蚀率最高，预膜对防止腐蚀可发挥较大作用，此方法处理效果最好。

参考文献：

[1]Ogden. M.Ozonation today[J].Industrial Water Engineering,1970,7(6):36-42

[2]李树玲,张鸿涛,王占生.利用臭氧处理循环冷却水的研究[J]. 给水排水,1995,6:18-20

[3]张林华,曲云霞.臭氧法水处理在空调冷却水系统中的应用[J].暖通空调,2002, 32(4): 110-111

[4]羊 蕾,耿世彬.军团菌与空调系统的运行维护[J].洁净与空调技术,2004,2:27-31

[5]Baldwin L V, et al. 46th Annual Meeting,International Water Conference ,Pittsburgh ,PA,1985 :36

[6]孙,孙慧丽,张承慈,等.臭氧在循环冷却水中缓蚀作用的研究[J].化工环保,2005,25(3):185-187