کاربرد ازن در تصفیه آب برج های خنک کننده (Cooling tower)

در صورت  کنترل نشدن مداوم و تصفیه نامناسب آب در گردش برج های  خنک کننده (Cooling tower)، سه عامل زیر رخ خواهد داد و بهره برداری از برج های  خنک کننده را با مشکل مواجه خواهد کرد.

۱- خوردگی لوله ها و واحدهای مبدل حرارتی

۲- جرم گیری در لوله ها و (عمدتا) در مبدل های حرارتی

۳- رشد میکروبی (باکتری ها، جلبک ها)

از این رو آب در گردش برج‌های خنک کننده،  نیاز به تصفیه و حفظ کیفیت مناسب در طول بهره برداری دارد.

از لحاظ علم تصفیه آب، این سه  مورد را نمی توان به طور جداگانه بررسی کرد. به عنوان مثال، مقادیر pH پایین می تواند از پوسته پوسته شدن جلوگیری کند، اما باعث افزایش خوردگی فلز می شود و یا در صورت افزودن کلر به آب میتوان از رشد میکروبی جلوگیری کرد ولی افزودن کلر باعث تغییر pH و در نتیجه افزایش خوردگی و یا افزایش رسوب گذاری در لوله‌ها می‌شود.

تکنیک‌های تصفیه مرسوم عمدتاً کاربردهای بیوسیدهای شیمیایی، بازدارنده‌های خوردگی و بازدارنده‌های رسوب هستند. ازن یک جایگزین قابل اعتماد است که عوامل فوق الذکر را به اندازه کافی کنترل می کند و  با استفاده از ازون، همه این جنبه ها را می توان به طور جمعی، بدون افزودن مواد شیمیایی کنترل کرد.

در ادامه به بررسی بیشتر نحوه عملکرد ازن زنی  در جلوگیری از رسوب، خوردگی و آلاینده های میکروبی در آب برج خنک کننده را نشان می دهد.

استفاده از ازن در جلوگیری از رسوب گذاری

رسوب در نتیجه رسوب یون های کلسیم و منیزیم بر روی مسیر فرآیند یک سیستم خنک کننده تشکیل می شود. این رسوبات باعث تشکیل یک لایه ایزوله در مبدل های حرارتی می شود و این موضوع بر انتقال گرما و در نتیجه راندمان سیستم تأثیر منفی می گذارد. در نتیجه  کاهش انتقال گرما ، آب در گردش تبخیر وغلظت نمک در آب افزایش می یابد. این فرآیند ضخیم شدن نامیده می شود. پس از چند روز گردش آب در این حالت، نرخ اشباع این نمک ها به دست می آید و باعث رسوب آنها می شود.

این فرآیند، تعداد دفعاتی را که می توان آب خنک کننده را بازگرداند، محدود می کند.

فاکتور غلیظ کننده N معیاری برای افزایش غلظت نمک و یون در آب خنک کننده است. به این ترتیب، تعداد دفعاتی را که آب به تعویض نیاز دارد، نشان می دهد تا از رسوب نمک جلوگیری شود.

مشابه آنچه اغلب در پشت فیلترهای یک نانو فیلتر  به عنوان بیوفیلم یا توده زیستی دیده می‌شود، توده زیستی یا بیوفیلم همچنین می تواند در سیستم آب برج خنک کننده تشکیل شود که در نتیجه باعث مسدود شدن مسیر لوله کشی فرآیندی توسط میکروارگانیسم ها مانند جلبک ها می شود.

این موضوع میتواند همچنین باعث بروز بوی نامطبوع در سیستم آب درگردش برجهای خنک کننده شود.

یک فیلم زیستی یون‌هایی را جذب می‌کند که معمولاً میکروکریستال‌هایی را تشکیل می‌دهند، که باعث افزایش پوسته‌بندی می‌شود. با گذشت زمان، مواد معدنی و آلی این پوسته را ضخیم می کنند.

تصفیه آب برج کننده با اوزون،  تشکیل بیوفیلم را محدود می کند. ازن یک ماده ضد عفونی کننده است که  بیوفیلم زیستی را تجزیه می کند و باعث می شود یون ها دیگر نتوانند به آن بچسبند. این باعث کاهش تشکیل رسوبات می شود.  با این روش تصفیه میتوان حتی آب با محتوای جامدات محلول بالا (TDS) را می توان در حال حاضر بازگرداند و باعث کاهش تخلیه آب خنک کننده گردید.

تنها شرطی که استفاده از این سیستم دارد  این است که غلظت های کم باقی مانده از ازن باید در آب در گردش برج خنک کننده باقی بماند تا از رشد بیشتر میکروبی که باعث افزایش رسوب می شود جلوگیری شود.همچنین از با افزایش خاصیت بافری آب ، از افزایش و کاهش چشمگیر pHآب جلوگیری نموده و تا حدی سرعت تشکیل رسوبات شیمیایی را کم می‌کند. البته بهترین راه حل برای جلوگیری از رسوب مواد شیمیایی استفاده از روشهای حذف TDS می‌باشد که در سایر مقالات موجود در سایت شرکت آردا به آن اشاره شده است.

استفاده از ازن در جلوگیری از خوردگی در برج‌های خنک کننده

هر ماده دارای طول عمر محدودی است. طول عمر به ماهیت مواد و شرایط محیطی بستگی دارد. مهمترین شرایط محیطی تاثیر گذار در خوردگی عبارتند از:

۱- Ph آب در گردش برج خنک کننده

۲- TDS آب در گردش برج خنک کننده

۳- DO آب در گردش برج خنک کننده

۴- دبی آب در گردش برج خنک کننده

۵- مواد شیمیایی مورد استفاده در آب در گردش برج خنک کننده

اولین روش جلوگیری از خوردگی، انتخاب ماندگارترین مواد و ساختار محکم سیستم خنک کننده است. در سیستم آب برجهای خنک کننده، با کنترل پارامترهای کیفی  آب می توان از خوردگی جلوگیری کرد. در عمل، این امر با تنظیم pH و تغییر غلظت جامدات محلول حاصل می‌شود. درصورتیکه کنترل این پارامترها نتواند از خوردگی جلوگیری کند، ممکن است ار مواد شیمیای و بازدارنده‌های خوردگی به آب خنک کننده اضافه شود. معمولا از کرومات، سیلیکات، پلی فسفات ، روی و برخی مواد معدنی برای جلوگیری از خوردگی استفاده می‌شود.  از طرفی بازدارنده‌های خوردگی بسیار گران هستند و همچنین استفاده از تجهیزات کنترلی تعیین دوز دقیق این مواد نیز بسیار هزینه بر هستند.

روش دیگر برای جلوگیری از خوردگی استفاده از ازن است. در تفکر عامه جامعه این مطلب وجود دارد که ازن یک ماده خورنده است و باعث افزایش خوردگی فلزات می‌شود. در صورتیکه خوردگی عمدتاً توسط میکروارگانیسم هایی ایجاد می شود که شرایط تشکیل خوردگی را بهبود می بخشند. ازن رشد میکروبی را محدود می کند. ازن همچنین باعث ایجاد  یک جریان الکتریکی محدود در آب می شود. این جریان باعث می شود که فلزات از اکسیدهای خود یک لایه غیرفعال و مانع از خوردگی روی مواد تشکیل دهند. چنین فیلم اکسیداتیو غیرفعال بر روی فولاد ضد زنگ و آلومینیوم یافت می شود. این فیلم فقط در یک جریان آب مشخص و روی انواع خاصی از مواد تشکیل می شود.

آزمایش‌های مختلف در ژاپن و روسیه نشان داده‌اند که معمولاً با استفاده از ازن به جای مواد شیمیایی، خوردگی در سیستمهای گردش آب برجهای خنک کننده، بیش از ۵۰ درصد کاهش می‌یابد.

تعیین دقیق مقدار ازن برای تشکیل یک فیلم جلوگیری از خوردگی روی فلزات بسیار مهم است. دوزهای بالای ازون می تواند برخی از فلزات را از بین ببرد. در عمل، حدود ۰.۱ گرم در متر مکعب ازن به آب در حال چرخش   داده می شود. ازن که با مواد آلی واکنش نمی دهد، به اکسیژن تجزیه می شود.

تاثیر ازن در جلوگیری از رشد میکروبی در برجهای خنک کننده

آب ها در چرخه تامین معمولا دارای مقدار کمی باکتری هستند. در طی فرآیند نیز ، باکتری ها می توانند وارد آب شوند.

ازن ماده ضدعفونی کننده قوی تری نسبت به سایر مواد شیمیایی است. ازن کارآمدترین ضدعفونی کننده برای غیرفعال کردن باکتری لژیونلا است. معمولاً نمی توان آب را در فرآورده های تصفیه آب ارگانیک بیش از سه تا پنج بار غلیظ کرد. این بدان معناست که از هر ۱۰۰۰ لیتر آب مکمل، حداقل ۲۰۰ لیتر (۲۰ درصد) تخلیه می‌شود.

هنگامی که از ازن برای تصفیه آب استفاده می شود، آب می تواند بیش از ۵ برابر غلیظ شود. در عمل تنها تلفات تبخیر و پاشش با آب شیرین در این مورد پر می شود.

توضیحات تکمیلی

کاربرد ازن در تصفیه آب خنک کننده گزینه خوبی برای کنترل کیفیت آب در سیستم آب خنک کننده است. ازن منجر به صرفه جویی در موارد زیر می شود:

• مواد ضد رسوب و ضد خوردگی
• دوزهای اسیدی
• مصرف آب
• هزینه های نگهداری و حمل و نقل بیوسیدهای شیمیایی
• ظرفیت پمپ (انتقال حرارت کارآمدتر، مصرف انرژی کمتر، مبدل حرارتی با بازده بالاتر)

در زمان استفاده از ازن در تصفیه آب برجهای خنک کننده می بایست موارد زیر در نظر گرفته شود:

• کیفیت آب؛ آب تکمیلی برای برج های خنک کننده نبایدCOD بالایی داشته باشد.
• مدت زمانی که ازن در سیستم باقی می ماند: نیمه عمر ازن معمولا کمتر از ۱۰ دقیقه در برج خنک کننده است. برای به دست آوردن غلظت باقیمانده قابل توجهی از ازن، غلظت اولیه ازن باید کافی باشد.
• دمای آب خنک کننده :حلالیت ازن و نیمه عمر ازن در دمای آب خنک کننده بالاتر کاهش می یابد. این امر دمای آب خنک کننده را برای کاربرد کافی ازناسیون محدود می کند. حد مجاز معمولا دمای آب خنک کننده ۴۵ درجه سانتیگراد است. در سایت شرکت آردا شرایط انحلال ازن در آب به دقت بررسی شده است.
• انتخاب مواد :ماده ای که یک برج خنک کننده از آن تشکیل شده است باید در برابر ازن مقاوم باشد.

آدرس اینترنتی زیر مربوط به استاندارد جدید پیشنهادی پیشگیری از   هدر رفت آب در تاسیسات ساختمان می‌باشد:

https://spartanwatertreatment.com/wp-content/uploads/2020/04/ashare_proposed_legionella_standard.pdf

آدرس اینترنتی زیر نیز مربوط به مقایسه کاهش خوردگی برجهای خنک کننده در زمان استفاده از ازن و مواد شیمیایی دارد:

https://www.techstreet.com/ashrae/products/1715218

مقاله زیر نیز به طور کامل به استفاده از ازن در سیستمهای خنک کننده اشاره دارد:

https://wiredspace.wits.ac.za/jspui/bitstream/10539/17707/2/Final%20Research%20Report%2018%20August%202014.pdf