中央空调高浓缩倍数水处理技术的研究及应用

张慧敏，梁遂芳

(河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州 450052)

中央空调冷却水系统是由冷却水循环泵、管道、冷却塔、制冷机组冷却器和集水池等组成的敞开式回路系统，其显著特点是保有水量与循环水量比非常小，在短时间内冷却水的浓缩倍数会迅速增高，所以，冷却水系统除存在菌藻、腐蚀严重外，其突出问题就是结垢严重，因此，采用科学、有效的方法对中央空调高浓缩倍数循环水系统进行水处理研究非常重要［1］。本文结合郑州地区水质特点，通过静态、腐蚀挂片、动态模拟试验，研究制备出一种适合于高浓缩倍数运行的新型低磷水质处理药剂，磷含量≤6%(以P计)，经中央空调循环冷却水系统实际应用，效果良好。

1 水质分析及水处理剂的研究

1.1 补充水水质和系统水质特点

郑州地区中央空调冷却水系统补充水通常采用市政水自来，水质分析见表1。利用朗格利尔(Langelier)和雷兹诺(Ryznar)稳定指数对该水质进行水质类型判断［2］。

表1 补充水水质指标

朗格利尔提出以水的实际pH值与其饱和pHs的差值(饱和指数LSI)来判断水垢的析出，即LSI=pH－pHs，LSI＞0时，CaCO3垢会析出，这种水属于结垢性水质;LSI＜0时，不会析出CaCO3垢，这种水属于腐蚀性水质;LSI=0时，不腐蚀也不结垢，这种水属于稳定性水质。

雷兹诺提出用2pHs－pH的差值(稳定指数RIS)来判定水质性能，即RIS=2pHs－pH，RIS＜3.7时，严重结垢;3.7 ＜RIS＜6.0 时，结垢;RIS=6.0时，不腐蚀不结垢;RIS＞6.0时，腐蚀。以郑州地区自来水为补充水，在一定温度和不同浓缩倍数情况下，补充水的腐蚀与成垢趋势判断如表2所示。

表2 水质类型判断结果

1.2 水处理药剂的选择

根据水质类型判断结果，补充水为腐蚀性水质，随着浓缩倍数的提高，水中浊度、钙镁及铁离子、生物黏泥等浓度不断增加，结垢趋势越来越大，但水中腐蚀性离子的浓度也随着浓缩倍数的提高而升高，腐蚀问题依然存在，所以，在确定水处理药剂及水处理方案上，一定要严格控制结垢，同时，要兼顾缓蚀、杀菌灭藻。在水处理药剂配方筛选时，要确保其在高浓缩倍数条件下，产品具有优良的缓蚀阻垢性能。另外，中央空调一般性的缓蚀阻垢剂磷含量较高，不易降解，直接排放常常会引起水体富营养化，因此，在水处理药剂的选择上，必须考虑环境保护问题，尽量选择低磷或无磷环保型水处理药剂［3］。

针对严重结垢型的中央空调冷却水系统，控制浓缩倍数在4.0～6.0条件下，通过静态阻垢、旋转挂片及动态模拟等大量试验研究，最终确定了以聚天冬氨酸、低膦有机物2－膦酰基丁烷－1，2，4三羧酸(PBTC)、丙烯酸共聚物、锌盐、铜缓蚀剂等为循环水系统缓蚀阻垢剂的有效成分，制备出了一种新型低磷水处理剂，产品总磷含量≤6.0%(以P计)，经在中央空调循环水系统中的实际应用结果表明:该水处理剂缓蚀阻垢效果良好，而且循环水排污水中磷含量＜1.0 mg/L(以 P计)，符合国标 GB8978－1996(二级)排放标准要求。

2 试验研究及结果

2.1 静态阻垢性能

试验方法参照GB/T16632－2008《水处理剂阻垢性能的测定碳酸钙沉积法》。试验用水为现场补充水，配水至浓缩倍率为 4.0倍，ρ(Ca2+)=295 mg/L，ρ()=345 mg/L，80℃恒温12 h后，用EDTA标准溶液滴定试液中Ca2+浓度，计算阻垢率。

表3 静态阻垢试验结果

从表3试验结果可知，在水处理剂投加浓度低的情况下，阻垢效果较差，随着水处理药剂投加量的增加，阻垢率越来越大。当药剂加量超过10 mg/L以后，阻垢率可以达到95%以上。

2.2 旋转挂片腐蚀试验

根据《水处理剂缓蚀性能测定，旋转挂片法》(GB/T18175－2000)的试验方法，对药剂的缓蚀性能进行试验研究。试验用水为现场补充水，试验水温45℃，转速为80 r/min，浓缩倍数5.0，时间90 h，药剂投加量为15mg/L，腐蚀率计算公式:

腐蚀率 =8.76×104×△W/A·T·D

公式中:8.76×104，计算常数;△W，试片失重，g;A，试片表面积，cm2;T，试验时间，h;D，试片材质密度，g/cm3。

表4 挂片腐蚀试验结果

由表4试验结果可以看出，水处理剂具有良好的缓蚀性能，腐蚀率远低于国家标准GB50050－2007要求(不锈钢和铜材腐蚀率≤0.005 mm/a，碳钢 ＜0.075 mm/a)。

2.3 动态模拟试验

试验用水为循环水系统现场补充水，进水温度(32±0.5)℃;加热蒸汽为常压饱和蒸汽温度;循环水流速 1.0 m/s;Ca2+浓度 165 ～450 mg/L，浓度180～550 mg/L;药剂添加浓度15 mg/L;实验时间450 h。试验结果如表5所示。

表5 动态模拟试验结果

由表5可以看出，水处理剂的缓蚀阻垢性能良好，达到GB50050－2007技术要求(铜材及不锈钢腐蚀率≤0.005 mm/a，碳钢腐蚀率 ＜0.075 mm/a);污垢粘附速度≤15 mg/(cm2·月)。

3 现场应用

将中央空调循环冷却水浓缩倍数控制在4.0～6.0，水处理药剂投加量控制在10～15 mg/L，对运行中总磷进行检测［4］，总磷(以 P 计)≤1.0 mg/L。对中央空调循环冷却水系统水质腐蚀及结垢情况进行日常监控，系统实际运行4个月，阻垢率大于95%，碳钢、不锈钢和铜材腐蚀率远低于GB50050－2007要求。停机检修时，打开制冷机组前后端盖进行检查，铜管内壁光滑，无腐蚀和结垢现象。

［1］文 强，王延生.中央空调系统水处理技术浅论［J］.清洗世界，2005，21(5):26 －30.

［2］华东建筑设计院.给水排水设计手册［M］.北京;中国建筑工业出版社，1983:306－308.

［3］雷玲，俞斌.低磷高效水处理剂研究进展［J］.化工时刊，2004，18(12):22 －24.

［4］郑淳之，梅 建.水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法［M］.北京:化学工业出版社，2000:214－217.