一．簡述
水，迄今我們所知道的各種生命都離不開水。
水的化學分子式----H 2 O，指的就是一個氧原子和兩個氫原子相結合，形成了一個水分子。雖然看起來很簡單，但水卻具有許許多多其它物質所無法比擬的特性， 而正是這些特性，使得迄今我們所知道的各種生命得以生生不息。
1 ．1 水的一些特性：
○水蒸氣含有相當高的能量。
○水比其它物質能夠吸收或釋放更多的能量。
○水受凍結時體積膨脹，密度變小。
○在自然環(huán)境中，水是唯一能夠呈現三態(tài)的物質：固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。
我們很容易看到水在三態(tài)之間的相互轉化：受凍、液化和蒸發(fā)。此外，自然界中水的蘊含量非常豐富，容易運輸，當然，還非常價廉。
其實，水還具有許多不為常人所知的特性。譬如，水被稱做“
萬能溶劑”，因為它幾乎能夠溶解一切物質（大峽谷就是一個很好的例子）。凡是水接觸到的物質，總是能夠在水中或多或少的找到這些物質的痕跡。當水溶解巖石時，溶解下來的礦物質就隨著水流抵達它們最后的目的地—循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中。
即使水沒有溶解巖石，水中不含有礦物質，水中依然有氧氣、氮氣和二氧化碳等氣體的少量溶解成分，同樣會造成麻煩。
所有的水源---自來水、井水、湖泊水和江河水，均含有各種各樣會造成各種熱交換設備腐蝕、結垢或堵塞的雜質。對用水來進行加熱和冷卻的用戶來講要特別注意如下三種類型的雜質：
○ 溶解氣體：(特別是氧氣)是引起腐蝕的主要原因。
○ 溶解固體：引起結垢，并有可能導致腐蝕。
○ 懸浮固體：引起腐蝕和結垢，并有可能導致堵塞。
水常常又分為地下水和地表水兩種形式。地下水，顧名思義，指的就是滲透到地面以下的水，礦物質的含量往往很高。井水一般歸類為地下水。地表水的概念則非常廣泛，常見的形式如江河湖泊中的水。地表水的礦物質含量較低，但溶解氣體和懸浮固體的含量較高。
通常情況下，地表水質量隨季節(jié)變化的程度比地下水大。
1．2 為什么利用水來傳輸熱能
因為水不但能夠吸收大量的熱能，而且相當價廉，同時還非常容易汲取和運輸。譬如：鍋爐用水產生蒸汽，熱水加熱，水源熱泵的單體環(huán)路，工業(yè)流程中循環(huán)冷卻水的冷卻，以及建筑物保暖、通風和空調。
1 ．3 水處理的歷史回顧
水處理的最早應用可以追溯到蒸汽機時代，當時人們開始在鍋爐上使用化學藥品以抑制水垢和腐蝕。在二次大戰(zhàn)之前，則出現了專門的維護人員進行系統(tǒng)的除垢保養(yǎng)以及更換零件等工作。
二戰(zhàn)結束后至五十年代期間（中國在六十年代初），隨著工業(yè)和研究領域的迅速發(fā)展，人們對冷卻能力的要求越來越高，因而對水處理的要求也日益迫切。同時發(fā)現適當的水處理非常合算有效。
當時最時興的水處理技術是：使用酸抑制礦物質的沉淀生成，同時搭配含重金屬鉻酸鹽或鋅等的緩蝕劑來抑制腐蝕。然而，酸、鉻酸和鋅雖然能夠保護設備，但使用起來卻有很多問題。酸不僅對人員有危險，事實上，過量的酸還會腐蝕系統(tǒng)設備。這樣的水處理方法要求維護人員必須定時監(jiān)控系統(tǒng)設備，而許多企業(yè)無法提供專職的水處理人員負責這項工作。
到了七十年代，基于廉價能源的短缺，政府部門開始要求對環(huán)境進行保護，并出臺限制使用酸、鉻酸鹽和鋅的措施，這對水處理行業(yè)來說既是機遇又是難題。機遇，是因為人們已經意識到水處理提高效益的重要性；難題，是因為必須發(fā)展更為先進的水處理技術。
從整個八十年代至進入九十年代，水處理產品面臨的限制日益苛刻，龍其是生物殺菌和腐蝕抑制劑。
二．為什么要進行水處理？
為什么要進行水處理？答案其實很簡單。我們已經知道大多數的冷卻和加熱系統(tǒng)都在使用水在工業(yè)流程或空調系統(tǒng)進行熱量傳遞。由于水用于熱量傳遞過程，從而使循環(huán)水進行循環(huán)的設備和系統(tǒng)管道就非常容易滋生下列問題：
水垢故障
設備腐蝕
淤泥殘渣
微生物粘泥
消除或減小上述問題，無疑會提高冷卻和加熱系統(tǒng)的運行效率，減少設備的
維護開支和節(jié)約能源支出。
水處理的必要性：水處理的必要性：冷熱交換設備的形狀各式各樣，大小也不盡相同。無論是大樓里較小的中央空調系統(tǒng)，還是軋鋼廠、煉油廠丶發(fā)電廠等較大的冷卻和加熱系統(tǒng)，它們的工作運行原理基本上是一樣的。
為了更好地了解水處理的重要性，接下來將講述水系統(tǒng)的工作原理，及結垢、腐蝕丶淤泥殘渣及微生物粘泥對系統(tǒng)設備的危害，以及我們水處理藥劑是如何消除這些這些危害的。
首先，讓我們先來看看與冷卻和加熱系統(tǒng)用水相關的這些危害,是如何定義的。使用水處理藥劑消除這些危害后,將會提高系統(tǒng)的運行效率，從而減少因設備損壞進行停機檢修的巨額費用支出。
| 危害 |
定 義 |
| 結垢 |
附著在冷卻水系統(tǒng)各種熱交換設備表面上,如巖石般一層沉積物 |
| 腐蝕 |
系統(tǒng)設備與水長期接觸的金屬表面,由于電化學反應丶 PH、氧氣、或受快速水流的侵蝕而產生的變質現象。 |
| 淤泥殘渣 |
由補償給水或化學反應帶來的爛泥、塵埃、砂礫等的沉積，在冷卻塔中，由于循環(huán)水和空氣對流，而帶入的爛泥、灰塵和砂礫。 |
| 微生物粘泥 |
冷卻水由于暴露在空氣中給微生物的繁殖提供便利，繼而引發(fā)水質腐敗、管道堵塞和設備腐蝕的不良后果。 |
2．1 水垢故障
溶解在水中的雜質稀溶液中，呈離子丶絡離子丶單分子狀態(tài)，在過飽和溶液
中，由數個數十個分子集聚生成晶核，慢慢結晶而析出，層積后便形成了水垢。
如下圖：
水垢的生成主要受下面因素的復合影響：
1、 雜質的多少
2、 雜質的類型
3、 水的溫度
4、 水的PH值
下面讓我們詳細談談每個因素是如何影響結垢的生成的。
2．1．1 雜質
其實，無論水中的雜質屬何類型，只要雜質的量足夠多，就會析出形成水垢。
打個比方：慢慢地往一杯咖啡里添加方糖，你會注意到起初方糖全都能夠溶解在咖啡里，然后任由你添加多少方糖，它們卻再也無法溶解掉。這同鍋爐和冷卻塔中的溶解性固體最后形成沉淀析出的道理是一樣的。
雖然溶解在水中的雜質有許許多多種，各自的數量也會因季節(jié)的變化不盡雷同，但我們目前所關心的只有幾種：硬度（鈣和鎂）、鐵、堿度（碳酸氫鹽和碳酸鹽）、硫酸鹽、及二氧化硅。通常一些大型的循環(huán)水系統(tǒng)在補償給水前，都會對補償給水進行預處理，以消除或減少其中的雜質如硬離子和溶解氧等。碳酸鈣是最為常見的一種結垢。這是因為
碳酸鈣在熱水中的溶解度比在冷水中的溶解度小碳酸鈣在熱水中的溶解度比在冷水中的溶解度小，這種現象又稱“逆溶解”現象，這也是為什么碳酸鈣總是最先在冷卻塔或熱交設備的最熱表面結垢的原因。
我們不妨再看看另外一個例子：端一杯熱茶和一杯冰茶來作溶解試驗。你會發(fā)現熱茶比冰茶能夠溶解更多的方糖或許多其它物質，但是，碳酸鈣片恰恰相反，它在冰茶中的溶解度比熱茶中的溶解度大。
在某些地區(qū)，原生水里的二氧化硅含量較高，極易生成二氧化硅結垢。以往對這種結垢的方法主要是想方設法限制進入循環(huán)水系統(tǒng)?，F在，已經開發(fā)先進的水處理品配方，即使冷卻塔和冷凝器中的二氧化硅結垢很厚，也能將結垢剝離清除掉。
2．1．2 溫度
溫度對水垢的生成有什么樣的影響，相信大家都明了。但在這里必須說明的是：并不是所有的水處理產品在高溫條件下,都有效的。基于這個原因，如果你遇到需要處理的冷卻塔的溫度超過 65。 C 或是高壓鍋爐時，請務必與我們技術服務中心聯系。
2 ．1 ．3 PH 值
PH 值是衡量溶液中氫離子濃度的一個指標。具體應用到水處理方面，PH 值主要衡量的是溶液的相對酸度或相對堿度。PH 值越高，即溶液的堿度越大，形成結垢的可能性也就越大。PH 低,水呈酸性,金屬發(fā)生勻均腐蝕.
H + + OH- =H2 O H
+ ﹥ OH -
酸性水，反之堿性水
2．2 腐蝕故障
腐蝕指的是金屬與水接觸所發(fā)生的一種電化學反應。如下圖：
由于這種腐蝕變化無法徹底根除，因此我們所關注的是減緩金屬腐蝕的速度。象結垢一樣，腐蝕也受許多因素的左右，常見的因素有：
1 、金屬的類型
2 、水中含氧量
3 、PH 值
4 、電導率
5 、物理淤泥
2 ．2 ．1 金屬的類型
有些金屬相對來說更容易被腐蝕。譬如說，在大多數的情況下，軟（低炭）鋼就比銅腐蝕得快。軟鋼是制造鍋爐和管道的常用材質，而紫銅和黃銅則常用于制造冷卻水系統(tǒng)中的熱交換器。不過，即使是最新式的鍍鋅冷卻塔，除非使之置于合適的工作環(huán)境，否則也非常容易“生白銹”而腐蝕。
2 ．2 ．2 水的含氧量
前面我們講過，絕大多數的腐蝕生成，都必須有氧氣的參與。水中氧氣的含量越高，水就越具有腐蝕性。冷卻水系統(tǒng)中的氧氣含量始終達到飽和程度，這是因為冷卻過程中不斷地引風造成的。
溫度越高，水中氧氣含量就越低。但是，在高溫條件下，譬如鍋爐水，即使是含極微量的氧氣，它的致腐蝕性也遠遠大于含溶解氧氣多的冷卻水，這是因為高溫加速了氧氣的電化學反應。高溫條件下的腐蝕速度如此之快，以致于必須對水進行處理，盡可能讓腐蝕反應的速度放慢。
2 ．2 ．3 PH 值
PH 值越高，越容易生成水垢，PH 值越低，越容易引起腐蝕，的確兩難。如何在兩難之中尋找平衡,這也是水處理技術關健所在.
2 ．2 ．4 水的電導率
從本質上來看，腐蝕基本上是一種電子轉移的過程。因此，水中總的可溶性固體含量越高，即水的電導率越大，水的致腐蝕性也就越大。
2 ．2 ．5 物理淤泥
冷卻塔里會產生泥污，這是因為進入冷卻塔的原生水攜帶有大量的雜質，而冷卻塔的循環(huán)空氣也攜帶了許多塵埃。
沉積在金屬表面上的泥污阻止了水處理品配方中的腐蝕抑制劑在潛在的腐蝕區(qū)域發(fā)揮作用。腐蝕在泥污層下得以擴展，最后形成了大面積的腐蝕表面。泥污層還能夠給微生物的生長提供溫床，其結果同樣是大面積的腐蝕表面。硫酸鹽還原細菌（SRB）就是一個很好的例子，它在泥污層里大量滋生繁殖，最終侵蝕金屬表面，縮短冷卻水系統(tǒng)的使用壽命。
泥污的堆積還妨礙熱量傳遞，延長設備的運行時間，增加能源費用，縮短設備的使用壽命。
其它腐蝕之：磨蝕
磨蝕指的是管道中的金屬表面或塑料表面（管）受流動水中固體懸浮物沖刷而磨損老化的現象。管道的彎頭和水流速度快的部位尤其容易受磨蝕。有一個很好的例子可以說明這個問題：用一個打濕了的噴砂器逐漸磨掉了一層又一層的管道表面，直至管道脆裂。
其它腐蝕之：溶解氣體
所有的水源都溶有氧和二氧化碳，它們給設備造成的主要危害是腐蝕。我們主要關注這兩種氣體。許多腐蝕的生成都需要氧氣的參與，缺乏氧氣的環(huán)境往往不能形成腐蝕。一旦溫度升高，氧氣會加劇腐蝕速度，生成危害性更大的蝕穴。
其它腐蝕之：溶解固體
水幾乎能夠溶解所有它所接觸的物質，因此水中便含有了許許多多各式各樣的雜質，所有這些溶解固體雜質統(tǒng)稱“總溶解固體（TDS）。TDS 常用電導儀來測定。
不過，我們最感興趣的溶解固體只有幾種：硬度（鈣和鎂）、鐵、堿度（碳酸鹽和碳酸氫鹽）、氯化物、硫酸鹽及二氧化硅，這些都是分析結垢樣品必須測試的指標。迄今為止，碳酸鈣是人們所知道的最常見的結垢成分。
其它腐蝕之：懸浮固體
懸浮固體指的是一些肉眼可辯的微小顆粒：如塵埃、泥砂、鐵屑等。懸浮固體并沒有溶在水中，未呈電離態(tài)，不會增加水的電導率。在懸浮固體進入運行系統(tǒng)之前通常被沉降或過濾出來。
懸浮固體經常會在狹小的部位或水位流緩慢的區(qū)段聚積起來，引起水流阻塞，或者在灼熱的熱量傳遞區(qū)域受烤焦結，降低熱量傳遞的效率。懸浮固體甚至能夠在某些水系統(tǒng)里產生大量的泡沫。
2．3 微生物及粘泥
冷卻塔實在是細菌、藻類和真菌生存的良好場所。我們知道，空氣中存在著許多微生物孢子，當空氣穿過冷卻塔時，嗜好氧氣、水分和陽光的藻類孢子就會在冷卻塔里找到棲身之處，嗜好木質纖維素的真菌同樣也會在冷卻塔里生存繁殖，而嗜熱厭光的細菌孢子則在熱交器里拼命分裂生長。
這些微生物的生長會堵塞冷卻塔中的布水器和填料，限制了積在金屬表面的微生物腐殖體隔絕了緩蝕劑與金屬表面的接觸，致使緩蝕劑無法對金屬表面發(fā)揮保護作用, 可以說，微生物腐殖體是造成腐蝕的又一間接因素 。粘泥的大量生長,阻塞了管道的水通量,造成水循環(huán)不暢通,這點可以從水泵的電流上得到體現.
這些微生物還能帶來諸多的疾?。喝缤宋檐娙瞬 ?/div>
軍團桿菌引起的“軍團病”，因首次在美國退伍軍人會上發(fā)生而被命名 北京市疾病預防控制中心副主任檢驗師彭曉旻介紹說，1976 年 7 月 21 至 24 日，美國第 58 屆退伍軍人會議在費城的一家賓館舉行，會議期間有 221 人染病，死 亡 34 人。1977 年，美國疾病預防控制中心首次分離到以前從未見過的一種桿菌，命名為軍團桿菌?；颊咧杏?90％以上表現為“肺炎”，癥狀有發(fā)熱、咳嗽、喘憋、呼吸困難、頭痛、胸痛和膿痰等。此后，世界 30 多個國家和地區(qū)，相繼有該病發(fā)生。各國學者為此進行了大量研究，發(fā)現目前已被證實的軍團菌有 39 個種，近 20 種與人類軍團菌密切相關。
其實早在 1965 年美國華盛頓特區(qū)圣伊麗莎白醫(yī)院就發(fā)生過類似的疾病，81 例患者中死亡 14 人。我國媒體曾有報道 1982 年在南京發(fā)現首例病人，重慶、石家莊、唐山、北京市也已有數次軍團病報道。中央空調冷卻塔是軍團病的主要傳染源。近年來衛(wèi)生監(jiān)督人員對本市的一些飯店和寫字樓以及體育館的中央空調的冷卻塔和管道系統(tǒng)進行了多次檢測，其中一次抽查了 14 家飯店的 38 個冷卻塔，結果發(fā)現 12 家飯店的 21 個冷卻塔都有超標的軍團菌，在飯店工作的人員血清中軍團菌抗體水平明顯高于一般人群。1992 年北京郊區(qū)一家賓館，有 9 人同時患 病，其中有 6 人在餐廳工作。后來醫(yī)務人員發(fā)現餐廳門口有一個觀賞魚池，池內裝有加氧噴水系統(tǒng)，被軍團菌污染后的池水隨空氣霧化，使工作人員吸入帶菌的蒸汽而受染。
這里講一個關鍵詞：
濃縮系數（COC ）
濃縮倍數:是水處理技術的一個重要指標。我們知道，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在運行時，水分或多或少地蒸發(fā)掉（或稱被蒸餾掉）。理論上講，蒸發(fā)掉的這部分水 是非?！凹儍簟暗牟粠ё呷魏坞s質，從而把雜質濃度,越來越提高。為了維持系統(tǒng)水位，補償因蒸發(fā)（蒸餾）損失的水，必須及時向系統(tǒng)補充新鮮的“含有雜質的水”，其結果可想而知：系統(tǒng)水的雜質濃度越來越增大。
濃縮倍數非常恰當地反應了雜質濃度的這種變化。當冷卻水中的雜質濃度是補給水的雜質濃度的兩倍時，系統(tǒng)的濃縮系數是 COC=2。由于所有的礦物質仍然留在系統(tǒng)水中，我們可以通過測試任何一種礦物質的濃度來計算出系統(tǒng)水的濃縮系數。我們可以挑選氯化物或電導值來表示 COC。對于 COC，每個水處理公司都有自己設定的限度，如果每項指標（如總的硬度，堿度丶電導或二氧化硅）的 COC 值在限度范圍內，就可以通過物理或化學方法進行處理，不會導致諸如結垢、腐蝕或泄漏等等諸多困擾。通過測試補償給水的各項指標，我們可以知道，系統(tǒng)經過多少次的水循環(huán)之后，哪一個指標最先達到系統(tǒng)的限值，這多少次的水循環(huán)數，就相應地成了系統(tǒng) COC 的最大值。
濃縮系數通常用系統(tǒng)水的溶解體濃度與補償給水的溶解固體濃度之比率來表示，也可以用補償給水的流速與排放水的流速比率來表示。
例如: 1.冷卻塔水的氯化物含量=300ppm
補償給水的氯化物含量=50ppm 300÷50=6 CoC
2.冷卻水補給水的流速=8 m 3 /h
冷卻水排污水的流速=2 m 3 /h 8÷2=4 CoC
隨著“純凈水”的不斷蒸發(fā)，如果只是簡單地補償（含雜質的）自來水，那么系統(tǒng)水中的雜質濃度就會越來越高，積重難返的后果就是：即使采用適當的化學方法來處理，系統(tǒng)中的結垢仍然失控般地越結越厚?；谶@個原因，人們不得不連續(xù)排放或間歇排放,雜質濃度較高的系統(tǒng)水，借以控制系統(tǒng)水的雜質濃度或雜質的濃縮周期 COC。
由此可見，如果水處理產品能夠讓系統(tǒng)耐受更多的雜質卻不會生成結垢，那么，系統(tǒng)的用水量就因減少排污量，無疑也減少了化學品的用量。因此，經過水處理后的系統(tǒng)允許的濃縮周期數越大，對客戶來說，就意味著水、能源和化學品的用量越少，節(jié)省下來費用也就越多。
三．從水處理看節(jié)能減排
3．1 抑制水垢的產生所節(jié)約的能源
A．水垢和鋼鐵的傳熱系數對比
單位:kcal/m.h. ℃
| 名稱 |
碳鋼 |
碳酸鹽水垢 |
硫酸鹽水垢 |
硅垢 |
| 傳熱系數 |
46.4-69.6 |
0.4-0.6 |
0.5-2.0 |
0.2-0.4 |
B．由水垢引起的傳熱損失
| 水垢厚度 |
碳酸鈣軟垢 |
碳酸鈣硬垢 |
硫酸鈣硬垢 |
| 0.5（毫米） |
損失率 3.5% |
損失率 5.2% |
損失率 3.0% |
| 1.0（毫米） |
損失率 8.0% |
損失率 9.9% |
損失率 9.0% |
| 2.2（毫米） |
損失率 15.0% |
損失率 14.3% |
損失率 14.3% |
C．例如：1000RT 的冷卻裝置，如果結有 0.5mm 厚的水垢,熱傳輸損失 3.5%
1000×3.5%=35RT/h (注:1RT=0.9KW/H)
35×0.9=31.5KW/H
全年浪費電力:31.5×24×30×12=272,160(KW/H)
3．2 從減少排污看節(jié)約用水
水處理藥劑能提高循環(huán)水的濃縮倍數，從而減少排污。
一般情況下，循環(huán)水濃縮兩倍就有結垢危險，加入水處理劑后，能達到 5倍以上也不會結垢。
1000RT 的冷卻塔，在夏天（30℃左右）每小時蒸發(fā)的水量：10 噸左右（不含點滴損失和溢出損失）一天蒸發(fā)達到 240 噸，如果：COC=5節(jié)約水資源=240×（5-1）=960 噸
3．3 從緩蝕來看設備的保護
減少設備故障發(fā)生率，從而減少維修次數，減輕了勞動強度；維護好設備，延長設備的使用周期。
3．4 綜合評價
節(jié)能丶節(jié)水丶提高效率丶減輕勞動強力如下圖：水處理前后對比
咨詢服務熱線：180-0291-6780
