استفاده از ازن در آب برج خنک کننده صنعتی
آب برج خنک کننده نیازمند تصفیه گسترده است. در طول تصفیه آب برج خنک کننده، سه عامل اصلی باید کنترل شود:
- خوردگی لوله ها و واحدهای تبادل حرارت
- ایجاد پوسته در لوله ها و (بیشتر از آن) در تبادل کننده های حرارت
- رشد میکروبی (باکتری، جلبک)
این سه جنبه را نمی توان به طور مجزا بررسی کرد. برای مثال، pH پایین می تواند مانع ایجاد پوسته شود اما خوردگی فلز را افزایش می دهد. به وسیله تصفیه با ازن، بدون افزودن مواد شیمیایی اضافی می توان تمام این جنبه ها را در کنار هم کنترل کرد.
تکنیک های مرسوم تصفیه عمدتا از زیست کش های شیمیایی، بازدارنده های خوردگی و بازدارنده های ایجاد پوسته استفاده می کنند. ازن یک جایگزین قابل اعتماد است که عوامل فوق الذکر را به اندازه کافی کنترل می کند.
این مقاله نگاهی اجمالی به ازناسیون ایجاد پوسته، خوردگی و آلاینده های میکروبی در آب برج خنک کننده دارد.
ایجاد پوسته
پوسته در نتیجه تجمع یون کلسیم و منیزیم بر روی واحدهای سیستم خنک کننده ایجاد می شود. این امر منجر به ایجاد یک هسته می شود که یک لایه ایزوله را در تبادل کننده های حرارت به وجود می آورد. این امر به شکلی منفی بر انتقال حرارت اثر می گذارد. در نتیجه اتلاف آب به وسیله تبخیر، غلظت نمک در آب افزایش می یابد. به این فرایند، غلیظ شدن گفته می شود. در یک نقطه مشخص، این نمک ها به حد اشباع رسیده و سبب رسوب آنها می شود. این اتفاق، تعداد دفعاتی که آب خنک کننده را می توان بازیافت کرد محدود می کند.
فاکتور غلیظ شدن N، مقیاسی برای افزایش غلظت نمک و یون در خنک‌کاری آبی است. همینطور این فاکتور، تعداد دفعاتی را که آب نیازمند تازه سازی به منظور جلوگیری از ته نشینی نمک است نیز نشان می دهد.
به تبع لخته شدن میکروارگانیزم ها نظیر جلبک، یک زیست لایه نیز می تواند در سیستم خنک‌کاری آبی به وجود آید. زیست لایه، یون هایی را که معمولا تشکیل میکروکریستال می دهند را جذب می کند که پوسته را افزایش می دهد. در این زمان، مواد ارگانیک و غیر ارگانیک، این هسته را ضخیم می کنند.
تصفیه با ازن، ایجاد پوسته را محدود می کند. ازن یک ضدعفونی کننده است که زیست لایه را تجزیه کرده و منجر می شود یون ها دیگر نتوانند به آن متصل شوند. این امر منجر به کاهش ایجاد پوسته می شود. حتی آب با مواد جامد محلول زیاد را می توان بازیافت کرد که منجر به کاهش تخلیه بار خنک‌کاری آبی می شود.
تنها وضعیتی که این سیستم ذیل آن کار می کند این است که غلظت اندک باقیمانده ازن باید به منظور جلوگیری از رشد بیشتر میکروبی که ایجاد پوسته را افزایش می دهد، در آب خنک کننده باقی بماند.
خوردگی
هر ماده دارای یک طول عمر محدود است. طول عمر وابسته به طبیعت ماده و شرایط محیطی است. اولین روش برای جلوگیری از خوردگی، انتخاب مقاوم ترین ماده و یک زیربنای مستحکم برای سیستم خنک کننده است. وقتی سیستم خنک‌کاری آبی در حال استفاده است، می توان به وسیله تغییر کیفیت آب، از خوردگی جلوگیری کرد. در عمل، این امر به وسیله تنظیم pH و تغییر غلظت جامدات محلول حاصل می شود. زمانی که این مقیاس ها، نتیجه دلخواه را بدست ندهند، بازدارنده های خوردگی را می توان به آب خنک کننده اضافه کرد. اگرچه، بازدارنده های خوردگی به علت نظارتی که باید برای تضمین اثربخشی مقیاس انجام شود بسیار گران هستند.
روش دیگر برای جلوگیری از خوردگی، استفاده از ازن است. خوردگی عمدتا توسط میکروارگانیزم هایی که شرایط ایجاد خوردگی را مهیا می کنند ایجاد می شود. ازن رشد میکروبی را محدود می کند. ازن همچنین منجر به ایجاد یک جریان الکتریکی خاص در آب می شود. این جریان، فلز را وادار به تشکیل یک لایه منفعل جلوگیری کننده از خوردگی بر روی موادی از اکسیدهای خودش می کند. چنین لایه اکسیداتیو منفعلی در فولاد ضد زنگ و آلومینیوم دیده می شود. این لایه تنها در جریان آب خاصی و بر روی نوع خاصی از مواد تشکیل می شود.
آزمایشات مختلف نشان داده است در هنگامی که از ازن استفاده می شود خوردگی همواره کاهش می یابد که معمولا بیش از ۵۰% است.
مقدار اندکی از ازن برای تشکیل لایه محافظ خوردگی بر روی فلزات ضروری است. مقدار زیاد ازن می تواند باعث خوردگی برخی فلزات شود. در عمل، حدود ۰٫۱ g/m3 ازن برای بازیابی آب لازم است. ازنی که با مواد ارگانیک واکنش نمی دهد به اکسیژن تجزیه می شود. در اینجا هیچ پسماند سمی باقی نمی ماند.
رشد میکروبی
هیچ چیزی نمی تواند مانع رشد میکروبی در سیستم آب شود. این بدان خاطر است که ما همواره از آب و هوایی که حاوی باکتری است استفاده می کنیم. در طول فرایندها، باکتری می تواند وارد آب شود.
ازن ضدعفونی کننده قوی تری نسبت به سایر مواد شیمیایی است. ازن موثرترین ضدعفونی کننده برای غیر فعالسازی باکتری لژیونلا است. معمولا آب در تصفیه ارگانیک، بیش از ۳ تا ۵ برابر غلیظ نمی شود. بدان معنا که از هر ۱۰۰۰ لیتر آب تامینی، حداقل ۲۰۰ لیتر هدر می رود (۲۰%).
زمانی که از ازن برای تصفیه آب استفاده می شود، آب می تواند تا ۵ برابر غلیظ شود. بدان معنا که برای هر ۱۰۰۰ لیتر آب، بیش از ۲۰۰ لیتر هدر نمی رود. در عمل، آب می تواند حدود ۲۰ برابر غلیظ شود. این بدان معنا است که از هر ۱۰۰۰ لیتر آب، بیش از ۵۰ لیتر به فاضلاب نمی رود. در این روش فقط اتلاف ناشی از تبخیر و پاشش با آب تازه جبران می شود.
مصارف و اندازه‌ها
مصرف ازن در تصفیه آب خنک کننده، گزینه ای مناسب برای کنترل کیفیت آب در سیستم خنک کاری آبی است. ازن منجر به صرفه جویی در موارد زیر می شود:
- عامل های ضد پوسته و ضد خوردگی
- دوز اسید
- مصرف آب
- هزینه های ذخیره و انتقال زیست کش های شیمیایی
- ظرفیت پمپ (انتقال موثرتر حرارت؛ مصرف کمتر انرژی؛ بازده بیشتر انتقال حرارت)
مصرف ازن فقط زمانی می تواند دقیق باشد که فاکتورهای زیر درنظر گرفته شود:
- کیفیت آب؛ آب تامینی برای برج های خنک کننده که سخت بوده یا COD بالایی دارد برای تصفیه با ازن مناسب نیست
- مدت زمانی که ازن در سیستم باقی می ماند. نیمه عمر ازن در برج خنک کننده معمولا کمتر از ۱۰ دقیقه است. برای دستیابی به غلظت چشمگیر پسماند ازن، غلظت اولیه ازن باید کافی باشد.
- دمای آب خنک کننده. انحلال پذیری ازن و نیمه عمر آن در دمای بالای آب خنک کننده کاهش می یابد. این امر دمای آب خنک کننده را برای ازناسیون کافی محدود می کند. این حد معمولا برابر ۴۵ درجه سانتیگراد است.
- انتخاب مواد. ماده ای که برج خنک کننده با آن ساخته می شود باید مقاوم به ازن باشد.