电解水处理技术在中央空调冷却循环水处理上的应用研究.doc 20页

'电解水处理技术在中央空调冷却循环水处理上的应用研究章明歅（银海洁（北京）水处理技术有限公司，北京100101）摘要美国科罗拉多纪念医院采用一种源自以色列的新型电解水处理器（EST），替代化学药剂处理中央空调冷却循环水，完全解决了中央空调冷却循环水系统中的结垢、腐蚀和微生物问题，同时每年节约2,800m3新鲜水，减少化学品使用和减少环境污染，降低冷却塔中军团菌等安全威胁，大大减少了系统维护费用。结果表明，电解水处理器（EST）可以作为环境友好型的化学药剂替代技术，解决中央空调冷却循环水处理的问题的同时，大量节约冷却塔水耗，增加冷却循环水的环境安全保障。关键词冷却循环水节水电解水处理器腐蚀结垢微生物CASESTUDYONELECTROLYSISTECHNOLOGYTOTREATCOOLINGWATEROFA/CSYSTEMZhangMingyin（Aquagena(Beijing)WaterTechnologyCo.,Ltd,Beijing100101）AbstractAnewelectrolysiswatertreatmentequipment(EST)fromIsraelassistsMemorialHospitalinColorado,USAsuccessfullysolvesallproblemsincoolingsystemofA/C,wherescale,corrosion,andmicroorganismarewellcontrolledviaEST.Atthesametime,2,800M3offreshwaterissavedayear,nochemicalsareused,thennopollutionsaredischargedintosewagesystem,andlessmaintenanceandrepaircosts.ThisresultsshowthatarevolutionarytechnologyofESTcanreplacechemicalstotreatcoolingwaterenvironment-friendly.Moreimportantislotsoffreshwaterissavedandenhancedpublicsanitationsafetyhappenedincoolingtower.KeywordscoolingwatersavingwaterEST,corrosionscalemicroorganism中央空调系统通过冷冻水循环、制冷剂循环和冷却水循环，不断将建筑物内的热量传递到自然界中，而获得舒适的空间环境（图1）。冷却水x系统多为开放式系统，冷却水通过在冷却塔中蒸发飘逸到大气中而将热量散发到周围环境中。中央空调水系统的用水通常分为两类，即未经过任何处理的自来水和软化水。由于冷却水用水量大，一般都补充自来水。水中对设备产生影响的主要因素为硬度、碱度、微生物、pH值、Cl-、氧含量等。自来水因地区不同而水质变化较大，在水的循环过程中，硬度和碱度不断被浓缩，是造成结垢的主要因素，而Cl-、低pH、溶解氧、生物粘泥是造成腐蚀的罪魁祸首。按照我国有关规范，冷冻水要求补充软化水。而对于软化水而言，失去了结垢性离子Ca2+、Mg2+ 175等，没有结垢问题，同样设备也失去了保护性结垢层，其腐蚀性增强，从而加重了腐蚀穿孔现象。这个规范要求是否合理，有关部门正在论证。同时冷却塔又是微生物和藻类滋生的场所，合适的温度、充分的氧气和养分、充足的日照，过度滋生的微生物进入循环水系统，造成系统堵塞和腐蚀，不仅增加了额外的运行费用，同时也缩短了设备的使用寿命。1冷却循环水系统中存在的问题及危害1.1水垢问题悬浮物和生物膜及水垢混合在一起，在热交换器列管表面形成沉积物，从而降低了冷凝器的热交 换效率。研究表面，1mm水垢就能造成空调机组效率下降45%。补加量2-2.5%蒸发量1-1.5%冷却塔37℃排污量1%32℃?????100TR=70m3/h冷凝器/热交换器???生猖獗，因为他们需要从周围环境中获得养分和保护。”显而易见，维持低含量的悬浮颗粒浓度，就减少了生物粘泥生长的空间和养分。同时需要合适的杀生程序提高生物粘泥的控制效率。生物粘泥导致的热交换损失甚至大于无机水垢造成的热交换损失。美国CTI（冷却塔技术研究所）的报告显示，生物膜（粘泥）的热传导率只有碳酸钙垢的1/5。膨胀阀7℃制冷剂循环蒸发器冷冻水循环风机盘管12℃1.3腐蚀问题一种局部的腐蚀，通常发生在储罐和输水系统热交换器上0.25mm厚的污垢或者结垢层，将降低热交换效率，增加能耗10%。下式可以用来计算一个冷却循环水系统一年的能耗成本：冷却系统吨位×u21544X水电耗×u36127X载系数×u27599X年工作时间×u27599X度电成本=每年能耗成本例如，400冷吨×0.65kw/冷吨×0.7负载系数×2500小时/年×0.6元/kwh=27.3万元/年如果热交换器上的污垢厚度为0.25mm，运行一年的电费将增加2.73万元。而且，冷却系统本身产生颗粒物，例如腐蚀产物、无机物沉淀（铁的氧化物、硬度盐类等等）、微生物宿主、有机化合物的聚集体和其它的物质，会加速腐蚀和腐蚀物的形成。1.2生物粘泥今天每一个冷却塔系统都会考虑不断增长的生物粘泥问题。ASHRAE导则12-2000中说道，冷却塔系统最基本的处理建议是控制和防治生物粘泥，而且指出控制生物粘泥的最简单的成功方法是保持系统清洁。ASHRAE2000年9月号（44-49页）中这样写道，“生物粘泥增长加剧的适宜条件包括温度77-108华氏度，结垢问题存在，有沉淀物和生物膜…通常情况下，在多种复杂的微生物群落中滋176 中，有高活性的局部阳极电位引起的。腐蚀是离子浓度不对等或者氧浓度差异所致。经常发现在高温区、晶格缺陷处、切削部位、表面划痕或裂纹处。点蚀是金属损坏的最常见因素。一个穿孔能够毁掉一台关键的热交换器，从而能够导致整个工厂停产。厌氧菌会在生物膜深处氧稀缺的地方繁殖。一些细菌能够够代谢不锈钢中的碳、一些细菌能够生成硝酸、硫酸或者有机酸，从而加速腐蚀。细菌菌群下面潮湿的表面氧的消耗，会导致形成“微分通风电池”，从而引起电流腐蚀。水系统中超过70%的腐蚀是由微生物加速或者导致的。微生物，象细菌，在所有腐蚀方面比以前认为的作用更大。1.4军团菌问题军团菌普遍存在于有水的环境中，军团菌本身存活能力不强，冷冻与加热均能杀死该菌。它的存活、繁殖温度条件为20－58℃（最佳35－46℃）。 为了防治冷却塔传播军团菌，许多国际或以疾病防治中心名义，或以冷却水协会的名义发布了“冷却塔防治军团菌守则（或指南）”。他们的共同点就是要消除军团菌赖以生长的污垢、沉渣与粘泥，要求每年（每季节）清洗填料，系统用化学杀菌。对于疑有军团病发生的情况，则要求加强清洗杀菌工作。由于清洗冷却塔及循环系统十分繁琐，费时费工。检测军团菌的方法还不够灵敏、精确，所以至今没有一个国家对冷却塔作出强制性操作规范。美国和新加坡等则制定了冷却塔军团菌指导性文件。冷却塔与空调系统是否有利于预防军团菌与设备设计关系密切，一些不宜于机械清洗填料的冷却塔应予以改造或更换。适宜于冷却塔杀菌的季铵盐、唑啉酮类杀菌对于杀灭军团菌已被证实无效。清理军团菌滋生的场所是防治军团菌的关键。2冷却循环水常用的处理方法2.1结垢控制–添加阻垢剂冷却循环水系统中通常会沉积几种不同的水垢，从而迫使要采取几种不同的控制方法：沉积抑制剂控制目的是增溶剂预防水垢析出，也是晶体修饰剂改变沉积物的自然状态而不会粘附在系统内表面。分散剂和表面活性剂是荷电分子，它们吸附悬浮固体颗粒，使它们相互排斥，使固体颗粒保持在较小的颗粒状态。酸、磷酸盐和水溶性聚合物是典型的无机垢抑制剂，冷却水中的钙硬度较高时结垢控制尤其关键。另外的方法就是将过饱和的沉积物从水中取出一部分，这样就防止了沉积物的析出而实现阻垢的目的。比如部分软化的方法或者电解除垢的方法。2.2腐蚀控制–添加缓蚀剂腐蚀是一个电化学过程，腐蚀就是金属从阳极电位向阴极电位的电子转移过程中发生的氧化。阴离子缓蚀剂减少阴极金属表面的可接触面积，阳离子缓蚀剂则是减少可接触的阳极表面面积。有时候同时需要这两种类型的缓蚀剂来抑制腐蚀。磷酸盐、锌盐、钼酸盐和聚合硅酸盐是低碳钢的缓蚀剂，而有机氮基复合物（偶氮化合物）则是铜质材料的缓蚀剂。或者是通过水中矿物质的特性，控制碳酸钙处177 于过饱和的平衡状态，让少量的碳酸钙晶体析出在设备和管道内表面，从而中断这个腐蚀的电化学过程，达到控制腐蚀的目的。2.3微生物控制–添加杀菌灭藻剂氧根自由基(OH•)、双氧水(H2O2)和次氯酸盐（漂白剂，OCl-）、以及氯气(Cl2)都是氧化剂，它们能够杀死微生物。这几种化合物中，次氯酸钠处置最容易，也最安全。一般用13%次氯酸钠溶液来破坏微生物。双氧水是液体状态，皮肤接触后容易引起烧伤。臭氧、双氧水和氢氧根自由基也可以用来控制微生物滋生。所有这些物质都是强氧化剂。典型的微生物抑制化合物包括氯和溴化合物，或者臭氧，也包括几种有毒性的有机物，例如季铵盐、甲醛、有机硫化物、溴基有机物等等。注：四氨基化合物，与其说是杀菌剂，不如说是抑菌剂（比如，抑制微生物滋生，但是没有杀死微生物）。表面活性剂也帮助杀菌剂减少生物膜。也可以通过电解水本身产生上述氧化性杀菌物质，实现微生物控制。2.4添加化学药剂处理中央空调冷却水存在的问题传统的化学药剂处理，就是使用标准的阻垢剂和缓蚀剂，交互使用两种非氧化性杀生剂来控制微生物污染。美国冷却塔研究所（CTI）建议交替使用溴和氯来控制军团菌。这种处理技术对于中央空调系统来说，主要存在的问题有（1）中央空调循环水系统通常比较小，一般没有专业的水处理工程师来管理，添加药剂不能根据补加水水质波动及时调整，不能使得药剂发挥到最佳水平；（2）持续的剩余卤素的存在，导致管板上形成许多腐蚀结节；（3）在北方高硬度水质地区，使用化学药剂处理技术，冷却水浓缩倍率一般较低，造成大量新鲜水浪费；（4）化学药剂排入市政污水管网系统，造成市政污水处理系统负荷增加。3冷却循环水电解水处理技术3.1电化学水处理方法电化学水处理方法是以电化学的基本原理为基础，利用电极反应及其相关过程，通过直接和间接的氧化还原、凝聚絮凝、吸附降解和协同转化等 综合作用，对水中的硬度、重金属、悬浮物、胶体、细菌、藻类、色度、硝酸盐等污染物有效去除。由于电化学无需向水中投加药剂、水质净化效率高、无二次污染、使用方便、易于控制，在工业水处理、生活污水处理和回用、饮用水净化等方面，表现出巨大的发展潜力。水（H2O）是最基本的电解质，液态的水可以发生电离反应生成H+和OH-：H2OH++OH-外加电压以后，水电离产生的H+和OH-分别在电流的作用下向阴极和阳极迁移，H+在阴极被还原成H2，而OH-在阳极被氧化成O2。2H2O2H2+O2在直流电流的作用于下，两极会发生化学反应，这种过程称之为电解。电解是将电能转化成化学能的过程。电解水处理过程中所发生的化学变化与水中的化学组成、物质浓度、电极材料等因素密切相关，两极上析出物质的量和通过的电量成正比。在水处理中，针对具有不同化学组成的水质条件，通过改变不同的电极材料、电极布置方式、反应室结构、电极作用过程和催化氧化还原措施等，可以获得不同的电解净水效果。电解水处理的特点:•电解是在外部电流作用下一个电子导体（特种金属制成的电极）和一个离子导体（水中的电解质）之间发生的系列化学反应。•电解制造了一个氧化反应和还原反应分别进行的环境。•电解过程可以控制和测量，从而可以精确预知处理后水的水质。•不用任何化学药剂，因此没有任何污染。•环境友好。•处理效果不随被处理水的条件或组成而发生变化。•被批准用于饮用水的处理。3.2EST工作原理EST通过旁流处理的方式，取一定比例的冷却循环水流过EST反应室，以便拿掉适当的矿物质和杀死细菌，然后回到冷却塔中。通过精确的分析测试，通过EST的结垢矿物质含量得到了可以看得见的降低。在EST中发生的这种实际的化学反应，区别于任何一种其他的机械式和电磁式的处理方式。178 通过电解，水中的矿物质在EST反应室内壁上沉淀出来并通过机械装置去除，这就是EST的工作原理。反应室中维持一定的工作电流。结果是，在阴极（反应室内壁）附近形成高浓度的氢氧根，这种升高的pH环境（pH大约为13），让易结垢的矿物质预先结垢，并从水中析出。实际上，阴极附近局部的高氢氧根浓度形成的化学环境，和用石灰处理形成的冷石灰软化环境类似。冷石灰软化处理主要用来给水去除钙、镁和硅。与此同时，电流也将一小部分的氯离子转化成游离氯，部分氢氧根氧化成微量臭氧。这两个产物提供了杀生效应，结合安培电流及局部高的和低的（阳极）pH区域，维持了EST之外的一个事实的消毒环境。根据水蒸发浓缩过程中带来的水中碳酸钙饱和指数（LSI）的变化，将碳酸钙控制在过饱和状态，在管道和设备内壁形成很薄的一层保护层，从而保护管道和设备不和冷却水中的溶解氧接触，防止腐蚀现象的发生。同时，EST可以除掉冷却水中的铁、铜离子以及其他重金属离子，随排垢时一起排出冷却循环系统之外，而这些离子是加速腐蚀的罪魁祸首。在反应室内壁（阴极）附近发生的主要化学反应有：2H2O(l)+2e-→H2(气)+2OH-(aq)碱性溶液中发生的反应（阴极附近）CO2(aq)+OH-(aq)→HCO3-(aq)HCO3-(aq)+OH-(aq)→CO32-(aq)+H20(液)Ca2+(aq)钙离子可能形成氢氧化钙:Ca(OH)2(垢)碳酸钙:CaCO3(垢)阳极附近发生的化学反应有：生成氧气4HO-→O2(g)+2H20+4e-游离氯Cl-–e-→Cl0氯气2Cl-(aq)→Cl2(g)+2e-臭氧O2+2HO-–2e-→O3(g)+H2O自由基OH-–e-→OH0过氧化氢2H2O–2e-→H2O2+2H+氧自由基 2H2O–2e-→O0+2H+③①反应室（阴极）②阳极③汽缸表面清洁，并且设备运行效率高，使用寿命长。操作工人的安全性也是一个重要的因素，EST让工人们避免了处理或暴露在危险化学品中的风⑦①②⑥⑨⑤⑧④④进水口⑤排污口⑥刮刀⑦出水口⑧供电和控制单元⑨刮刀导杆险。在控制军团菌方面，EST的细菌控制能力被证明非常有效。环境督察是另外一个重要的区域管理目标。降低水消耗已经成为工业和商业用户的一个关键目标。因为EST除掉了一大部分水中的结垢矿物质，真正浪费的浓水排放水量大大减少。与此同时，医院管理部门也实现了尽可能节约每一加仑自来水的目标。节约用水和清洁控制之间的平衡是正在寻EST把部分水垢以固体形式在EST内部预先析出排出冷却系统之外，冷却水的浓缩倍率可以做的更高，从而节约大量的新鲜补充水。而且在整个电解水处理过程中，无须添加任何化学药剂，EST刮垢和清洗的排放水除了水垢和固体杂质之外，没有任何危害成分，因此简单沉淀后可以用于景观绿化或者清洗用水。当然也就不会向水体排放任何污染物了，节省大量的化学药剂。因此，EST技术成为以色列环保部推荐的冷却水和高硬度水处理的绿色水处理技术。3.3EST工作过程EST周期性自动刮垢和排污。清洗周期和清洗时间取决于每天要去除的矿物质以及从冷却塔中排掉的水量，以维持冷却塔中水系统的化学和微生物平衡。矿物质平衡通过分析监测冷却水的化学性质来决定，从而在PLC上可以设置每天需要清洗的次数。清洗的第一步，进、出口阀门关闭，EST底部的排污阀门打开。刮刀在活塞的推动下在反应室内自上而下运动，刮掉内壁软的预先沉淀出来的水垢，并和冲洗水一起从底部排出。排污的时候，进水阀门打开，以便冲洗排放区域。大约90-120秒钟后，排污阀门关闭，刮刀回到反应室的顶部，出水阀门打开，EST重新工作。4美国科罗拉多纪念医院中央空调冷却循环水EST应用案例4.1采用EST后医院的冷却水管理目标医院冷却水管理的最基本的目标是自身空调系统的可靠性，在最小腐蚀的情况下维持热交换器 179求的目标，特别是在补给水水质经常变动的情况下。4.2冷凝器列管检查EST安装运行15个月后，2005年4月医院组织了专家评估EST的使用效果。参与检查的专家一致同意在近年来打开检查的凝结器中，这个采用EST处理、不用化学药剂处理的冷凝器列管，比以往用化学药剂处理的冷凝器状态差不多，甚至更好。到场的每个人都同意这个凝结器列管的表面没有水垢，腐蚀和微生物得到了和化学药剂一样好的控制。这两张照片是冷凝器的管板和列管的照片摄于05年4月4日。这个使用了8年的热交换器的铜管非常清洁，没有软的或者硬的垢。同时用光学显微镜检查了管子的内表面，发现热交换器几英尺深处也很清洁。铜管上没有腐蚀的迹象。一些管板 和列管末端发现了节结（腐蚀斑），但是和用化学药剂的结果比较，渗透深度是最小的。虽然在第一次通过的列管内壁存在极少数的可见的粘滑的污染物，但是第二次通过的列管和端板上没有任何生物膜污染。而且，冲洗管子排出的水是非常干净的，而且其中没有任何可能存在于管子内壁的明显的碎片、水垢或者粘土。在与良好化学药剂维护实现的防腐、阻垢和微生物控制相当或者超出原有结果的同时，纪念医院运用EST技术之后获得了下述收益：（1）冷却塔浓水排放量每年减少740,000加仑（2,800m3/年）；（2）在此15个月期间，绝对没有购买任何水处理化学药剂，操作工没有处置和暴露于化学品中，不用添加药剂、控制添加量、浓水排放或者回收药剂以免影响环境；（3）无需退还装载化学的储罐了；（4）无需保留冷却水使用的化学品的“材料安全数据表”（MSDS）了；（5）测试化学残留量的次数大大减少了。4.3EST减少冷却塔浓水排放EST从2003年12月20日投入运行，从04年1月到8月是研究EST的化学性能，所以浓水排放量和使用化学药剂时一样。从04年9月中旬开始，EST冲洗（浓水排放通过冲洗的次数来控制）次数从每天12次降到每天4次。与此同时，从9月开始日平均浓水排放量明显下降。2003年的10个数据平均结果，使用化学药剂处理的日平均浓水排放量为2,580加仑。而经过优化后的EST系统，从04年9月到05年3月的日平均浓水排放量为528加仑。因此日平均浓水排放量减少了2,052加仑。这就等于说一年节省的浓水排放水量为749,000加仑（2,835m3/年）。当然这也是节约的新鲜补充水的量2,835m3/年。更为重要的是，安装EST后排放的水，经过简单沉淀后，我们用于绿化和清洁，也相当于每天另外节约528加仑的新鲜水。500040003000200010000纪念医院冷却塔日平均浓水排放量（GPD）Mar-03MayJulSepNovJan-04MarMayJulSepNovJan-05Mar日平均排污量EST水处理减少的浓水排放量图表中给出的是两年内每个月的日平均浓水排放量。前10个数据是2003年的，代表当时用的是化学水处理药剂。中间缺失的三个数据是2004年早期安装EST之后，新的流量计还没有装上。随后2004年和2005年的数据是EST运行后的浓水排放量。2004年9月开始减少EST的清洗次数，排放量大幅度下降。500040003000200010000冷却塔日平均浓水排放量(gpd)与补水电导率的关系Mar-03MayJulSepNovJan-04MarMayJulSepNovJan-05Mar日平均排污量 补水平均电导率X10自来水电导率对化学药剂水处理浓水排放量的影响，而EST不受影响180 本图可以看出日平均浓水排放量（蓝色）随自来水月平均电导率（紫色）变化的趋势。2003年冷却塔采用的是化学药剂处理。注意到浓水排放量是随电导率增加而增加的，虽然2003年7月和8月两个月例外，这期间热交换器热负荷非常高。注意到后面的7个蓝色的点（2004年9月之后）和电导率是相对一致的，这些点代表了优化后的EST浓水排放量。安装EST之前，采用的化学药剂处理，冷却塔的浓水排放量用电导率仪自动控制。设定的排放电导率为1200-1500uS。因此，当自来水的电导率增加时，浓水排放量也会增加。通过水表的读数计算的浓缩倍率从5（2003年3月，电导率为226uS）到16（2003年9月份的平均电导率只有103uS）。和化学药剂处理不同，EST的浓水排放量由时间控制，所以浓水排放量完全独立于自来水的电导率。因为每次冲洗用的水量基本上一样（纪念医院的冲洗量约为100加仑），所以改变冲洗次数就改变了浓水排放量。浓缩倍率6050403020100计算浓缩倍率（浓缩倍率=蒸发量/排污量+1）Mar-03MayJulSepNovJan-04MarMayJulSepNovJan-05Mar浓缩倍率减少浓水排放量对浓缩倍率的影响浓缩倍率显示了自来水中的矿物质经过冷却塔蒸发（蒸发掉的只有水）之后被浓缩的程度。像前面提到的，2003年采用化学药剂处理期间的计算浓缩倍率相对比较低，只有5~16之间。2004年9月中旬EST控制的浓水排放量减少之后，计算浓缩倍率急剧增加。实际上，2004年9月和10月的计算EST浓缩倍率比2003年同期高出了3倍。而且，在04年9月16日到19日期间基于硫酸根分析得出冷却塔的浓缩倍率为54。这个54倍的浓缩倍率与水表实际测量出来的同期月平均结果非常接近。因为冷却塔补加水和浓水排放量都有水表测量，而且医院也提供了历史数据，所以这里的浓缩倍率通过这个公式计算：浓缩倍率=(蒸发量/浓缩排放量)+1。这个简化的公式没有把风吹飘洒损失的量计算在内，但是目前新型高效率的冷却塔飘洒带走的水量很少。在过去，一个高负荷的冷却塔的浓缩倍率无法 181达到20倍的浓缩倍率，主要就因为飘洒。然而，现在，纪念医院三座马力（Marley）NC系列的冷却塔的飘洒只有循环量的0.02%。事实上，结合较好地运行冷却塔，使其在低于额定的循环流量下运行，还能够进一步减少飘洒的量。另外，塔顶的风扇不到高温时候不开启，通过人工到塔顶检查保证极少的飘洒脱离系统。4.4EST对多种离子去除效果的影响从化学的角度，对于任何选定的离子或者离子集团，浓缩倍率都有下面的共识决定：冷却塔冷却水浓度/补加水浓度。因此，如果冷却水中的硫酸根浓度为600ppm，补加水中为20ppm，浓缩倍率就是30。就正常情况来说，用化学药剂处理的目标是让所有的物质都处于溶解状态，因此大多数离子的浓缩倍率应该相同。 例子电导率pH水质分析显示了对结垢离子的去除P-碱度M-碱度(CO3)钙离子镁离子SilicaSO4Cl-自来水冷却水倍率1972422137.88.603648320738273722299148731026622241430023上面分析的每一个数据都是05年1月6日到05年3月17日期间六组样品的平均结果。测试结果又分成3组，每组用不同的色系标示。红色代表去除效率最高，橙色代表去除效率处于第二位，蓝色和绿色代表去除效率最低。碳酸钙(CaCO3)在EST阴极形成预沉淀效果最明显，重碳酸盐和碳酸盐碱度测试结果为总碱度，用甲基橙碱度标示；因为在阴极附近的高pH环境下这两种物质的溶解性最差，钙和碱度浓度受影响的程度最大。像表中较低的浓缩倍率，是因为EST预沉淀和去除了很大一部分自来水中的钙和碱度。第二，象在冷石灰软化工艺中一样，镁和硅在阴极附近的碱性条件下也被预沉淀出来。尽管他们的去除效率只有钙的一半，但是降低的比例还是相当稳定的。电导率浓缩倍率降低原因在于总的离子浓度的降低。这也和冷石灰软化工艺中的化学反应情况类似。电解去除离子的另外一种方式是将氯离子转变成氯气，然后当冷却水流经冷却塔时飘散掉。这种去除离子的形式比硬度预沉淀去除的效果要低很多，但是，这种降低依然是显而易见的。然而，毋容置疑的，循环水中余氯的含量实际上一直为0.05~0.1ppm。如上表所示，离子分析测试的结果，硫酸根浓缩倍率最高。这里没有考虑水的温度和其它因素。因此，因为硫酸根测试容易，所以用来实际检测估计浓缩倍率。4.5EST对腐蚀的控制虽然缓蚀剂可以和EST联合使用，纪念医院也进行了多项努力，来评估不加药剂的结果。直至报告之日，还没有发现明显的腐蚀现象。然而，如果严格控制腐蚀是纪念医院的一个目标，缓蚀剂也可以使用。和标准的碱性化学处理程序一样，EST制造的含碳酸钙的碱性冷却循环水的腐蚀性很低。在2005年1月6日到3月17日期间的LSI计算结果平均为+2.0，参见表格“水质分析显示了对结垢离子的去除”。在2004年10月，LSI达到了一个最高点，+2.4，然而在2005年2月中旬又到达一个低谷，+1.6。下表列出了腐蚀率，结合相应的平均LSI值，可以看出低碳钢在低LSI值情况下表现出比较高的腐蚀倾向。进水/出水11/9/04至12/9/0412/9/04至1/6/051/6/05至3/17/05年平均腐蚀速率暴露时间（天）302870LSI和腐蚀挂片分析平均LSI低碳钢+2.251.8mpy+1.852.3mpy+1.852.6mpy2.2mpy铜0.25mpy0.23mpy0.24mpy镀锌管0.58mpy0.58mpy和工业标准的腐蚀速率比较（低碳钢<5mpy；铜<0.5mpy），上表结果的腐蚀速率都低于这个标准。实际上，热交换器的铜质列管末端和列管内部看起来维持得很好。列管的颜色看上去象一枚古便士暗淡的色泽，列管没有任何孔蚀、边缘腐蚀或者蚀损斑。铜管表面事实上看上去比挂片试验显示的结果要好。关于碳钢腐蚀和热交换管板和盲端发现的实际情况，在非常浅的蚀损斑下面发现了一些节结。 182节结的数量和热交换器在冷却循环水中工作的时间没有直接的关系。在冬季的几个月，热交换器每两天或一周才运行很短的一段时间。检查之前大约1.5个月，操作工开始每周让水流经热交换器5天，每次只有5~10分钟。检查前一周开始，由于外面的温度比较高，一台冷凝器循环的时间更长一些。在腐蚀节结方面，这一台冷凝器看起来比其它的状态要好一些，而且也是最好的一台。循环量第二多的冷凝器看起 来比循环量最少的冷凝器也好一些。因此，在闲置时期流过热交换器的流量增加，对于防止冷凝器列管和管板的腐蚀很有好处。4.6EST对微生物的控制电解对水垢的影响已经做了清楚的描述。与此同时，阴极和阳极的化学反应，配合特别的流量设计，反复地将细菌暴露于破坏性的环境中（反应室内阴极附近强碱性环境和阳极强氧化性环境），每次流经反应室就会暴露在极高和极低的pH、电击、和其它几种氧化消毒环境之中。•暴露EST环境10次/天EST以旁流的方式安装，也就是说，大约110gpm的冷却水取出来经过EST处理后再回到系统中去。旁流量设计时基于系统中所有的冷却水每天经过EST系统至少10次。因此，同样地，每个来自空气中或者水中悬浮物里的细菌，都会在24小时之内经过苛刻的EST环境大约10次。•pH微生物对多种突然的环境变化很敏感。其中一个尤其敏感的参数是pH值（水的酸度或者碱度变化）。实际上，水的pH值哪怕简单地改变很少几个单位，就能够事实上消除某些微生物的生长。如前文讨论的，阳极附近会形成高浓度的氢氧根，从而在反应室内壁附近造成极高的碱性环境，pH值达到13。相反，在阳极附近，一直维持着低pH的酸性环境。因此，寄生在冷却水悬浮物上面的细菌适应了轻微弱碱性环境，pH值在8.5到9.0之间。这个pH值是使用EST处理冷却循环水时控制的范围。于是，因为冷却水切向进入和离开反应室，不断地循环就会反复将细菌置于低pH值区和高pH值区。结果就是细菌每次通过反应室时都经历了多次变化的pH值环境。•暴露在电流中EST在反应室中维持大约7.5安培30伏特的直流电流。因此，细菌每次经过反应室时都会暴露在7.5安培的电流中。•产生氯气、臭氧和氧自由基由于阴极发生的化学反应，少量的氯离子转化成游离氯，因此循环水中余氯维持一个较小的浓度，约0.1ppm。这个余氯，就像向水中添加漂白粉一样，通过氧化作用杀死细菌。同时，在阴极还产生了臭氧和氧自由基，这两个氧化性物质，和氯类183 似，具有杀生剂的作用。4.7军团菌检测结果在05年3月8日取水样（经过一夜）送到Pittsburg,PA的独立实验室进行军团菌检测。检测报告结果是所送样品军团菌检测结果显阴性或者样品中没有检出军团菌。4.8EST处理系统可靠性观察类似2005年4月6日的情况，医院冷却塔系统的运行状况比得上以前用化学水处理时的结果。在正常的操作参数下，冷凝器的可实现温度保持得很好。在安装EST情况下，即使循环量比建议的低，系统的运行参数看起来都很好。2005年1月18日，EST进水管到上安装了流量计，那一天的流量只有45gpm，可是建议的流量却是~110gpm。2005年2月2日，改造管道后，流量增加到120gpm。从那天起，冷却塔填料一直很干净，而且冷却塔池滞流区看起来更好了。5结论中央空调冷却循环水处理是维护中央空调系统正常运行的一项重要工作。合理的水处理技术不仅能够充分保证中央空调系统效率，同时也能节省系统运行成本，延长设备使用寿命。美国纪念医院的经验证明，EST是一项绿色的中央空调冷却循环水处理新技术，在维护系统正常运行的前提下，节约新鲜水，降低微生物风险，减少维护费用等方面，与传统的化学药剂处理比较来说，是冷却水处理领域的一项进步。EST控制允许的日平均排放量从化学药剂处理时的2580gpd降低到582gpd。这相当于每年节省科罗拉多泉城自来水740,000gpy。节省自来水消耗的同时，系统的效率没有明显的损失，冷却器的列管看起来很干净，而且没有水垢。节省水的同时，实现了不向环境中排放任何化学药剂。减少浓水排放的结果，浓缩倍率从使用化学药剂时的16倍，增加到使用EST时的最高60倍。而且浓缩倍率增加没有造成工作效率明显的变化。自来水经常性的电导率波动，导致了化学药剂处理时的不可忽略的水量消耗。用EST控制之后，这种消耗得到了彻底根 除。低碳钢的腐蚀率测试结果，平均腐蚀率略微高于2mpy。这里，这个腐蚀率是可以接受的，但是如果必要的话，还能够通过机械的或者化学的方法加以改善。闲置期增加冷凝器循环水的流量，会使得热交换器的腐蚀节结降到最小。虽然铜质挂片试验分析结果显示平均腐蚀率为0.24mpy，热交换器184 列管看起来非常好。如果需要进一步控制腐蚀，可以配合加极微量的缓蚀剂。微生物得到很好的控制，基本没有生物粘泥污染的问题。同时军团菌检测结果表明，军团菌在使用EST之后，不用任何其它化学药剂的情况下，也得到了很好的控制。'