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工业冷却水塔节水实务技术

事业单位诸如工厂,商业大楼及其他有较大之空调或冷却负载之设施需求的建筑物中,皆有设置冷却水塔,其目的是藉由水作为吸收热之介质以使空调或冷却负载之设备降温.简而言之,当水吸热之后被输送至冷却水塔藉由风扇散去水体中的热,散热后的水再回流至原设施中进行吸热.然而不当的操作维护,除了无法节省冷却水塔之耗水量,亦引发其系统产生结垢(scaling),因而降低热传效率以致造成耗能.冷却水塔的节水技术相当的多元,现在建议大家可以应用物化方面的技术避免系统发生结垢或腐蚀,以提升冷却水塔之节水效益.

二,冷却水塔之节水与节能的关联性

冷却水塔运作过程的冷却循��水损失主要包括:蒸发损失(Evaporation),排放损失(Bleed-off)及飞散损失(Drift).而损失的水量必须马上补入冷却水塔中,这种水被称为补充水(Make-upWater),以确保系统设备可以**稳定地运转操作.

补充水量(M)等于蒸发(E),排放损失（B）、减少补充水量(M)的消耗.然而每座冷却水塔的蒸发(E)及飞散损失(D)皆有一定之消耗量,此消耗量并无法改变,**可以改变的,就只有减少排放损失量(B),因此排放损失(B)越少,补充水量(M)就越少.

至此,或许有些读者认为：“只要不对冷却水塔进行任何的排放损失(B),就能达到*高之省水量.”这个观念是彻底错误的.因为水体在散热蒸发的过程中,水中的溶解性固体(TDS)并没有伴随水分子(H2O)的蒸发而一起被蒸发,虽然有持续注入补充水,但系统中溶解性固体(TDS)的浓度却持续的增高,因此若冷却水塔无任何排放损失(B),当循环水质之LSI(蓝氏饱和指数)>1时,TDS将被析出呈现固态,并在冷却水塔的系统内附著,即是所谓的结垢(scaling),这将造成整个系统热传效率的降低并引发耗能.例如:一般水冷离心式冷凝器的主机未发生结垢时,主机满载效率为0.69kw/RT;随著结垢系数上升(scaling factor),热交换效率降低,1年内主机耗能率将递增为0.89kw/RT，所以冷却水塔的排放损失(B),不能完全零排放,但如何将排放量降至*低,且不引发结垢耗能,达到节水与节能兼顾的双赢局面,这都必须依赖适切的节水技术予以因应.

三,冷却水塔之节水技术

导电度计是从事冷却水塔之节水作业的基本工具,事业单位可由其冷却水塔的排放水及补充水的导电度值,计算出目前的浓缩倍数(原始浓缩倍数),再依据拟提升的浓缩倍数,选择适切的节水技术.提高浓缩倍数之后所节省之排放水量。依据经济部工业局所进行之工业节水辅导的资料,国内工业部门冷却水塔的原始浓缩倍数大都介于1.5~4.0之间.若欲提升浓缩倍数至6.0,适切的节水技术可选择替代水源法,并同时搭配化学加药法;若欲提升浓缩倍数至10.0,适切的节水技术包括臭氧氧化法.各项技术说明如下:

1.替代水源搭配化学加药法

一般工厂的冷却水塔多采用自来水作为补充水的水源,为因应水价上涨,减少自来水的消耗,可收集厂内某些低污染度的制程排放水(5.0当LSI<-1时,循环水呈现低pH值,可添加腐蚀抑制剂,这种抑制剂的种类包括磷酸盐,矽酸盐,亚硝酸盐,钼酸盐等.以抑制金属的腐蚀或于金属表面形成一种保护膜.

当替代水质含藻类(algae),黏泥(slime),菌类(bacteria)及**(fungi)时,易引发菌藻污塞,将促使结垢及腐蚀问题更加恶化,同时会导致冷却水塔压降及热传效率**,此状况必须添加**剂,**剂的种类包括次氯酸钠(NaOCl),氯碇,二氧化氯(ClO2)等,一般水体中的自由氯(OCl-)浓度维持在0.1~0.4mg/L之间,即能抑制微生物及藻类之滋长.

,发现有些厂家将含Cu2+浓度低于3mg/L的制程水洗废水,未经任何除铜处理就直接回收至冷却水塔系统中,虽然Cu2+能分解循环水中的氨氮(NH3-N),并抑制微生物及藻类的生长,但Cu2+无法于自然界中自行分解,持续将含Cu2+的替代水注入冷却ONG>水塔,Cu2+浓度将于其系统中累增;同时该厂选择盐酸(HCl)添加于冷却循环水中以控制LSI值,则产生Cu(H2O)42++ 4 Cl-CuCl42- + 4H2O的反应,结果于冷却水塔循环系统内产生绿色的CuCl42-垢,如图2所示.这显示选择不当的替代水质,以及不当的加药,或许也能将LSI值控制于理想状态,但却产生了不是预期的化学反应,终将对系统产生污染负荷.

2.臭氧氧化法

臭氧处理法防止结垢的原理,主要是将循环水中之硬度物质(铁,锰,钙,镁等)产生钝化反应,以软泥的型态沉淀在冷却水塔底池中,这些软泥很容易经由过滤器(滤径<10μm)而被滤除,并不会黏著于循环系统之管壁表面;此外,臭氧也具有排除水塔中既有水垢之功能.臭氧处理法也能氧化引发腐蚀的离子,达成系统防腐蚀的效果.除了抗垢抑制腐蚀,臭氧亦能破坏病毒和**的细胞膜,有效抑制循环水中微生物的滋长,以及避免产生生物垢(青苔).

冷却水塔之臭氧处理套装设备包括臭氧机组,注入器(Injector),泵浦,袋式过滤器及电控箱.任何型式的冷却水塔皆适用臭氧处理,且改装工程并不复杂,施工期间短(不含试车约1~3日).应用臭氧处理冷却循环水的案例在国内已有不少实绩，使用臭氧与传统化学加药处理的比较,图中左边之冷却水塔为仅经过臭氧处理(无添加其他药剂),右边的冷却水塔维持传统化学药剂处理.当持续操作3个月后,再彼此比较,明显发现左边的冷却水塔里面原先结的垢逐渐脱落,并经过滤器滤除后,冷却水塔内也不再出现结垢,且循环水质色度清澈;而右边的冷却水塔一直维持传统化学药剂处理,可清楚目视冷却水塔内结生物垢(青苔),且循环水质色度较浊.

四,结论

总结：因现今水资源的缺乏,节水技术已在各国受到重视,且国际间的财经专家将废水回收及海水淡化,被视为本世纪的蓝金产业.由于国内事业单位之冷却水塔的用水量约占整个事业单位总用水量的20%~50%,若冷却水塔之节水技术能于国内广泛推广,将可为我国节省下可观的水资源.

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