中央空调水处理技术开发与应用
中央空调循环冷却水系统水处理技术开发与应用
摘要：本文针对中央空调水处理系统，提出了相应的水处理技术来提高其制冷效率，有方法简单、效率高等特点，有很高的实用价值。
关键词：中央空调 水处理 结垢 腐蚀 杀菌
一、前言
中央空调的循环冷却水一般采用天然水，如地表水或地下水。但是，在这些水中都含有不同程度的杂质，这些杂质概括起来有以下几种：
1）不溶性杂质，即悬浮杂质。如泥砂、粘土、腐植质、灰尘、草木垃圾等。
2）可溶性杂质，即溶解性固体，又称含盐量，它们是以离子或离子团的形式存在于水中的。如Ca2+、Mg2+、Na+、HCO3-、CO32-、SO42-、CI-等。
3）气态杂质：如氧气、二氧化碳、氨气、硫化氢等。
随着循环水的水温变化和浓缩倍率提高，水中各种离子浓度超过其本身的浓度时，就会生成沉淀，形成水垢，而水中溶解氧的存在并不断富集，产生电位腐蚀，同时又为藻类和细菌的滋生提供了充足的养分，形成生物粘泥。这些水垢、粘泥及腐蚀物给中央空调的安全运行带来严重的危害。在外界条件改变时（温度、流速），就会发生结垢、腐蚀、生物粘泥等现象，如不进行适当的水处理，势必会引起管道堵塞、腐蚀泄漏、效率降低等一系列问题，影响整个中央空调系统的正常工作。
并且系统内循环冷却水与空气有大量的接触，一方面水中CO2逸入空气中，水中的碳酸平衡状态因而被破坏。另一方面冷却水中带入了溶解氧，从而造成了水质不稳定。在系统中产生水垢及腐蚀现象，同时空气尘埃中有机物、微生物等也会带入水中，不断的积累和繁殖。上述产生的水垢、腐蚀和生物粘泥，三者不是孤立的，是互相联系和相互影响的，如盐垢和污垢往往结合在一起，结垢和粘泥能引起或加重腐蚀。因此冷却循环水处理的主要任务就是消除或减少结垢、腐蚀及生物粘泥的危害，以保证整个循环水系统的效率和使用年限。
二、目前中央空调水处理存在的问题：
1、排污水量大
由于北京地区空气湿度低，所以冷却水塔的传热方式以蒸发换热为主，所以水的损失量大，浓缩时间短。由于水处理化学药剂的局限性，一般对浓缩倍数的要求不超过4倍。所以造成排污水量大。
2、冷却塔填料易结垢
由于冷却塔一般采用塑料，所以对阻垢剂的要求比对金属壁的要求要高。对于浓缩倍数要求小两倍。但由于冷却塔结构的原因，特别是横流塔，冷却塔的填料更易结垢。
3、补水量大造成费用增加
按北京市的平均水质来看，每天的补水量一般在20%的循环水量。如果浓缩倍数控制为4倍排污水量要达到7%至10%。排污水量的增大，必将补充相应的药剂，药剂的费用相应的按比例增加。
为了防止水垢的形成，抑制微生物的生长繁殖，控制设备及管道的腐蚀，提高热交换效率，节约能源，延长设备的使用寿命，有必要对中央空调循环水的水质进行处理。目前普遍采用的电子除垢仪，从这几年接触的用户来看，其阻垢防腐效果极差，而添加水质稳定剂的化学处理则效果明显。化学方法处理，就是通过投加水质稳定剂，如缓蚀阻垢剂、分散剂、杀菌剂，使水中的结垢性离子稳定在水中，其原理是通过螯合、络合和吸附分散作用，使钙镁离子稳定地通过螯合物络合溶于水中，并对氧化铁、二氧化硅等胶体有良好的分散作用。由于缓蚀剂在金属表面形成不溶于水或难溶于水的保护膜，由于阻碍金属离子的水合反应或溶解氧反应，而抑制腐蚀反应。具体的化学阻垢缓蚀作用下面介绍，此方法是目前中央空调水处理使用最为普遍的一种方法，也是在工业水处理中应用面最广、技术最成熟的一种方法，实践证明了是有效而经济的方法。
中央空调循环水的化学处理，要根据使用当地水源水质条件，使用的温度，设备的材质和药剂的来源与性能等，通过试验，进行综合技术经济比较后才能确定。在所选配方投入运行后，还要不断分析和改进，以便不断完善药剂配方，达到抑制腐蚀结垢，提高热交换效率、节约能源、延长设备使用寿命的目的。
三、中央空调水处理的必要性和目的
中央空调水处理的必要性目的大致分为三部分：
1、延长管线和设备的使用寿命，即水处理的效果是使管线和设备达到设计的使用寿命
2、节水节能。
当结垢和腐蚀产生锈垢堆积物，都会导致制冷效率下降，而为了达到同样的制冷效率，必须加大能源消耗，同时带来了安全隐患。而进行恰当的水处理，可防止中央空调水系统结垢、腐蚀，杀菌灭藻，设备高效、经济、安全运行。节约大量能源，以及节约大量工业用水。
3、达到改善风机盘管系统运行状况，创造稳定的舒适工作和生活环境，保证中央空调系统稳定经济正常运行。
四、中央空调水处理的方法及实践
空调水处理方法要实现的原理都是预防各种危害的发生，水处理方法根据水质条件、设备要求的差异而有所区别，下面对目前常用的一些水处理方法做——介绍。
1、软化水处理
在北方地区，由于水质硬度高，过去最常用的就是采用这种方法，将水中结垢性离子如Ca、Mg离子通过置换去除。但实际上，带来了更为严重的腐蚀现象，腐蚀穿孔、泄漏经常发生。因为，去除钙镁离子后，打破了离子平衡，从朗格利尔指数的变化，可知为严重腐蚀性倾向。会更加加剧以下反应的进行，随着时间的推移，腐蚀有一个加速过程，其反应为自催化反应。
Fe + O2+ H2O → Fe2+
Fe2+ + O2 → Fe3+
Fe3+ + Fe → Fe2+
所以，在循环水系统中，尽量少使用软化水和去离子水，如果原水硬度过高，可以在水处理专业公司指导下，根据水质情况进行配水。现在，欧美等国家已经取消软化水的装置，因为排污会带来更为严重的环境污染。我国在不久也会有相应的措施出台。
2、传统的化学水处理
化学方法处理，通过投加水质稳定剂，如缓蚀阻垢剂、分散剂、杀菌剂，使水中的结垢性离子稳定在水中，其原理是通过螯合、络合和吸附分散作用，使钙镁离子稳定地通过螯合物络合溶于水中，并对氧化铁、二氧化硅等胶体有良好的分散作用。由于缓蚀剂在金属表面形成不溶于水或难溶于水的保护膜，由于阻碍金属离子的水合反应或溶解氧反应，而抑制腐蚀反应。具体的化学阻垢缓蚀作用下面介绍，此方法是目前中央空调水处理使用最为普遍的一种方法，也是在工业水处理中应用面最广、技术最成熟的一种方法，实践证明了是有效而经济的方法。
五、中央空调水系统的特点
1、循环冷却水系统特点
中央空调循环冷却水系统的浓缩倍数和运行时间的关系，如下所示。
A B C
循环水量（m3/h） 15.6 390 390
保有水量（m3/h） 0.3 20 20
蒸发损失% 0.9 0.9 0.9
风吹损失% 0.1 0.1 0.1
强制排污% 0 0 0.35
表1 中央空调循环冷却水运行条件
从图1和表1可以看出，A曲线代表小型冷却塔，B、C曲线代表中型冷却塔，若不采取强制排污，A、B系统在数十小时内浓缩倍数就将达到10倍以上，对于冷却水来说，浓缩倍数在2.5时,节约水量为98.6%,浓缩倍数为3时,节约水量为98.8%,浓缩倍数为4时,节约水量为98.9%,所以在日常加药处理时没必要刻意在高浓缩倍数下运行,反而有时在控制不当的情况下引发不必要的故障,所以一般浓缩倍数在3左右合适。
循环冷却水的系统特点决定了必须解决的三大问题:结垢、腐蚀、藻类细菌滋生。
冷却塔有阳光照射，循环水温度一般为20-50℃，水中有CO2、O2及氮、磷、钾这些元素，适宜藻类和细菌的繁殖和滋生。细菌、藻类形成的生物污垢堵塞设备、管线和凉水塔，细菌等粘泥可引起垢下腐蚀，硫酸盐还原菌可将硫酸盐还原成H2S、H2S与钢材反应，腐蚀设备。一般可采用氧化型和非氧化型杀生剂交替杀菌，以防菌藻产生抗体。
六、中央空调水处理系统化学药剂的选择
根据上面的阐述，根据循环冷却水和冷冻水系统的特点，以及产生结垢、腐蚀、细菌藻类等，采用合适的化学水处理技术是能够解决的，针对中央空调的水系统的水质、设备材质、工况条件选择缓蚀剂、阻垢剂、杀生剂、分散剂、正确匹配成合理的能发挥“协同效应”、“稳定效应”的水处理配方，并提出工艺控制条件、相应的清洗预膜、加药方案等等，指导开机，提供及时有效的跟踪水处理技术服务，这是中央空调水处理技术的主要内容。
我们以实验用水水质，对复配药剂进行了一系列的腐蚀实验，根据结果及经验，大致确定了合适的复配药剂配方。
配方 挂片 预膜 腐蚀率 现象
磷系复配药剂 碳钢1 有 0.0432 表面轻微腐蚀
碳钢2 无 0.0775 表面少量腐蚀
不锈钢 无 未检出 光亮
铜 有 0.0017 表面颜色乌暗
硅系复配药剂 碳钢3 有 0.0120 表面轻微腐蚀
碳钢4 无 0.0237 表面轻微腐蚀
不锈钢 无 未检出 光亮
铜 无 0.0080 表面颜色乌暗
钼系复配药剂 碳钢5 有 0.0009 表面轻微腐蚀
碳钢6 无 0.0006 表面轻微腐蚀
不锈钢 无 未检出 光亮
铜 无 未检出 光亮
表2 几种复配药剂的缓蚀效果
七、加药水质管理
● 浓缩倍数的管理
针对于不同地方的水系统，由于水源状况的差异以及设备的性能的不同，要请专业水处理公司对系统作出合适的浓缩倍数，确定每天合适的排污量。或者在条件允许的情况下，可以加装自动排污控制系统，实现在线控制。
● 加药浓度的管理
如果加药浓度的有效含量不能维持在一定浓度上，则不能充分发挥药效。而如果过量加药，会造成经济上的浪费。所以一般都要每隔一到两个星期，要进行水质分析监测，进行跟踪服务，针对天气、环境、温度的改变，及时调整药剂含量或提出建设性意见，以便发现问题及时调整。
八、结语
综合以上，随着我国经济的飞速发展，大量建筑物、写字楼、宾馆等拔地而起，对我国的水资源提出了严峻的考验，因为我国有将近70%为工业用水，那么怎样在保护和延长设备的使用寿命情况下，合理利用水资源，是我们水质工作者需考虑的问题。
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