水分子氢键和水分子团.ppt
,阻垢缓蚀原理简介,水分子， 氢键和水分子团,CO2,水分子团包含着溶解的离子和气体分子等,报道显示，水分子团会导致不规则密度的最大化,低密度像冰一样的颗粒 高密度的液体矩阵,低密度的窗格形的水团 水团中缝隙加了一个分子,电场和磁场对水分子团和氢键的作用,事实表明 : 水是抗磁性体，这就意味着它能够受外部磁场的作用，但是不能维持磁力。 水是可受外部电磁场的作用，当一个外部电磁场如微波加入时，水分子会对交流微波产生反应。 当水分子旋转并且“互擦”时产生热量能够使水沸腾。 实际上，水会对不同的频率包括红外频率的电磁波产生反应。 当用超过10T的静磁强度来处理水时，氢键被弱化，且水分子团会变得更小。而在一定的电磁场强度下，氢键却会加强，且大分子团的数量会增加。 当水通过SRF亚音频电磁波处理后，氢键会加强而且会带来水的以下物理性质的变化: 比重的减小。 表面张力的改变。 溶解度的增加。 水的PH值也会有所改变，pH值会随着处理时间的增加而有所上升；而不像温度对pH值的影响，pH值随温度升高而降低。,水垢控制,在冷却水系统中常见的水垢类型如下:。 碳酸钙 方解石 镁盐 硫酸钙 硅石 磷酸钙 氧化铁 所有的水垢当中，碳酸钙水垢是最常见的。因为碳酸钙的反向溶解性，它在比较高的热传导表面，比如说热交换器管壁表面，通常都会形成水垢。对于未处理或是使用化学处理的水，所形成的碳酸钙水垢属于低位能的方解石硬垢。,方解石,文石,使用亚音频波系统处理水时，在较高的能量状态下，碳酸钙就会形成疏松粉末状水垢，称为文石。如上图所示的粉末状水垢，它的成分跟方解石是一样，都是CaCO3，但是晶体形状不一样。通常，粉末状水垢会随着水流动，而被旁滤器过滤掉。要区别是方解石还是文石，只需简单地用手指碰触它们，如果它变成粉末，那就是粉末状水垢-文石。而坚硬的方解石水垢会紧紧的粘在物体的表面上，要用启子把它凿下来，或者用酸进行溶解。 区别水中因蒸发而干积的水垢也是很重要的。如冷却塔填料空隙里出现的干积物，当水放干或蒸发时，在水中的所有TDS就会变成在填料空隙中可以看得到的干积物，这是自然现象，并不表示水处理效果的优劣。,水是抗磁性物质，具有极性分子结构。 因此，水会对磁场和电场都有反应，例如永磁，电磁和静电。 使用电磁波处理，不同波段的频率会对水产生不同的效果。例如， 红外线能够被分子簇吸收，也会影响水中的OH，微波会对水分子产生扭转的力，无线电波会影响水分子的氢键和水中其它离子性质。 使用亚音频系统处理，会加强水的氢键，形大较大的水分子团，把溶解的固体包裹起来，即使在高温情况下，也不会沉淀出来，提高了处理水的溶解能力。 这也说明，水中的碳酸钙的溶解能力会增强，从而不会形成碳酸钙硬垢。 这与化学方法使用磷酸盐来溶解一些离子类似。,水垢控制,使用化学方法处理，必须维持水中一定的药剂浓度。类似的，为有效控制水垢，SRF的能量必须维持在一定的水平。通常，硬度和TDS越高，所需要的能量越多。,除了SRF输入的能量，还有其它的因素会影响到SRF处理效果的。 温度是在选型时必须考虑的重要的因素，这是因为温度升高会使水中的氢键重新排列。如果温度很高，所有的氢键将会打破，水会以蒸汽分子的方式跑出来。 因此，在锅炉水处理中，必须输入更多的SRF能量。其它的因素，例如高pH，高碱度等也会促成碳酸钙的形成，因此需要输入SRF能量也更多，以防止水垢的形成。高TDS含量要求的SRF能量也多。而LSI指标都有考滤以上这些因素，因此在SRF系统选型时，可以用LSI作为一个参考。,水垢控制,比较直排和多次循环系统，在多次循环系统中水可以重复处理，因此所处理的效果较直排好。相对一定量的水，达到同等的处理效果，多次循环的系统所需要的能量比直排要少些。,High SRF energy,Low SRF energy,水垢控制,与软化方法把钙离子从水中去除掉不同，亚音频波系统控制水垢并没有把钙离子和TDS拿掉，而是把它们溶解在水中不沉淀出来。亚音频波系统有两种水垢控制方式。 1) 增大碳酸钙等的溶解能力，不形成结垢。 2) 在溶解能力达到饱和状态下，改变结垢晶型，结垢为文石状软垢。 为了达到第一种控制水垢的方式，不形成文石结垢，对那些高LSI的水质，特别是热交换器表面温度较高的。需要较多的SRF能量。 通常在考虑到经济运行的情况下，如果热交换器和水循环系统可以承受文石的形成，可以减少亚音频的能量。 通常，壳式和管式热交换器可以允许有文石形成，但板式换热器等热流密度较大的换热器，如果水流过的间隙小于6mm的则不允许形成文石软垢。 针对板式换热器等热流密度较大的换热器，要选择亚音频系统较为经济的运行方式，则必须控制TDS在400 800 ppm以内 (视换热器类型），但此运行模式下所消耗的水较多；如TDS必需控制在较高水平的情况下，则只有加大SRF的能量。 使用亚音频波系统来控制碳酸钙水垢，考虑水质最简单的方法就是根据可能造成的结垢因素进行分类，例如钙硬度、碱度、TDS、pH和温度， 可通过LSI值来体现。我们可以根据控制水垢要求来估算SRF能量X保持时间。 在标准的亚音频SRF选型中，LSI值一般控制在 2.5。如果要控制更高的LSI， 则必须增加SRF能量X保持时间。 所以，在亚音频波系统选型时，必须考虑的因素包括 ; 系统损失的水 系统的保有水量 SRF能量保持时间 设备运行限制 水质,腐蚀控制,腐蚀控制的一般概念 在化学处理中，用LSI来判断腐蚀是否发生是一个错解观念。在使用LSI指数时，当指数是负的时候，通常称水是“腐蚀性的”，而且这个术语经常被曲解。许多人认为这个“腐蚀性的”意味着金属暴露在“腐蚀性的”水中，实际的腐蚀率将会变高；相反，当指数为正时，通常会误认为没有腐蚀发生，而会认有“结垢”发生。 LSI指数并不是预知水的腐蚀性的方法，在LSI中，术语“腐蚀性的”实际是指在水中碳酸钙的溶解倾向。它不是一个用来预知水的腐蚀活动或材料腐蚀率的指数。 金属是否会腐蚀，在水中腐蚀的快或慢是根据与以下条件相关: 金属的类型， 水的电导率， 暴露的环境， 溶解氧的水平， 其他溶解的气体和固体， pH值 材料的设计和选择， 任何双金属和它们的几何形状等。 化学处理腐蚀控制原理 在腐蚀控制中，化学处理方法是通过使用缓蚀剂来控制的，能作用抑制产生阳极的反应的缓蚀剂叫做阳极钝化剂； 能作用抑制产生阴极反应的缓蚀剂叫做阴极钝化剂，两者中的任一个抑制反应都减缓腐蚀。典型代表性的化学药剂有: 铬酸盐 钼酸盐 亚硝酸盐 磷酸盐 硅酸盐,亚音频波系统是通过产生磁铁层来控制腐蚀。在橙色的Fe2O3（三氧化二铁）下面形成的黑色磁铁层（四氧化三铁）会保护钢材不会受到进一步的腐蚀。亚音频波系统不是把橙色的Fe2O3铁锈转变成黑色的Fe3O4（四氧化三铁）的磁铁层，这是很重要的。磁铁层是新形成的，并不会使现有的红色铁锈改变为磁铁层。 磁铁层不会在较短的一两天内产生，而需要几个星期到几个月的时间，并且需要一定的最小电流和适合的频率。,由于Fe3O4磁铁层是处于较高的能量态，因而磁铁层会转变成较低能量态下的Fe2O3，适合发生转换的条件是水体呈PH呈酸性。当pH值低于6时，磁铁层的形成就会很慢。如冷却塔使用低pH值(低于6)的废弃RO（反渗透）水，或空气污染引起或由于工艺泄漏造成的酸性水时，磁铁层就比较难以控制腐蚀。,亚音频波处理对铜和铜合金的保护 铜和铜合金由于具有亚铜保护膜，抗腐蚀能力比碳钢强。 使用亚音频波系统处理，在内部会形成更致密的亚铜保护层。 氧化亚铜的抗腐蚀性能视生成的厚度和耗损率而定。 亚音频波系统处理后的腐蚀率能够维持在0.2 mpy以下。,腐蚀控制,碳钢腐蚀控制 - 亚音频水处理系统输入的能量会促进磁铁层的形成，然而溶解氧的偏极影响会阻碍磁铁层的形成。因此，那些和水接触的表面会被腐蚀成红锈层Fe2O3。 而在红锈层下因氧浓度较低，则易形成磁铁层。 在密闭的冷冻水系统或锅炉水系统则开始就形成磁铁层，而不是红锈层。,3Fe + + 4H2O Fe3O4 + 4 H2,锅炉水系统,密闭冷冻水系统,开放式冷却水系统,使用亚音频系统处理，视氧的多少，会发生如下反应。,3Fe(OH)2 Fe3O4 + 2H2O + H2,When oxygen availability is high， red hematite or ferric hydroxide forms,Black magnetite formed， when oxygen availability is low， temp is low,Black magnetite formed ， when oxygen availability is low temp is high,开放式冷却水系统,开放式冷却水系统,腐蚀控制,杀菌抑藻原理简介,细菌和藻类控制,影响冷却塔内细菌和藻类等微生物的主要因素有： 营养物质 水温 pH 溶解氧 阳光 细菌数 清浊度 粘膜 水流速度,营养 - 水系统中的微生物生长主要依靠水体中的营养物质。 而营养物质多少与COD (化学需氧量)有关，COD是反映水中有机物的含量多少。 COD和微生物粘泥的关系如右图。 当COD 超过100ppm， 则会发生生物粘泥问题。 在氨水中，细菌通过把氨水转化成硝酸后获得能量，会极大地带来铜和合金的腐蚀。 冷却水中铁细菌通过把亚铁转换成铁离子而获得能量。 在使用化学方法处理时，所添加的阻垢药剂也是生物的营养源，所以准确的剂量是很重要的。,20 50 100,Biofouling problem frequency,COD ppm,Without treatment,With treatment,Increase in fouling factor of a heat exchanger with slime adhesion,细菌和藻类控制,绿信水处理利用亚音频波与纳米M+离子两个系统的共同作用可以很好的控制细菌和藻类; 亚音频波阻垢缓蚀系统 纳米M+离子发生器 当细菌和微生物通过亚音频波的处理一段时间后，会受到很大的影响和改变。,延长,类似于电熔和电穿的现象,细菌和酵母通常对电场很敏感。具有电脉冲的处理能够杀死微生物，电磁波会选择性的损害生物膜内部，电磁波辐射能够杀死细菌或其它类似细胞物质，阳光中紫外线可以损害细胞外表层使得细胞死掉而且剥落下来(这就是为什么我们的皮肤晒黑后会脱皮)，同理应用到细菌中去，只要细菌没有了保护它们免受损害的厚细胞层，它们就会被杀死。,细菌和藻类控制,细菌的成分主要有氢键、DNA的蛋白质（由氢键把蛋白质链成一个链状)、细胞膜和其他部件，它们都具有带极性键。细菌被亚音频波处理后，细菌的两极就随着电磁波被改变，使得细菌分裂受到抑制，只能向两端延伸。细菌的鞭毛变弯曲，大多数细菌相互黏附在一起，类似电穿和电熔的过程。所有这些都使得细菌生长受到抑制，控制了它们的新陈代谢。 水被电磁波处理后，水里面的细菌生长就会受到抑制，实际上在处理达24个小时后，细菌总数就会急剧下降，根据电磁波的能量不同下降的情况也不一样。,Log 6,Log 5,Log 4,Log 3,Log 2,Log 1,0,天数,强电磁波,弱电磁波,没有处理,利用电磁波来控制细菌的生长，其频率是很重要的一个参数。相同电磁波强度，某些频段将会促进细菌或藻类的生长，而不是抑制它们的生长。亚音频波系统是有选择的来确定这个频段，以用来抑制和控制冷却塔循环水中细菌和藻类的生长。,细菌总数 Cfu/ml,1,2,微生物控制,即使在对细菌及藻类有良好繁殖条件的冷却塔，利用亚音频波仍能很好的控制细菌的生长。化学方法为了有效地控制细菌量，消毒工作必须要与细菌繁殖速度控制同时进行。众所周知的消毒剂主要有:紫外、氧化性杀菌剂和非氧化性杀菌剂等。但无论如何，利用它们来处理冷却塔中的细菌时常有失效的情况，主要原因在于冷却塔循环水中细菌的分裂速度超过了这些消毒剂的杀死速度，此时解决问题根本途径不应考虑增加消毒剂的杀死能力，而应该考虑如何控制细菌的分裂速度。而亚音频波系统作用的机理就是控制细菌的分裂速度。 当利用亚音频波处理后，不仅仅细菌的分裂速度受到了控制，其新陈代谢也受到了影响。在这种情况下再释放纳米M+离子入水中进行消毒，这些纳米M+离子可吸附在细胞膜上，并破坏它们的新陈代谢和细胞壁，杀死这些细菌。 纳米M+离子适用的范围很广，对控制冷却塔中的军团菌也很有效果 在藻类的控制上，原理也是一样的，利用亚音频波和纳米M+离子的协同效应。可以有效的控制冷却塔中的藻类，但如果原来的化学处理还存在磷酸盐的情况下，则要保持M+离子浓度在0.4ppm以上。,
