论文摘要：本文基于臭氧(O3)处理法处理循环冷却水因可以同时达到阻垢脱垢、缓蚀、杀菌等多重功能，其在国外已得到广泛应用，同时国内也逐步普及应用的环境下，结合国内外长期的工程实践经验，从节水、节能、减排和公共卫生效益四个方面，详细分析了臭氧处理循环冷却水所带来的巨大经济效益、社会效益和环境效益。
论文关键词：循环冷却水,臭氧,节能减排,效益
1 引言
随着工业的迅猛发展，大量的水资源被耗用，环境污染日趋严重。与此同时，工业用水在总用水量中所占的比例也逐年增加，其中工业用冷却水，约占工业用水总量的80%以上。因此对冷却水实行循环利用，符合可持续发展的战略要求。然而，随着浓缩倍数的提高，导致了冷却系统结垢、腐蚀及微生物生长等危害，以致影响设备的传热效率，威胁设备的使用寿命[1]。因此，对循环冷却水进行水质稳定是必不可少的。目前，国内对循环冷却水大都采用化学药剂法[2-3]。
但是，随着水处理研究工作的深入开展，大量的生产实践及研究结果表明：化学药剂处理的效果受到人为因素的较大影响，且各种药剂在水中进行复配和循环作用时，很可能不只发挥一种效用，有时还会彼此产生副作用，从而降低了药剂的效果;另外，大量药剂的投加亦会带来对环境的二次污染[4]。因此，能否在运行中长期保持换热效率的不降低并增加水的循环利用次数，提高水资源利用率、避免长期使用化学药剂对环境造成累积性危害、延长设备的使用寿命、减少清洗次数，这些目标对我国实现节能减排目标，提高生产效率具有重要意义。臭氧(O3)作为兼具阻垢-缓蚀-杀菌等多项功能的单一水处理药剂，可以在较高浓缩倍数，甚至可以在零排放的条件下运行[5-7]，能够有效地节约用水量。
本文结合国内外研究以及上海轻工业研究所长期的工程实践经验，从节能减排的角度，详细分析了臭氧处理循环冷却水所带来的巨大的环境效益、经济效益和社会效益。
2 处理效果水质指标的比较与分析
为了直观表述臭氧处理循环冷却水的优越性，表1给出了2006-2009年上海轻工业研究所完成的一实际案例的运行数据。需要说明的是工业循环冷却水处理设计规范(GB50050-2007)以传统药剂作为基本依据。从表1可知使用臭氧处理循环冷却水的水质全面优于化学药剂法。
3 臭氧处理循环冷却水的节水效果比较分析
循环冷却水的一个主要节水途径是提高循环冷却水的浓缩倍数，提高浓缩倍数可以降低补水量，节约水资源，降低排污量，减少对环境的污染，降低冷却水的处理成本。循环水的损失主要有蒸发、排放和漂移损失组成，蒸发量取决于所需冷吨量和气候的温度湿度状况。当忽略漂移量，有物料平衡计算，当浓缩倍数从N1提高到至N2补充水的节约率为[(N2-N1)/N1(N2-1)]×100%。当N1=2提高到N2=3，5，8的节水率分别为25%，37.5%和43%[9-10]。
20世纪80年代，绝大多数循环冷却水循环倍数小于1.5，目前多数已达到2-3，少数已达到4左右，如江苏华电扬州发电有限公司两台330MW传热机组设计循环倍数达到2.5。大同煤矿集团循环水在浓缩倍数为2.5，温度小于70℃时，水质处于稳定，当浓缩倍数上升到3.48倍运行时，缓蚀、阻垢效果不符合原设计要求[11]。夏容等人研制出一种高效复合阻垢剂POCA，在实验室条件下，保持循环水中质量浓度10mg/L时，循环倍数可以在3.5±0.5下正常运行[12]。随着水处理技术的研究与开发，新投产的循环冷却水系统普遍采用弱酸阳离子交换和膜法等外部处理技术，对循环冷却水的补给水进行处理，使浓缩倍数得到一定的提高，但很难超过5。张青等人通过动态铜挂片试验得出，使用化学处理法时，当浓缩倍数达到5时，腐蚀速率将超过循环冷却水的标准，理论上说，浓缩倍数低于4倍是安全的，但管壁表面有较大水流速，冲刷作用将加速腐蚀，浓缩倍数很难达到4以上。化学处理法提高循环倍数的方法主要有两个，其一是对循环冷却水进行深度处理，二是增设旁路系统，加大旁路处理。但两种途径将极大地加大处理成本，且提高浓缩倍数有限[13]。
而利用臭氧法处理循环冷却水时，如前面2分析用臭氧处理循环冷却水，所用循环水可容许比化学药剂法有更高的电导率，从而可以显著地提高水的循环利用数(浓缩倍数)，减少循环水补给量。以上海轻工业研究所一案例为例，臭氧处理循环冷却水平均电导率可达4500µs/cm上下(最高可达6000µs/cm)，未发现结垢或腐蚀，浓缩倍数从1.7提高到8-10，节约补充水54%。